WO2019124738A1 - 배터리 충전관리 장치 및 방법 - Google Patents

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WO2019124738A1
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charge
secondary battery
anode
full
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임진형
윤두성
조원태
김명환
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a technique for managing a battery, and more particularly, to a technique for managing the charge of the battery to improve the life of the battery.
  • a secondary battery refers to a battery that can be charged and discharged unlike a primary battery that can not be charged, and is widely used in electronic devices such as mobile phones, notebook computers, drones, and robots, and electric vehicles.
  • the lithium secondary battery has a larger capacity than a nickel-cadmium battery or a nickel-hydrogen battery and has a high energy density per unit weight, so that the utilization rate thereof is rapidly increasing.
  • the lithium secondary batteries mainly use a lithium-based oxide and a carbonaceous material as a cathode active material and an anode active material, respectively.
  • the lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate each coated with such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and a jacket for sealingly storing the electrode assembly together with the electrolyte solution.
  • the secondary battery generates electrical energy through electrochemical oxidation and reduction reactions.
  • the capacity of the secondary battery at the time of initial manufacture that is, the capacity of the BOL (Beginning Of Life) state
  • BOL Beginning Of Life
  • the power supply by the secondary battery may suddenly be interrupted.
  • the system equipped with the secondary battery can not perform its function and can cause serious problems.
  • the power supply interruption of the secondary battery may occur due to various causes, but a typical cause is a reduction in the amount of the solvent and salts due to the oxidation or reduction reaction between the electrolyte and the electrode. Particularly, as the secondary battery deteriorates, a balance shift between the anode and the cathode occurs. Such a balance shift accelerates the reaction between the electrolyte and the electrode, so that the secondary battery can be more rapidly degraded.
  • the apparatus for managing charge of a battery according to the present invention may further comprise: a degradation rate estimator for estimating a degradation rate of the secondary battery; An upper limit arithmetic unit for calculating a charging upper limit voltage based on the degeneration rate estimated by the degeneration rate estimating unit; A charge controller for controlling charging of the secondary battery so that charging is performed only up to a charge upper limit voltage calculated by the upper limit calculator; And a memory unit for storing information necessary for performing at least one of the degradation rate estimation unit, the upper limit calculation unit, and the charge control unit.
  • the upper limit computation unit may calculate the charge upper limit voltage so that the anode full charge potential of the secondary battery can be maintained within a predetermined range even if the degradation rate of the secondary battery increases.
  • the upper limit computation unit may calculate the charge upper limit voltage so that the charge upper limit voltage decreases as the degradation rate of the secondary battery increases.
  • the upper limit calculating unit may compare the anodic full charge reference potential at the current degeneration rate with the initial potential of the positive electrode full charge and calculate the charge upper limit voltage using the comparison result.
  • the memory unit may store an anode full charge reference potential for each of the anode full charge potential and the degradation rate.
  • the memory unit stores a full cell reference potential profile according to the anode reference potential profile and the discharge capacity according to the discharge capacity of the anode full charge initial potential and the discharge rate according to the degradation rate,
  • the full cell reference potential profile according to the anode reference potential profile and the discharge capacity can be extracted and the charge upper limit voltage calculated based on the extracted anode reference potential profile and extracted pullcell reference potential profile.
  • the upper limit computation unit may calculate a discharge capacity corresponding to the anode full charge potential in the extracted anode reference potential profile and calculate a voltage corresponding to the calculated discharge capacity in the extracted full cell reference potential profile as the charge upper limit voltage .
  • a battery charge management apparatus including a voltage measuring unit for measuring a voltage of a secondary battery, the charge control unit including voltage measurement information measured by the voltage measuring unit and a charge upper limit calculated by the upper limit calculating unit, The charging of the secondary battery can be controlled by comparing the voltages.
  • the battery pack according to the present invention includes the battery charge management apparatus according to the present invention.
  • the automobile according to the present invention includes the battery charge management apparatus according to the present invention.
  • a secondary battery charge management method comprising: estimating a degradation rate of a secondary battery; Calculating a charge upper limit voltage based on the degeneration rate estimated in the degeneration rate estimation step; And controlling charging of the secondary battery so that charging is performed only up to a charging upper limit voltage calculated in the charging upper limit voltage calculating step.
  • the life of the secondary battery is improved, and the development of the long-life secondary battery can be promoted.
  • acceleration of degradation due to side reactions between the anode and the electrolyte of the secondary battery can be suppressed.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a functional configuration of a battery charge management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing an example of a potential change of a secondary battery due to degradation when a conventional battery is charged.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the portion A1 in Fig.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of a potential change of a secondary battery due to degradation in a state where charge control by a battery charge management apparatus according to an embodiment of the present invention is performed.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the portion A2 in Fig.
  • FIG. 6 is a graph schematically showing the comparison between the embodiment according to the present invention and the comparative example according to the prior art, with respect to the change in the magnitude of the anode full charge potential and the charge upper limit voltage according to the degradation rate.
  • FIG. 7 is a graph schematically illustrating a configuration for storing a full cell reference potential profile according to a discharge capacity of a memory unit according to an embodiment of the present invention at various degradation rates.
  • FIG. 8 is a graph schematically illustrating a configuration for storing a full cell reference potential profile according to a discharge capacity of a memory unit according to an embodiment of the present invention at various degradation rates.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing a calculation configuration of a charge upper limit voltage according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart schematically showing a battery charge management method according to an embodiment of the present invention.
  • the battery charge management apparatus may be a battery equipped with a secondary battery, such as a battery pack or a device for managing charge of a battery module.
  • the battery may include one or more secondary batteries.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a functional configuration of a battery charge management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the battery charge management apparatus may include a degradation rate estimation unit 110, an upper limit calculation unit 120, a charge control unit 130, and a memory unit 140.
  • the degradation rate estimation unit 110 may estimate the degradation rate of the secondary battery provided in the battery.
  • the capacity of the secondary battery can be reduced over time as the initial capacity of the Beginning Of Life (BOL) is not maintained as it is. Particularly, the capacity of the secondary battery can be reduced not only in a state where charging and discharging are proceeding but also in a case where only a storage state is maintained.
  • the capacity decrease of the secondary battery can be quantitatively calculated as the degradation rate.
  • Such degradation rate or degradation degree may be defined by the ratio of the capacity reduction amount in the present state to the capacity in the BOL state.
  • the degeneration rate estimating unit 110 can estimate the degeneration rate of the secondary battery in various ways. Typically, the degeneration rate estimating unit 110 can estimate the degeneration rate of the secondary battery by calculating the capacity decrease. For example, the degradation rate estimating unit 110 can estimate the degradation rate of the secondary battery by measuring the capacity of the secondary battery and calculating how much difference therebetween is in comparison with the currently measured capacity and the BOL capacity. Here, the method of measuring the capacity of the secondary battery by the degradation rate estimation unit 110 may be variously implemented. For example, the degeneration rate estimating unit 110 measures the capacity of the secondary battery by fully charging the secondary battery when the secondary battery is completely discharged, accumulating the charging current flowing into the secondary battery in the course of the charging, and so on .
  • the degeneration rate estimating unit 110 may estimate the degeneration rate of the secondary battery according to the degeneration degree profile information defined in advance according to various operating conditions.
  • the memory unit 140 and the like can define and store a plurality of degradation rate profiles in advance according to various operating conditions of the secondary battery.
  • the memory unit 140 may store a plurality of degradation rate profiles in advance according to a state of charge (SOC), a temperature, a C-rate, and the like.
  • SOC state of charge
  • the degeneration rate estimating unit 110 extracts the degeneration rate profile corresponding to the condition in which the actual secondary battery is operated from the memory unit 140, and estimates the degeneration rate of the current secondary battery from the extracted degeneration rate profile .
  • the degradation rate estimation unit 110 may count the number of charge / discharge cycles of the secondary battery, and estimate the degradation rate according to the number of charge / discharge cycles. Alternatively, the degradation rate estimating unit 110 may continuously accumulate the charge / discharge current of the battery and estimate the degradation rate according to the accumulated charge / discharge current. Alternatively, the degeneration rate estimating unit 110 may measure the internal resistance of the secondary battery and estimate the degeneration rate of the secondary battery according to the measured internal resistance.
  • the degradation rate estimation unit 110 may estimate the degradation rate of the secondary battery using various degradation rate estimation methods or SOH (State Of Health) estimation methods known at the time of filing of the present invention.
  • the degeneration rate estimating unit 110 may estimate the degeneration rate of the secondary battery and transmit the estimated degeneration rate information to other components of the battery charge management apparatus according to the present invention.
  • the degradation rate estimation unit 110 may transmit the degradation rate estimation information to the upper limit calculation unit 120.
  • the upper limit calculation unit 120 may receive the degradation rate estimation information from the degradation rate estimation unit 110 and may calculate the charging upper limit voltage of the secondary battery or the battery based on the received degradation rate estimation information. That is, the upper limit calculator 120 may vary the calculation result of the charging upper limit voltage according to the degradation rate of the secondary battery.
  • the upper limit calculation unit 120 can calculate the charge upper limit voltage by VL1. Then, when the degradation rate of the secondary battery received from the degradation rate estimation unit 110 is d2 (d1 ⁇ d2), the charging upper limit voltage can be calculated as VL2 (VL1? VL2).
  • the upper limit calculator 120 can calculate information on the calculated upper limit voltage of charging to other components of the battery charge management apparatus according to the present invention by calculating the upper limit charge voltage.
  • the upper limit calculation unit 120 may transmit the charge upper limit voltage information to the charge control unit 130.
  • the upper limit calculator 120 may transmit the charge upper limit voltage information to the memory unit 140 so that the value is temporarily or continuously stored.
  • the upper limit calculation unit 120 may store the charge upper limit voltage information in the memory unit 140 in association with the degradation rate.
  • the charge controller 130 may receive the charge upper limit voltage information from the upper limit calculator 120.
  • the charge controller 130 can charge the secondary battery, that is, charge the battery according to the received charge upper limit voltage. Particularly, the charge controller 130 can control charging of the secondary battery so that charging is performed only up to the charge upper limit voltage. That is, the charge controller 130 can control charging of the secondary battery so that the voltage of the secondary battery does not exceed the charge upper limit voltage. For example, when the charge upper limit voltage calculated by the upper limit calculation unit 120 is VL1, the charge control unit 130 can charge the secondary battery only up to VL1.
  • the configuration in which the charge controller 130 charges only the charge upper limit voltage when charging the secondary battery can be implemented in various ways.
  • the charge control unit 130 can charge the secondary battery with a constant voltage (CV) in accordance with the charge upper limit voltage.
  • the charge control unit 130 may shut off the charging switch to prevent the charging current from being supplied to the secondary battery when the voltage of the secondary battery reaches the charging upper limit voltage .
  • the memory unit 140 may store various information necessary for each component of the battery charge management apparatus according to the present invention to perform an operation. That is, the memory unit 140 may store information required for at least one of the degradation rate estimation unit 110, the upper limit calculation unit 120, and the charge control unit 130 to perform the operation. For example, the memory unit 140 may store various program information for the degeneration rate estimation unit 110, the upper limit calculation unit 120, and / or the charge control unit 130 to perform operations. Alternatively, the memory unit 140 may store information on a result of the degradation rate estimation unit 110, the upper limit calculation unit 120, and / or the charge control unit 130. Alternatively, the memory unit 140 may store various reference information required for the operation of the degradation rate estimation unit 110, the upper limit calculation unit 120, and / or the charge control unit 130.
  • the memory unit 140 may be a flash memory type, a hard disk type, a solid state disk (SSD) type, a solid disk drive (SDD) type, a multimedia card micro type, a RAM, an SRAM, a ROM, an EEPROM,
  • SSD solid state disk
  • SDD solid disk drive
  • multimedia card micro type a RAM, an SRAM, a ROM, an EEPROM
  • the present invention is not limited to the specific form of the memory unit 140.
  • the upper limit calculator 120 may calculate the upper limit charge voltage so that the anode full charge potential of the secondary battery is maintained within a predetermined range even if the degradation rate of the secondary battery increases.
  • the anode full charge potential can be the anode potential when the secondary battery is fully charged, that is, when the SOC of the secondary battery is 100%.
  • the anode potential can be measured or predicted in various ways.
  • the positive electrode potential can be measured by measuring the potential difference between the positive electrode terminal and the reference electrode terminal.
  • it can be predicted in various other ways.
  • a profile of the degree of change of the anode potential according to the discharge amount (capacity discharged with respect to full charge) or SOC is stored in advance in the memory unit 140 and the like, and the anode potential is stored in each room
  • the anode potential can be predicted for the whole amount or the SOC.
  • the measurement or prediction operation of the anode potential may be performed by the upper limit calculation unit 120 or may be performed by a voltage measurement unit 150 or the like which will be described later.
  • FIG. 2 is a graph showing an example of a potential change of a secondary battery due to degradation when a conventional battery is charged.
  • the graph of FIG. 2 can be said to be a potential profile in which the balance shift is about 10 Ah.
  • 3 is an enlarged view of the portion A1 in Fig.
  • the abscissa (x axis) represents the discharged amount of the secondary battery, and the discharging amount increases toward the right side, so that it can be regarded as an axis corresponding to the SOC. That is, it can be said that the SOC decreases toward the right side of the horizontal axis.
  • the vertical axis (y-axis) represents the open circuit potential.
  • Figs. 2 and 3 show the anode potential, the cathode potential, and the full cell potential (voltage) before and after degradation of the secondary battery. That is, each potential before degradation is indicated by a dotted line, and each potential after degradation is indicated by a solid line.
  • the cell before degeneration is the initial state, that is, the BOL state.
  • the full cell potential is represented by the difference between the anode potential and the cathode potential, and may be expressed by a full cell voltage, a total voltage, a total potential, or the like. More specifically, in FIG. 2 and FIG.
  • the anode potential before degradation is represented by V0 +
  • the anode potential after degradation is represented by V0 + '
  • the full cell potential before degradation is represented by V0
  • the full cell potential after degradation is represented by V0'.
  • the negative electrode potential before degradation is represented by V0- and the negative electrode potential after degradation is represented by V0-.
  • FIGS. 2 and 3 it can be seen that as the degradation progresses, the anode potential increases and the cathode potential and the full cell potential decrease in a general battery.
  • the full-cell full charge potential is about 4.2 V, but after the discharge, the full-cell potential is further lowered as the discharge progresses.
  • FIG. 3 it can be seen that the anode potential profile (graph) after degeneration is above the anode potential profile (graph) before degeneration. Therefore, it can be said that the anode potential after degeneration is larger than the anode potential before degeneration based on the same discharge amount.
  • the anode potential at the point where the horizontal axis is zero can be referred to as the anode full potential, and it can be seen that such an anode full potential increases as the regeneration progresses.
  • the anode full charge potential was increased to about 4.30 V or higher after degradation, whereas it was about 4.28 V before degradation.
  • the battery charge management apparatus can maintain the anode full charge potential within a certain range.
  • the upper limit calculator 120 can maintain the anode full potential of the secondary battery within a certain range without increasing continuously even when the degradation rate is increased.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of a potential change of a secondary battery due to degradation in a state where charge control by a battery charge management apparatus according to an embodiment of the present invention is performed.
  • the graph of FIG. 4 may also be referred to as a potential profile in which the balance shift is about 10 Ah similar to FIG. 5 is an enlarged view of the portion A2 in Fig.
  • the horizontal axis and the vertical axis are configured in a similar manner to Figs. 2 and 3. 4 and 5, the respective potentials before degeneration are indicated by dotted lines, and the respective potentials after degradation are indicated by solid lines. More specifically, the anode potential before degeneration is represented by V1 +, the anode potential after degeneration is represented by V1 + ', the full cell potential before degeneration is represented by V1, and the full cell potential after degeneration is represented by V1'. 4 and 5, the anode potential before degeneration is denoted by V1-, and the cathode potential after degeneration is denoted by V1- '. Also in this case, it can be said that the pre-degradation state represents the initial state, that is, the BOL state.
  • the anode potential (V1 + ') after degeneration shows a value substantially similar to the anode potential (V1 +) before degeneration. 5, although the degeneration of the secondary battery has progressed, the anode potential profile (graph) after degeneration is not higher than the anode potential profile before degeneration, and the anode potential profile .
  • the anode full charge potential may be configured to have the same value as the anode full charge potential in the BOL state (reference full charge potential) even when degradation proceeds, or to have a difference therebetween within 0.1V. More specifically, referring to the graph of Fig. 5, the anode full charge potential is about 4.28 V in the pre-degradation state, which is the BOL state, and about 4.28 V in the post-degradation state.
  • the anode full potential can be configured to be equal to or kept within a certain error range with respect to the reference full potential, which can be realized by controlling the full cell potential at full charge.
  • the upper limit operation unit 120 calculates the charge upper limit voltage. By adjusting the calculated value of the charge upper limit voltage, the full charge cell full potential can be controlled. That is, the upper limit calculator 120 can change the calculated value of the charge upper limit voltage according to the degradation, so that the anode full charge potential of the secondary battery is equal to or within a certain error range of the reference full charge potential in the BOL state.
  • the full cell full potential (V1') should be reduced from 4.2V to about 4.18V.
  • the upper limit calculator 120 can calculate the charge upper limit voltage at about 4.18V. Then, the full-cell charge potential can be 4.18V, so that the anode charge potential can be maintained at about 4.28V, which is similar to that before the degeneration.
  • the upper limit calculator 120 may calculate the upper limit charging voltage so that the upper limit charging voltage decreases as the degradation rate increases. This will be described in more detail with reference to FIG.
  • FIG. 6 is a graph schematically showing the comparison between the embodiment according to the present invention and the comparative example according to the prior art, with respect to the change in the magnitude of the anode full charge potential and the charge upper limit voltage according to the degradation rate.
  • the abscissa indicates the degradation rate as the capacitance loss, and the ordinate indicates the OCV (Open Circuit Voltage) in the fully charged state (SOC 100%).
  • the dotted line is a comparative example graph according to the prior art, where V0f + indicates an anode full potential and V0max indicates a charging upper limit voltage.
  • the solid line is a graph according to an embodiment of the present invention, in which V1f + represents an anode full charge potential and V1max represents a charge upper limit voltage.
  • the charging upper limit voltage is calculated by the upper limit calculation unit 120.
  • the upper limit calculation unit 120 gradually decreases the charging upper limit voltage as the degradation rate increases .
  • the upper limit calculation unit 120 can compare the anodic full charge reference potential and the first full charge potential at the current degeneration rate with respect to the secondary battery. Then, the upper limit arithmetic unit 120 can calculate the charge upper limit voltage using the comparison result.
  • the anode full charge reference potential at the current degeneration rate can be the anode full charge potential in the state where the charge upper limit voltage control according to the present invention is not performed. That is, the anode full charge reference potential at the current degeneration rate can be referred to as a cathode full charge potential which can be formed at the current degeneration rate level when the full cell full charge potential is kept constant even when the degradation progresses as in the conventional case.
  • the anode full charge initial potential may be an anode full charge potential in a state where the cell degeneration rate is 0%, that is, a BOL state in which the battery is not degenerated. For example, when the anode potential after degeneration shown in the graph of FIG.
  • the upper limit calculation unit 120 can compute the charge upper limit voltage by comparing 4.28 V, which is the initial potential of the positive electrode, and 4.30 V, which is the positive full charge reference potential.
  • the memory unit 140 can store the positive full charge reference potential for each of the positive full charge and degradation rates. For example, in the graph of FIG. 3, since the initial potential of the positive electrode full charge is 4.28 V, the memory unit 140 can store this 4.28 V as the initial positive potential of the positive electrode. Also, the memory unit 140 can store the positive electrode full charge reference potentials for each of the degradation rates. For example, when the degradation rate of the secondary battery is 10%, 20%, 30%, 40%, ..., the memory unit 140 can store the corresponding full charge reference potential for each degradation rate .
  • the memory unit 140 stores the anode full charge reference potentials when the degeneration rates of the secondary batteries are 10%, 20%, 30%, 40%, ..., 4.29V, 4.30V, 4.31 V, 4.32V, ... and so on.
  • the upper limit calculator 120 can receive the information on the degeneration rate of the secondary battery by the degeneration rate estimator 110, and calculate the full charge full charge reference value corresponding to the degeneration rate information, (140).
  • the memory unit 140 may store the full cell reference potential profile according to the anode reference potential profile and the discharge capacity according to the discharge capacity of the anode full charge initial potential and the discharge rate.
  • the anode reference potential may be a cathode potential that can be formed when charge control is not performed as in the present invention. That is, in the case of the present invention, the charge upper limit voltage may be configured to change as the degradation proceeds, but the anode reference potential may be a positive potential that appears when the charge upper limit voltage is kept constant without changing.
  • the anode reference potential profile according to the discharge capacity shows that the anode reference potential changes as the discharge capacity changes, that is, as the state of charge changes.
  • the anode reference potential profile according to such a discharge capacity can be expressed by a curve or a straight line.
  • the anode potential (V + ') graph after degeneration in FIG. 3 can be regarded as one anode reference potential profile.
  • the memory unit 140 can store the anode reference potential profile according to the discharge capacity for each degeneration rate of the secondary battery.
  • FIG. 7 is a graph schematically illustrating a configuration in which the memory unit 140 according to an embodiment of the present invention stores a full cell reference potential profile according to a discharge capacity for various degradation rates. In Fig. 7, the numerical value of each graph indicates the degeneration rate of the secondary battery.
  • the memory unit 140 stores the discharge capacity-
  • the anode reference potential profile can be stored in advance.
  • the graph of the anode potential (V0 + ') after degeneration shown in FIG. 3 can be regarded as the anode reference potential profile according to the discharge capacity corresponding to a certain degeneration rate.
  • the memory unit 140 may store such a graph as a different form for various degradation rates.
  • the anode reference potential profile according to the discharge capacity for each degeneration rate can be experimentally measured for each degeneration rate and stored in the memory unit 140 in advance.
  • the full cell reference potential can be referred to as a full cell potential which can be formed when charge control is not performed as in the present invention. That is, when the charge upper limit voltage is kept constant despite the change of the degeneration rate, that is, the full cell potential can be obtained when the full charge full charge voltage is kept constant.
  • the pull cell reference potential profile according to the discharge capacity shows a form in which the pull cell reference potential changes as the discharge capacity changes.
  • the pull cell reference potential profile according to the discharge capacity can also be expressed in a curve or a straight line.
  • the graph of the full cell potential (V0 ') after degradation of FIG. 3 may be referred to as a single full cell reference potential profile.
  • the memory unit 140 can store the full cell reference potential profile according to the discharge capacity by the degradation rate of the secondary battery.
  • FIG. 8 is a graph schematically showing a configuration in which the memory unit 140 according to an embodiment of the present invention stores a full cell reference potential profile according to discharge capacity for various degradation rates.
  • the numerical value of each graph indicates the degeneration rate of the secondary battery.
  • the memory unit 140 stores the discharge capacity-pull-cell ratio corresponding to the respective degeneration rates whenever the degeneration rate of the secondary battery is 0%, 10%, 20%, 30%, 40%
  • the reference potential profile can be stored in advance.
  • the graph of the full cell potential (V0 ') after degradation shown in FIG. 3 can be referred to as a full cell reference potential profile according to the discharge capacity corresponding to a certain degradation rate.
  • the memory unit 140 may store such a graph as a different form for various degradation rates.
  • the full cell reference potential profile according to the discharge capacity for each degradation rate can be experimentally measured for each degradation rate and stored in the memory unit 140 in advance.
  • the upper limit computing unit 120 can extract a profile corresponding to the current degradation rate among a plurality of anode reference potential profiles and a plurality of full cell reference potential profiles stored in the memory unit 140. That is, when the degeneration rate estimating unit 110 estimates the degeneration rate of the secondary battery, the upper-limit calculating unit 120 can receive the degeneration rate estimating information from the degeneration rate estimating unit 110. [ The upper limit calculator 120 can extract the discharge capacity-anode reference potential profile and the discharge capacity-pullcell reference potential profile corresponding thereto based on the received degradation rate estimation information.
  • the upper limit calculator 120 can select any of the anode reference potential profiles in the graph of FIG. 7 and select any one of the full cell reference potential profiles in the graph of FIG. More specifically, when the degeneration rate estimating unit 110 currently estimates the degeneration rate of the secondary battery to be 10%, the upper limit calculating unit 120 calculates a graph corresponding to the degeneration rate in FIGS. 7 and 8, that is, 10% Can be selected as the anode reference potential profile and the pull cell reference potential profile.
  • the upper limit arithmetic unit 120 can calculate the charge upper limit voltage using the extracted reference profile. That is, when any one of the anode reference potential profile and the one full cell reference potential profile is extracted, the upper limit calculator 120 calculates the charging upper limit voltage based on the extracted anode reference potential profile and the extracted pullcell reference potential profile . For example, when the reference potential profiles corresponding to the 10% degeneration rate are respectively extracted in Figs. 7 and 8 as in the above embodiment, the upper limit calculator 120 calculates the reference potential profile corresponding to this 10% degeneration rate The charging upper limit voltage can be computed.
  • the upper limit calculation unit 120 can calculate the discharge capacity corresponding to the initial potential of the positive electrode full potential in the extracted anode reference potential profile. Further, the upper limit calculation unit 120 can calculate the voltage corresponding to the discharge capacity calculated in the extracted full cell reference potential profile at the charge upper limit voltage. This will be described in more detail with reference to FIG.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing a calculation configuration of a charge upper limit voltage according to an embodiment of the present invention.
  • VO + represents the anode reference potential profile before degeneration
  • V0 + ' represents the anode reference potential profile extracted corresponding to the current degeneration rate in the memory unit 140
  • V0' corresponds to the current degeneration rate in the memory unit 140
  • the extracted pull cell reference potential profile is a diagram schematically showing a calculation configuration of a charge upper limit voltage according to an embodiment of the present invention.
  • VO + represents the anode reference potential profile before degeneration
  • V0 + ' represents the anode reference potential profile extracted corresponding to the current degeneration rate in the memory unit 140
  • V0' corresponds to the current degeneration rate in the memory unit 140
  • the extracted pull cell reference potential profile is a diagram schematically showing a calculation configuration of a charge upper limit voltage according to an embodiment of the present invention.
  • the upper limit calculator 120 can confirm the anode full charge potential at the anode reference potential profile VO + before degradation. That is, the upper limit calculation unit 120 can extract the potential value when the discharge capacity is 0 (SOC 100%) in the V0 + graph of FIG. Referring to Fig. 9, it can be said that the initial potential of the positive electrode is confirmed to be about 4.286 V as b1.
  • the memory section 140 stores the anode reference potential profile before degeneration and the upper limit arithmetic section 120 starts to confirm the anode full charge initial potential from such a profile
  • the full charge initial value may be stored directly.
  • the memory unit 140 may directly store 4.286 V as the anode full potential.
  • the upper limit calculator 120 can use the first full potential of the positive polarity stored in the memory unit 140 as described above.
  • the upper limit calculator 120 can calculate the discharge capacity (charged state) corresponding to the initial positive potential of the positive electrode in the extracted positive electrode reference potential profile. For example, in the embodiment of Fig. 9, when the discharge capacity corresponding to 4.286V (b1), which is the initial potential of the positive electrode, is found on the V0 + 'graph, it can be said that c1 corresponds to about 0.45 Ah. Namely, the upper limit calculation unit 120 can calculate the discharge capacity corresponding to the initial potential of the positive electrode at 0.45 Ah.
  • the upper limit arithmetic unit 120 can calculate the voltage corresponding to the discharge capacity calculated in the extracted full cell reference potential profile at the charge upper limit voltage.
  • the extracted pull cell reference potential profile is a graph V0 '
  • the calculated discharge capacity is 0.45 Ah (c1), so the full cell potential corresponding to 0.45 Ah in the graph V0' .
  • the full cell potential corresponding to 0.45 Ah corresponds to about 4.175 V as b2. Therefore, the upper limit calculation unit 120 can calculate the charge upper limit voltage at the current degradation rate as 4.175 V.
  • the charging upper limit voltage is calculated using the extracted anode reference potential profile corresponding to the current degradation rate and the extracted full cell reference potential profile corresponding to the current degradation rate.
  • the present invention is not necessarily limited to these embodiments.
  • the upper limit calculator 120 can calculate the upper limit charging voltage using the anode full charge initial potential, the anode full charge reference potential at the current degeneration rate, and the full cell full charge initial potential.
  • the full cell full potential is a full cell full potential when the SOC is 100% in the non-degraded secondary battery.
  • the memory unit 140 can store the anode potential when the SOC is 100% in the anode full charge initial potential, that is, the BOL state in which degradation does not proceed. Also, the memory unit 140 may store the full-charge full charge reference potentials corresponding to various rates of degradation. Then, the memory unit 140 can store the full cell full potential.
  • the memory unit 140 can preliminarily store the anode full charge potential as 4.28 V in advance.
  • the degradation rate is 10%, 20%, 30%, 40%, ...
  • the memory unit 140 outputs the full charge reference potentials of 4.29 V, 4.30 V, 4.31 V, and 4.32 V Can be stored.
  • the memory unit 140 can store 4.2 V as the full cell full potential.
  • the upper limit arithmetic unit 120 can extract, from the memory unit 140, the anode full charge reference potential at the anode full charge initial potential and the current regeneration rate. Then, the upper limit arithmetic unit 120 can calculate a difference between the anode full charge reference potential and the anode full charge potential at the current degradation rate. Further, the upper limit calculator 120 can calculate the charge upper limit voltage by subtracting this difference from the full cell full potential. For example, when the current degeneration rate is 10%, the upper limit calculator 120 may extract 4.30 V as the full charge full charge reference potential corresponding to the 10% degeneration rate, and read the initial full charge potential as 4.28 V .
  • the upper limit calculator 120 can subtract 0.02 V, which is a difference between 4.30 V and 4.28 V, from 4.2 V, which is the full cell full reference voltage. In this case, the upper limit calculator 120 can calculate the charge upper limit voltage as 4.18 V (4.2 V-0.02 V).
  • the calculation configuration of the charge upper limit voltage can be simplified. Accordingly, the amount of data stored in the memory unit 140 for the calculation of the charging upper limit voltage can be reduced, the load at the upper end of the charge, the operation time, and the power can be reduced.
  • the battery charge management apparatus may further include a voltage measurement unit 150 as shown in FIG.
  • the voltage measuring unit 150 may measure a voltage of a secondary battery included in the battery. That is, the voltage measuring unit 150 is connected to both ends of the secondary battery, and can measure the voltage across the secondary battery. In particular, when the battery includes a plurality of secondary batteries, the voltage measuring unit 150 can measure the voltage across the entire secondary battery assembly. Also, in this case, the voltage measuring unit 150 may measure the voltage across each secondary battery, for example, each secondary battery.
  • the voltage measuring unit 150 may be electrically connected to other components of the battery charge management apparatus so as to exchange electric signals.
  • the voltage measuring unit 150 may transmit the voltage measurement information of the secondary battery to the charge control unit 130 so that the voltage measurement information may be utilized for the operation of the charge control unit 130.
  • the voltage measuring unit 150 may transmit the measured voltage information to the memory unit 140 and store the measured voltage information.
  • the voltage measuring unit 150 may be implemented by a voltage measuring circuit or an apparatus commonly used in the art, and the present invention is not limited to the specific embodiment of the voltage measuring unit 150.
  • the charge controller 130 may receive the voltage measurement information from the voltage measurement unit 150. [ Also, the charge controller 130 may receive the charge upper limit voltage calculated by the upper limit calculator 120. [ The charge controller 130 may control the charging of the secondary battery by comparing the voltage measurement information measured by the voltage measuring unit 150 and the charge upper limit voltage calculated by the upper limit calculator 120. Particularly, the charge controller 130 can control charging of the secondary battery so that the voltage measured by the voltage measuring unit 150 does not exceed the charge upper limit voltage. For example, the charge controller 130 can prevent the voltage of the secondary battery from exceeding the charge upper limit voltage through CV charging. Alternatively, when the voltage of the secondary battery reaches the charge upper limit voltage, the charge control unit 130 may stop the charging of the secondary battery by, for example, shutting off the charge switch provided in the charge path of the secondary battery.
  • the charge upper limit voltage suitable for the secondary battery can be separately determined.
  • the charging upper limit voltage can be configured to be gradually lowered.
  • the lifetime of the secondary battery can be further increased due to the regulation structure of the charging upper limit voltage according to the degeneration rate.
  • the full charge voltage is limited for preventing or preventing degradation of the life span, capacity loss may occur initially.
  • the capacity loss due to the full charge voltage limitation is not large.
  • the capacity loss due to the full charge voltage limitation may be about 0.35 Ah. This is about 1.6% of the total storage capacity, which is very insignificant.
  • the capacity decrease rate of the secondary battery is greatly reduced due to the full voltage limitation according to the present invention, the life of the secondary battery eventually increases according to the present invention.
  • At least some of the components included in the battery charge management apparatus according to the present invention may be implemented as a processor, ASIC application-specific integrated circuits, other chipsets, logic circuits, registers, communication modems, data processing devices, and the like.
  • the control unit may be implemented as a set of program modules.
  • the program module is stored in the memory and can be executed by the processor.
  • the memory may be internal or external to the processor, and may be coupled to the processor by various well known means.
  • the memory may be included in the memory unit 140 of the present application. Further, the memory collectively refers to a device in which information is stored regardless of the type of the device, and does not refer to a specific memory device.
  • the battery charge management apparatus can be applied to the battery pack itself. That is, the battery pack according to the present invention may include the above-described battery charge management device. In this case, at least some of the degradation rate estimation unit 110, the upper limit calculation unit 120, the charge control unit 130, the memory unit 140, and the voltage measurement unit 150 are implemented by the components already provided in the battery pack .
  • the battery pack may be provided with a battery management system (BMS) for managing charge and discharge of the battery pack.
  • BMS battery management system
  • the battery charge management system includes a degradation rate estimation unit 110, an upper limit calculation unit 120, a charge control unit 130, At least a part of the memory unit 140 and the voltage measurement unit 150 may be implemented by such a BMS.
  • the automobile according to the present invention may include the above-described battery charge management apparatus according to the present invention.
  • the battery charge management device may be included in the battery pack.
  • at least a part of the battery charge management apparatus may be implemented as another apparatus provided outside the battery pack, in particular, an apparatus provided in the vehicle.
  • the automobile may be an electric vehicle, and such an electric vehicle includes all of the concepts of EV (Electric Vehicle), HEV (Hybrid Electric Vehicle), and PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle).
  • the battery charge management apparatus according to the present invention can be applied to various other devices driven by various electric circuits other than automobiles.
  • the battery charge management apparatus according to the present invention can be applied to various types of electric trains, electric ships, electric planes, power tools, electric power storage devices, and the like.
  • FIG. 10 is a flowchart schematically showing a battery charge management method according to an embodiment of the present invention.
  • the execution subject of each step may be each component of the battery charge management apparatus described above.
  • the degradation rate of the secondary battery is estimated (S110).
  • the charging upper limit voltage is calculated based on the degeneration rate estimated in step S110 (S120).
  • charging of the secondary battery is controlled so that charging is performed only up to the charged upper limit voltage calculated in step S120 (S130).
  • the charge upper limit voltage may be calculated so that the anode full charge potential of the secondary battery can be maintained within a predetermined range even if the degradation rate of the secondary battery increases.
  • the charging upper limit voltage may be calculated in a direction that gradually decreases as the degradation rate of the secondary battery increases.
  • the charge upper limit voltage may be calculated by comparing the anode full charge reference potential and the anode full charge initial potential at the current degeneration rate, and using the comparison result.
  • the step of storing in advance in the memory unit 140 the positive full charge full potential and the positive full charge reference potential for each of the degradation rates may be further included.
  • the step of experimentally measuring the anode full charge reference potential for the anode full charge potential and the cathode charge accumulation rate for the secondary battery, and storing the measured results in the memory unit 140 may be further performed have.
  • the method of managing a battery charge according to the present invention may further comprise the step of, prior to the step S110, supplying a full-cell reference potential profile according to the anode reference potential profile and the discharge capacity according to the discharge capacity of the anode full-
  • the method may further include the step of storing.
  • step S120 the full-cell reference potential profile according to the anode reference potential profile and the discharge capacity according to the discharge capacity corresponding to the current degeneration rate is extracted, and based on the extracted anode reference potential profile and the extracted full- So that the charge upper limit voltage can be calculated.
  • a discharge capacity corresponding to the anode full charge potential is calculated from the extracted anode reference potential profile, and a voltage corresponding to the calculated discharge capacity in the extracted full cell reference potential profile is set as a charge upper limit voltage .
  • the battery charge management method according to the present invention may further include a step of measuring a voltage of the secondary battery before the step S130.
  • the charging of the secondary battery may be controlled by comparing the voltage measurement information measured in the voltage measuring step and the charging upper limit voltage calculated in step S120.
  • each component may be selectively integrated with another component, or each component may be divided into sub-components for efficient execution of the control logic (s). It is also apparent to those skilled in the art that, if the identities of the functions can be recognized even if the components are integrated or divided, it is to be understood that the integrated or divided components are also within the scope of the present application.

Abstract

본 발명은 배터리의 퇴화를 지연시킬 수 있는 배터리 충전 관리 기술을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 충전관리 장치는, 상기 이차 전지의 퇴화율을 추정하는 퇴화율 추정부; 상기 퇴화율 추정부에 의해 추정된 퇴화율에 기초하여 충전 상한 전압을 연산하는 상한 연산부; 상기 상한 연산부에 의해 연산된 충전 상한 전압까지만 충전이 이루어지도록 상기 이차 전지의 충전을 제어하는 충전 제어부; 및 상기 퇴화율 추정부, 상기 상한 연산부 및 상기 충전 제어부 중 적어도 하나의 동작을 수행하기 위해 필요한 정보를 저장하는 메모리부를 포함한다.

Description

배터리 충전관리 장치 및 방법
본 출원은 2017년 12월 18일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2017-0174361호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리를 관리하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리의 충전을 관리하여 배터리의 수명을 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 드론, 로봇 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 큰 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
이차 전지는 전기화학적인 산화 및 환원 반응을 통해 전기 에너지를 생성한다. 그런데, 이차 전지는, 최초 제조되었을 때의 용량, 즉 BOL(Beginning Of Life) 상태의 용량이 계속 유지되지 않고, 시간이 경과할수록 감소한다. 특히, 이차 전지가 특정 조건에서 오랜 시간 사용되면, 갑작스럽게 이차 전지에 의한 전원 공급이 중단되는 문제가 발생할 수 있다. 이 경우, 이차 전지가 장착된 시스템은 제 기능을 수행하지 못해 심각한 문제를 야기할 수 있다.
이와 같은 이차 전지의 전원 공급 중단 현상은, 여러 원인에 의해 복합적으로 발생할 수 있으나, 대표적인 원인은 전해액과 전극 사이의 산화 내지 환원 반응에 의한 솔벤트 및 염(salt)의 감소 때문인 것으로 볼 수 있다. 특히, 이차 전지가 퇴화될수록 양극과 음극 사이의 밸런스 쉬프트(balance shift)가 일어나게 되는데, 이러한 밸런스 쉬프트는 전해액과 전극 사이의 반응을 가속화하여 이차 전지를 더욱 급속하게 퇴화시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전해액과 전극 사이의 반응을 감소시켜 이차 전지의 퇴화를 지연시킬 수 있는 이차 전지 충전 관리 장치 및 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 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 배터리 충전관리 장치는, 상기 이차 전지의 퇴화율을 추정하는 퇴화율 추정부; 상기 퇴화율 추정부에 의해 추정된 퇴화율에 기초하여 충전 상한 전압을 연산하는 상한 연산부; 상기 상한 연산부에 의해 연산된 충전 상한 전압까지만 충전이 이루어지도록 상기 이차 전지의 충전을 제어하는 충전 제어부; 및 상기 퇴화율 추정부, 상기 상한 연산부 및 상기 충전 제어부 중 적어도 하나의 동작을 수행하기 위해 필요한 정보를 저장하는 메모리부를 포함한다.
여기서, 상기 상한 연산부는, 상기 이차 전지의 퇴화율이 증가하더라도 상기 이차 전지의 양극 만충 전위를 일정 범위 이내로 유지할 수 있도록 상기 충전 상한 전압을 연산할 수 있다.
또한, 상기 상한 연산부는, 상기 이차 전지의 퇴화율이 증가됨에 따라 상기 충전 상한 전압이 감소되도록 상기 충전 상한 전압을 연산할 수 있다.
또한, 상기 상한 연산부는, 현재 퇴화율에서의 양극 만충 참조 전위와 양극 만충 최초 전위를 비교하고, 비교 결과를 이용하여 상기 충전 상한 전압을 연산할 수 있다.
또한, 상기 메모리부는, 양극 만충 최초 전위 및 퇴화율 별 양극 만충 참조 전위를 저장할 수 있다.
또한, 상기 메모리부는, 양극 만충 최초 전위, 퇴화율 별 방전 용량에 따른 양극 참조 전위 프로파일 및 방전 용량에 따른 풀셀 참조 전위 프로파일을 저장하고, 상기 상한 연산부는, 현재 퇴화율에 대응하는 방전 용량에 따른 양극 참조 전위 프로파일 및 방전 용량에 따른 풀셀 참조 전위 프로파일을 추출하고, 추출된 양극 참조 전위 프로파일 및 추출된 풀셀 참조 전위 프로파일에 기초하여 상기 충전 상한 전압을 연산할 수 있다.
또한, 상기 상한 연산부는, 상기 추출된 양극 참조 전위 프로파일에서 양극 만충 최초 전위에 해당하는 방전 용량을 산출하고, 상기 추출된 풀셀 참조 전위 프로파일에서 상기 산출된 방전 용량에 대응하는 전압을 상기 충전 상한 전압으로 연산할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 충전관리 장치는 이차 전지의 전압을 측정하는 전압 측정부를 더 포함하고, 상기 충전 제어부는 상기 전압 측정부에 의해 측정된 전압 측정 정보 및 상기 상한 연산부에 의해 연산된 충전 상한 전압을 비교하여 상기 이차 전지의 충전을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 충전관리 장치를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 충전관리 장치를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지 충전 관리 방법은, 이차 전지의 퇴화율을 추정하는 단계; 상기 퇴화율 추정 단계에서 추정된 퇴화율에 기초하여 충전 상한 전압을 연산하는 단계; 및 상기 충전 상한 전압 연산 단계에서 연산된 충전 상한 전압까지만 충전이 이루어지도록 상기 이차 전지의 충전을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 이차 전지의 충전을 제어함으로써 이차 전지의 퇴화가 효과적으로 늦추어질 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 이차 전지의 수명이 향상되어 장수명 이차 전지의 개발이 촉진될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 이차 전지의 양극과 전해액 사이의 부반응으로 인해 퇴화가 가속화되는 것을 억제할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 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 충전관리 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는, 종래 배터리의 충전 시, 퇴화에 따른 이차 전지의 전위 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 도 2의 A1 부분에 대한 확대도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 관리 장치에 의한 충전 제어가 수행된 상태에서, 퇴화에 따른 이차 전지의 전위 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 도 4의 A2 부분에 대한 확대도이다.
도 6은, 퇴화율에 따른 양극 만충 전위와 충전 상한 전압의 크기 변화에 대하여, 본 발명에 따른 실시예와 종래 기술에 따른 비교예를 서로 비교하여 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리부가 방전 용량에 따른 풀셀 참조 전위 프로파일을 여러 퇴화율 별로 저장하는 구성을 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리부가 방전 용량에 따른 풀셀 참조 전위 프로파일을 여러 퇴화율 별로 저장하는 구성을 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 상한 전압의 연산 구성을 개략적으로 도식화하여 나타내는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전관리 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 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 배터리 충전관리 장치는, 이차 전지를 구비하는 배터리, 이를테면 배터리 팩 또는 배터리 모듈의 충전을 관리하는 장치일 수 있다. 여기서, 배터리에는 이차 전지가 하나 또는 둘 이상 구비될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전관리 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 충전관리 장치는, 퇴화율 추정부(110), 상한 연산부(120), 충전 제어부(130) 및 메모리부(140)를 포함할 수 있다.
상기 퇴화율 추정부(110)는, 배터리에 구비된 이차 전지의 퇴화율을 추정할 수 있다. 이차 전지는 제조 당시(Beginning Of Life;BOL)의 최초 용량이 그대로 유지되지 않고, 시간이 지나감에 따라 용량이 감소될 수 있다. 특히, 이차 전지는 충방전이 진행되는 상황에서는 물론이고, 보관만 되는 상황에서도 용량이 감소될 수 있다. 이러한 이차 전지의 용량 감소는 퇴화율로서 정량적으로 계산될 수 있다. 이러한 퇴화율 내지 퇴화도는 BOL 상태의 용량 대비 현재 상태의 용량 감소량의 비율에 의해 정의될 수도 있다.
상기 퇴화율 추정부(110)는, 다양한 방식으로 이차 전지의 퇴화율을 추정할 수 있다. 대표적으로, 상기 퇴화율 추정부(110)는, 용량 감소분을 계산함으로써, 이차 전지의 퇴화율을 추정할 수 있다. 이를테면, 퇴화율 추정부(110)는, 이차 전지의 용량을 측정하고, 현재 측정된 용량과 BOL 용량을 대비하여 어느 정도의 차이를 가지는지 계산함으로써, 이차 전지의 퇴화율을 추정할 수 있다. 여기서, 퇴화율 추정부(110)에 의해 이차 전지의 용량이 측정되는 방법 역시 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 퇴화율 추정부(110)는, 이차 전지가 완전히 방전되었을 때 만충전을 진행하고, 그 과정에서 이차 전지로 흘러 들어가는 충전 전류를 적산하는 등의 방식으로 이차 전지의 용량을 측정할 수 있다.
또는, 상기 퇴화율 추정부(110)는, 다양한 동작 조건에 따라 미리 정의된 퇴화도 프로파일 정보에 따라 이차 전지의 퇴화율을 추정할 수 있다. 예를 들어, 메모리부(140) 등은, 이차 전지의 다양한 동작 조건별로 복수의 퇴화율 프로파일을 미리 정의하여 저장할 수 있다. 이를테면, 메모리부(140)에는 충전 상태(State Of Charge; SOC), 온도, 씨레이트(C-rate) 등에 따라 복수의 퇴화율 프로파일을 미리 저장할 수 있다. 이 경우, 퇴화율 추정부(110)는, 실제 이차 전지가 동작된 조건에 부합하는 퇴화율 프로파일을 메모리부(140)에서 추출해내고, 추출된 퇴화율 프로파일로부터 현재 이차 전지의 퇴화율을 추정할 수 있다.
또는, 상기 퇴화율 추정부(110)는, 이차 전지의 충방전 사이클 수를 카운팅하고, 이러한 충방전 사이클 수에 따라 퇴화율을 추정할 수 있다. 또는, 상기 퇴화율 추정부(110)는 배터리의 충방전 전류를 계속하여 누적하고, 누적된 충방전 전류의 크기에 따라 퇴화율을 추정할 수 있다. 또는, 상기 퇴화율 추정부(110)는, 이차 전지의 내부 저항을 측정하고 측정된 내부 저항의 크기에 따라 이차 전지의 퇴화율을 추정할 수도 있다.
이 밖에도, 상기 퇴화율 추정부(110)는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 퇴화율 추정 방식 내지 SOH(State Of Health) 추정 방식을 이용하여, 이차 전지의 퇴화율을 추정할 수 있다.
상기 퇴화율 추정부(110)는, 이와 같이 이차 전지의 퇴화율을 추정하면, 추정된 퇴화율 정보를 본 발명에 따른 배터리 충전관리 장치의 다른 구성요소에 전송할 수 있다. 특히, 상기 퇴화율 추정부(110)는, 퇴화율 추정 정보를 상한 연산부(120)에 전달할 수 있다.
상기 상한 연산부(120)는, 퇴화율 추정부(110)로부터 퇴화율 추정 정보를 수신하고, 수신된 퇴화율 추정 정보에 기초하여 이차 전지 내지 배터리의 충전 상한 전압을 연산할 수 있다. 즉, 상기 상한 연산부(120)는, 이차 전지의 퇴화율에 따라 충전 상한 전압의 연산 결과가 서로 달라지도록 할 수 있다.
예를 들어, 상기 상한 연산부(120)는, 퇴화율 추정부(110)로부터 수신된 이차 전지의 퇴화율이 d1일 때, 충전 상한 전압을 VL1으로 연산할 수 있다. 그리고, 이후 시간이 경과하여 퇴화율 추정부(110)로부터 수신된 이차 전지의 퇴화율이 d2일 때(d1<d2), 충전 상한 전압을 VL2로 연산할 수 있다(VL1≠VL2).
상기 상한 연산부(120)는, 이와 같이 충전 상한 전압을 연산하면, 연산된 충전 상한 전압에 관한 정보를 본 발명에 따른 배터리 충전관리 장치의 다른 구성요소에 전송할 수 있다. 특히, 상기 상한 연산부(120)는, 충전 상한 전압 정보를 충전 제어부(130)에 전송할 수 있다. 또한, 상기 상한 연산부(120)는, 충전 상한 전압 정보를 메모리부(140)에 전송하여 그 값이 일시적으로 또는 계속해서 저장되도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 상한 연산부(120)는, 충전 상한 전압 정보를, 퇴화율에 대응시켜 메모리부(140)에 저장할 수 있다.
상기 충전 제어부(130)는, 상한 연산부(120)로부터 충전 상한 전압 정보를 수신할 수 있다. 그리고, 상기 충전 제어부(130)는, 수신된 충전 상한 전압에 따라 이차 전지의 충전, 즉 배터리의 충전을 제어할 수 있다. 특히, 상기 충전 제어부(130)는, 이차 전지가 충전 상한 전압까지만 충전이 이루어지도록 이차 전지의 충전을 제어할 수 있다. 즉, 상기 충전 제어부(130)는, 이차 전지의 전압이 충전 상한 전압을 넘지 않도록 이차 전지의 충전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상한 연산부(120)에 의해 연산된 충전 상한 전압이 VL1이라 할 때, 상기 충전 제어부(130)는, 이차 전지의 충전 시 전압이 VL1까지만 충전이 이루어지도록 할 수 있다.
충전 제어부(130)가 이차 전지의 충전 시 충전 상한 전압까지만 충전이 이루어지도록 하는 구성은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 충전 제어부(130)는, 이차 전지에 대하여, 충전 상한 전압에 맞추어 CV(Constant Voltage) 충전이 수행되도록 할 수 있다. 또는, 상기 충전 제어부(130)는, 이차 전지에 대하여 충전이 수행될 때, 이차 전지의 전압이 충전 상한 전압에 도달하는 경우, 충전 스위치를 차단하여 충전 전류가 이차 전지로 공급되지 않도록 할 수 있다.
상기 메모리부(140)는, 본 발명에 따른 배터리 충전관리 장치의 각 구성요소가 동작을 수행하기 위해 필요한 각종 정보를 저장할 수 있다. 즉, 상기 메모리부(140)는, 퇴화율 추정부(110), 상한 연산부(120) 및 충전 제어부(130) 중 적어도 하나가 그 동작을 수행하기 위해 필요한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 상기 메모리부(140)는, 퇴화율 추정부(110), 상한 연산부(120) 및/또는 충전 제어부(130)가 동작을 수행하기 위한 각종 프로그램 정보를 저장할 수 있다. 또는, 상기 메모리부(140)는, 퇴화율 추정부(110), 상한 연산부(120) 및/또는 충전 제어부(130)가 그 동작을 수행한 결과에 관한 정보를 저장할 수 있다. 또는, 상기 메모리부(140)는, 퇴화율 추정부(110), 상한 연산부(120) 및/또는 충전 제어부(130)가 동작을 수행하기 위해 필요한 각종 참조 정보를 저장할 수 있다.
상기 메모리부(140)는, 플래시 메모리 타입, 하드 디스크 타입, SSD(Solid State Disk) 타입, SDD(Solid Disk Drive) 타입, 멀티미디어 카드 마이크로 타입, 램(RAM), SRAM, ROM, EEPROM, PROM 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 메모리부(140)의 구체적인 형태로 제한되는 것은 아니다.
바람직하게는, 상기 상한 연산부(120)는, 이차 전지의 퇴화율이 증가하더라도 이차 전지의 양극 만충 전위를 일정 범위 이내로 유지하도록 충전 상한 전압을 연산할 수 있다. 여기서, 양극 만충 전위는, 이차 전지가 만충전 상태일 때, 즉 이차 전지의 SOC가 100%일 때의 양극 전위라 할 수 있다.
여기서, 양극 전위는 다양한 방식으로 측정 내지 예측될 수 있다. 예를 들어, 양극 단자와 음극 단자 이외에 기준 전극 단자가 마련된 이차 전지의 경우, 양극 단자와 기준 전극 단자 사이의 전위차를 측정함으로써 양극 전위가 측정될 수 있다. 또는 기준 전극 단자가 존재하지 않는 이차 전지의 경우, 다른 여러 방식으로 예측될 수 있다. 일례로, 방전량(만충전 대비 방전된 용량) 또는 SOC에 따른 양극 전위의 변화도 프로파일이 메모리부(140) 등에 미리 저장되어 있고, 양극 전위는 이와 같이 저장된 변화도 프로파일 정보를 기초로 각 방전량 또는 SOC 마다 양극 전위를 예측할 수 있다.
한편, 이러한 양극 전위의 측정 내지 예측 동작은, 상한 연산부(120)에 의해 수행되거나, 후술하는 전압 측정부(150) 등에 의해 수행될 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차 전지가 퇴화될수록 이러한 양극 전위는 변화할 수 있다. 즉, 동일한 방전량 내지 동일한 SOC 상태에서도, 이차 전지의 퇴화 정도에 따라, 양극 전위는 서로 달라질 수 있다. 이러한 현상에 대해서는, 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는, 종래 배터리의 충전 시, 퇴화에 따른 이차 전지의 전위 변화의 일례를 나타내는 그래프이다. 이러한 도 2의 그래프는, 밸런스 쉬프트(Balance Shift)가 약 10Ah 정도 일어난 상태의 전위 프로파일이라 할 수 있다. 그리고, 도 3은 도 2의 A1 부분에 대한 확대도이다.
도 2 및 도 3에서, 가로축(x축)은 이차 전지의 방전된 양으로서, 우측으로 갈수록 방전량이 증가하므로 SOC에 대응되는 축이라 할 수 있다. 즉, 가로축의 우측으로 갈수록 SOC가 줄어든다고 할 수 있다. 또한, 도 2 및 도 3에서, 세로축(y축)은 개방 회로 전위를 나타낸다고 할 수 있다.
도 2 및 도 3에는, 이차 전지에 대한 퇴화 전후의 양극 전위, 음극 전위 및 풀셀 전위(전압)가 나타나 있다. 즉, 퇴화 전의 각 전위는 점선으로, 퇴화 후의 각 전위는 실선으로 표시되어 있다. 특히, 퇴화 전이란 전지가 최초 상태, 즉 BOL 상태라 할 수 있다. 여기서, 풀셀 전위는 양극 전위와 음극 전위 사이의 차이에 의해 나타나는 것으로서, 풀셀 전압, 전체 전압, 전체 전위 등으로 표현될 수도 있다. 보다 구체적으로, 도 2 및 도 3에서, 퇴화 전 양극 전위는 V0+, 퇴화 후 양극 전위는 V0+'으로 표시되고, 퇴화 전 풀셀 전위는 V0, 퇴화 후 풀셀 전위는 V0'으로 표시되어 있다. 또한, 도 2에서, 퇴화 전 음극 전위는 V0-, 퇴화 후 음극 전위는 V0-'으로 표시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 일반적인 배터리의 경우, 퇴화가 진행됨에 따라, 양극 전위는 증가하고 음극 전위 및 풀셀 전위는 감소한다는 것을 알 수 있다. 그리고, 풀셀 만충 전위는 약 4.2V로서 동일하지만, 퇴화 후에는 풀셀 전위가 방전이 진행됨에 따라 더욱 많이 낮아진다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 3을 참조하면, 퇴화 후 양극 전위 프로파일(그래프)가 퇴화 전 양극 전위 프로파일(그래프)에 비해 위쪽에 있음을 알 수 있다. 따라서, 동일한 방전량을 기준으로 볼 때, 퇴화 후 양극 전위가 퇴화 전 양극 전위보다 크다고 할 수 있다. 특히, 가로축이 0인 지점에서의 양극 전위가 양극 만충 전위라 할 수 있는데, 이러한 양극 만충 전위는, 퇴화가 진행됨에 따라 높아짐을 알 수 있다. 예를 들어, 도 3의 그래프에서, 양극 만충 전위는, 퇴화 전의 경우 약 4.28V임에 반해, 퇴화 후의 경우 약 4.30V 이상의 값으로 증가되었다.
이처럼, 종래 배터리 충전 제어 조건 하에서는, 퇴화가 진행될수록 양극 만충 전위가 증가한다고 할 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 배터리 충전관리 장치는 양극 만충 전위가 일정 범위 이내로 유지되도록 할 수 있다. 특히, 상기 상한 연산부(120)는, 퇴화율이 증가함에도 이차 전지의 양극 만충 전위가 계속해서 증가하지 않고 일정 범위 이내로 유지되도록 할 수 있다. 이러한 본원발명의 구성에 대해서는, 도 4 내지 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 관리 장치에 의한 충전 제어가 수행된 상태에서, 퇴화에 따른 이차 전지의 전위 변화의 일례를 나타내는 그래프이다. 이러한 도 4의 그래프 역시, 도 2와 유사하게 밸런스 쉬프트가 약 10Ah 정도 일어난 상태의 전위 프로파일이라 할 수 있다. 그리고, 도 5는 도 4의 A2 부분에 대한 확대도이다.
도 4 및 도 5에서, 가로축과 세로축은 도 2 및 도 3과 유사한 형태로 구성되어 있다. 또한, 도 4 및 도 5에서, 퇴화 전의 각 전위는 점선으로, 퇴화 후의 각 전위는 실선으로 표시되어 있다. 보다 구체적으로, 퇴화 전 양극 전위는 V1+, 퇴화 후 양극 전위는 V1+'으로 표시되고, 퇴화 전 풀셀 전위는 V1, 퇴화 후 풀셀 전위는 V1'으로 표시되어 있다. 또한, 도 4 및 도 5에서, 퇴화 전 음극 전위는 V1-, 퇴화 후 음극 전위는 V1-'으로 표시되어 있다. 또한, 여기서도, 퇴화 전이란 전지가 최초 상태, 즉 BOL 상태를 나타낸다고 할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 퇴화 후 양극 전위(V1+')는 퇴화 전 양극 전위(V1+)와 거의 유사한 값을 나타내고 있다. 더욱이, 도 5를 참조하면, 도 3에서와 달리, 이차 전지의 퇴화가 진행되었음에도, 퇴화 후 양극 전위 프로파일(그래프)이 퇴화 전 양극 전위 프로파일에 비해 높은 상태에 있지 않고, 그와 유사한 수준의 크기로 표시되고 있다.
이처럼, 퇴화가 진행된 후에도 양극 전위 프로파일이 유사한 크기를 갖도록 하는 것은, 이차 전지의 양극 만충 전위를 일정 범위 이내로 유지함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 양극 만충 전위는 퇴화가 진행됨에도 BOL 상태의 양극 만충 전위(기준 만충 전위)와 동일한 값을 갖거나 그와 0.1V 이내의 차이만 갖도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 5의 그래프를 참조하면, 양극 만충 전위는, BOL 상태라 할 수 있는 퇴화 전 상태에서 약 4.28V이고, 퇴화 후 상태에서도 약 4.28V를 나타내고 있다.
이와 같이, 양극 만충 전위는 기준 만충 전위와 동일하거나 그와 일정 오차 범위 이내로 유지되도록 구성될 수 있는데, 이는 만충전 시 풀셀 전위를 제어함으로써 구현될 수 있다. 특히, 본 발명에서 상한 연산부(120)가 충전 상한 전압을 연산하는데, 이러한 충전 상한 전압의 연산값이 조정됨으로써, 만충전 시 풀셀 전위가 제어될 수 있다. 즉, 상한 연산부(120)는, 충전 상한 전압의 연산값을 퇴화에 따라 변화시킴으로써, 이차 전지의 양극 만충 전위를 BOL 상태의 기준 만충 전위와 동일하거나 일정 오차 범위 이내가 되도록 할 수 있다.
예를 들어, 도 5의 그래프에서, 퇴화 후에도 양극 만충 전위(V1+')를 4.28V 정도로 일정하게 유지하기 위해서는, 풀셀 만충 전위(V1')가 4.2V에서 약 4.18V 정도로 감소되어야 한다. 이를 위해, 상한 연산부(120)는 충전 상한 전압을 약 4.18V로 연산할 수 있다. 그러면, 풀셀 만충 전위는 4.18V가 될 수 있으며, 이에 따라 양극 만충 전위는 퇴화 전과 유사한 수준인 4.28V 정도로 유지되도록 할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 상한 연산부(120)는, 퇴화율이 증가함에 따라 충전 상한 전압이 감소되도록 충전 상한 전압을 연산할 수 있다. 이에 대해서는, 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 6은, 퇴화율에 따른 양극 만충 전위와 충전 상한 전압의 크기 변화에 대하여, 본 발명에 따른 실시예와 종래 기술에 따른 비교예를 서로 비교하여 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 6에서는, 가로축이 용량 손실로서 퇴화율을 의미한다고 할 수 있으며, 세로축이 만충전 상태(SOC 100%)에서의 OCV(Open Circuit Voltage)를 나타낸다. 또한, 점선은 종래 기술에 따른 비교예 그래프로서, V0f+는 양극 만충 전위를 나타내고 V0max는 충전 상한 전압을 나타낸다. 그리고, 실선은 본 발명에 따른 실시예 그래프로서, V1f+는 양극 만충 전위를 나타내고 V1max는 충전 상한 전압을 나타낸다.
도 6의 점선을 참조하면, 종래 기술에 따른 충전 제어 구성과 같이, 퇴화율이 증가함에도 충전 상한 전압(V0max)을 일정하게 유지하는 경우, 양극 만충 전위(V0f+)는 퇴화율의 증가에 따라 점차 증가하는 양상을 보일 수 있다. 반면, 도 6의 실선에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 충전 제어 구성에 의해, 퇴화율이 증가함에 따라 충전 상한 전압(V1max)을 점차 감소시킬 경우, 양극 만충 전위(V1f+)는 퇴화가 진행되더라도 일정하게 유지되거나, 일정 범위 이내에 있게 되는 양상을 보일 수 있다. 특히, 본 발명에 있어서, 충전 상한 전압은 상한 연산부(120)에 의해 연산되는데, 상한 연산부(120)는, 충전 상한 전압을 연산할 때, 퇴화율의 증가에 따라 충전 상한 전압이 점차 감소되도록 할 수 있다.
한편, 이와 같은 구성은 도 3 및 도 5의 그래프를 비교해 보더라도 명확하게 알 수 있다. 즉, 도 3의 그래프에서는 퇴화 전후 충전 상한 전압이 일정하게 유지됨으로써 풀셀 만충 전위가 4.2V 정도로 동일한 값을 나타내었다고 할 수 있다. 반면, 도 5의 그래프에서는 퇴화 후 풀셀 만충 전압이 퇴화 전 풀셀 만충 전압보다 낮게 나타나고 있는데, 이는 상한 연산부(120)에 의해 충전 상한 전압이 퇴화에 따라 낮게 결정되었기 때문이라고 할 수 있다. 그리고, 이러한 풀셀 만충 전압의 하강으로 인해 양극 만충 전위는 퇴화 전후 유사한 크기로 측정되었다고 할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 상한 연산부(120)는, 이차 전지에 대하여, 현재 퇴화율에서의 양극 만충 참조 전위와 양극 만충 최초 전위를 비교할 수 있다. 그리고, 상한 연산부(120)는, 그러한 비교 결과를 이용하여 충전 상한 전압을 연산할 수 있다.
여기서, 현재 퇴화율에서의 양극 만충 참조 전위란, 본 발명에 따른 충전 상한 전압 제어가 수행되지 않은 상태에서의 양극 만충 전위라 할 수 있다. 즉, 현재 퇴화율에서의 양극 만충 참조 전위란, 종래와 같이 퇴화가 진행됨에도 풀셀 만충 전위를 일정하게 유지하였을 때, 현재 퇴화율 수준에서 형성될 수 있는 양극 만충 전위라 할 수 있다. 또한, 양극 만충 최초 전위란, 전지의 퇴화율이 0%인 상태, 즉 전지가 퇴화되지 않은 BOL 상태에서의 양극 만충 전위라 할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 그래프에 도시된 퇴화 후 양극 전위가, 현재 측정하고자 하는 시점과 동일한 퇴화율에서의 양극 전위라 할 때, 양극 만충 참조 전위는 약 4.30V이고, 양극 만충 최초 전위는 약 4.28V라 할 수 있다. 이 경우, 상기 상한 연산부(120)는, 양극 만충 최초 전위인 4.28V와 양극 만충 참조 전위인 4.30V를 비교하여, 충전 상한 전압을 연산할 수 있다.
여기서, 메모리부(140)는, 양극 만충 최초 전위 및 퇴화율 별 양극 만충 참조 전위를 저장할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 그래프에서 양극 만충 최초 전위는 4.28V이므로, 메모리부(140)는 이러한 4.28V를 양극 만충 최초 전위값으로 저장할 수 있다. 또한, 메모리부(140)는, 양극 만충 참조 전위를 각 퇴화율별로 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리부(140)는, 이차 전지의 퇴화율이 10%, 20%, 30%, 40%, ...일 때, 각 퇴화율마다 그에 대응하는 양극 만충 참조 전위를 저장할 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 상기 메모리부(140)는, 이차 전지의 퇴화율이 10%, 20%, 30%, 40%, ...일 때의 양극 만충 참조 전위를 각각 4.29V, 4.30V, 4.31V, 4.32V, ... 와 같이 저장할 수 있다. 이 경우, 상한 연산부(120)는, 퇴화율 추정부(110)에 의해 이차 전지의 퇴화율에 대한 정보를 수신할 수 있으며, 수신된 퇴화율 정보에 따라 그에 대응되는 양극 만충 참조 전위를 메모리부(140)로부터 독출할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 메모리부(140)는, 양극 만충 최초 전위, 퇴화율 별 방전 용량에 따른 양극 참조 전위 프로파일 및 방전 용량에 따른 풀셀 참조 전위 프로파일을 저장할 수 있다.
여기서, 양극 참조 전위란, 앞서 설명한 바와 마찬가지로, 본 발명과 같은 충전 제어가 수행되지 않을 경우 형성될 수 있는 양극 전위라 할 수 있다. 즉, 본 발명의 경우 퇴화가 진행됨에 따라 충전 상한 전압이 변화되도록 구성될 수 있지만, 양극 참조 전위는 이처럼 충전 상한 전압이 변화되지 않고 일정하게 유지되도록 할 때 나타나는 양극 전위일 수 있다. 그리고, 방전 용량에 따른 양극 참조 전위 프로파일은, 방전 용량이 변화함에 따라, 다시 말해 충전 상태가 변화함에 따라 양극 참조 전위가 변화하는 형태를 나타내는 것이라 할 수 있다. 이러한 방전 용량에 따른 양극 참조 전위 프로파일은, 곡선 내지 직선 형태로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 3의 퇴화 후 양극 전위(V+') 그래프가 하나의 양극 참조 전위 프로파일이라 할 수 있다.
메모리부(140)는, 이러한 방전 용량에 따른 양극 참조 전위 프로파일을, 이차 전지의 퇴화율 별로 저장할 수 있다. 도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리부(140)가 방전 용량에 따른 풀셀 참조 전위 프로파일을 여러 퇴화율 별로 저장하는 구성을 개략적으로 나타내는 그래프이다. 도 7에서 각 그래프에 대한 수치 표시는 이차 전지의 퇴화율을 의미한다.
도 7을 참조하면, 메모리부(140)는, 이차 전지의 퇴화율이 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, ...일 때마다, 각 퇴화율에 대응하는 방전 용량-양극 참조 전위 프로파일을 미리 저장할 수 있다. 이를테면, 도 3에 도시된 퇴화 후 양극 전위(V0+') 그래프는, 어느 한 퇴화율에 대응되는 방전 용량에 따른 양극 참조 전위 프로파일이라 할 수 있다. 그리고, 메모리부(140)는, 이와 같은 그래프를 다양한 퇴화율마다 서로 다른 형태로서 저장하고 있을 수 있다.
이러한 퇴화율 별 방전 용량에 따른 양극 참조 전위 프로파일은, 각 퇴화율마다 실험적으로 측정되어 메모리부(140)에 미리 저장될 수 있다.
또한, 풀셀 참조 전위란, 본 발명과 같은 충전 제어가 수행되지 않을 경우 형성될 수 있는 풀셀 전위라 할 수 있다. 즉, 퇴화율의 변화에도 불구하고 충전 상한 전압이 일정하게 유지되도록 할 때, 다시 말해 풀셀 만충 전압이 일정하게 유지되도록 할 때 나타나는 풀셀 전위일 수 있다. 그리고, 방전 용량에 따른 풀셀 참조 전위 프로파일은, 방전 용량이 변화함에 따라 풀셀 참조 전위가 변화하는 형태를 나타낸 것이라 할 수 있다. 이러한 방전 용량에 따른 풀셀 참조 전위 프로파일 역시, 곡선 내지 직선 형태로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 3의 퇴화 후 풀셀 전위(V0') 그래프가 하나의 풀셀 참조 전위 프로파일이라 할 수 있다.
특히, 메모리부(140)는, 이러한 방전 용량에 따른 풀셀 참조 전위 프로파일을, 이차 전지의 퇴화율 별로 저장할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리부(140)가 방전 용량에 따른 풀셀 참조 전위 프로파일을 여러 퇴화율 별로 저장하는 구성을 개략적으로 나타내는 그래프이다. 도 8에서 각 그래프에 대한 수치 표시는 이차 전지의 퇴화율을 의미한다.
도 8을 참조하면, 메모리부(140)는, 이차 전지의 퇴화율이 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, ...일 때마다 각 퇴화율에 대응하는 방전 용량-풀셀 참조 전위 프로파일을 미리 저장할 수 있다. 이를테면, 도 3에 도시된 퇴화 후 풀셀 전위(V0') 그래프는, 어느 한 퇴화율에 대응되는 방전 용량에 따른 풀셀 참조 전위 프로파일이라 할 수 있다. 그리고, 메모리부(140)는, 이와 같은 그래프를 다양한 퇴화율마다 서로 다른 형태로서 저장하고 있을 수 있다.
이러한 퇴화율 별 방전 용량에 따른 풀셀 참조 전위 프로파일은, 각 퇴화율마다 실험적으로 측정되어 메모리부(140)에 미리 저장될 수 있다.
이러한 구성에 있어서, 상기 상한 연산부(120)는, 메모리부(140)에 저장된 다수의 양극 참조 전위 프로파일 및 다수의 풀셀 참조 전위 프로파일 중, 현재 퇴화율에 대응되는 프로파일을 추출할 수 있다. 즉, 퇴화율 추정부(110)가 이차 전지의 퇴화율을 추정하면, 상기 상한 연산부(120)는 이러한 퇴화율 추정 정보를 퇴화율 추정부(110)로부터 수신할 수 있다. 그리고, 상한 연산부(120)는, 수신된 퇴화율 추정 정보를 기초로, 그에 상응하는 방전 용량-양극 참조 전위 프로파일 및 방전 용량-풀셀 참조 전위 프로파일을 추출할 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 퇴화율 별로 양극 참조 전위 프로파일이 메모리부(140)에 저장되어 있고, 도 8에 도시된 바와 같이 퇴화율 별로 풀셀 참조 전위 프로파일이 메모리부(140)에 저장된 경우, 상기 상한 연산부(120)는, 도 7의 그래프에서 어느 하나의 양극 참조 전위 프로파일을 선정하고, 도 8의 그래프에서 어느 하나의 풀셀 참조 전위 프로파일을 선정할 수 있다. 보다 구체적으로, 퇴화율 추정부(110)가 현재 이차 전지의 퇴화율을 10%라고 추정한 경우, 상한 연산부(120)는, 도 7 및 도 8에서 그러한 퇴화율에 상응하는 그래프, 즉 10%로 표시된 그래프를 양극 참조 전위 프로파일 및 풀셀 참조 전위 프로파일로서 선정할 수 있다.
그리고, 상한 연산부(120)는, 이와 같이 추출된 참조 프로파일을 이용하여 충전 상한 전압을 연산할 수 있다. 즉, 상한 연산부(120)는, 어느 하나의 양극 참조 전위 프로파일 및 어느 하나의 풀셀 참조 전위 프로파일이 추출되면, 추출된 양극 참조 전위 프로파일 및 추출된 풀셀 참조 전위 프로파일에 기초하여 충전 상한 전압을 연산할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시예와 같이, 도 7 및 도 8에서 10% 퇴화율에 상응하는 참조 전위 프로파일이 각각 추출된 경우, 상한 연산부(120)는, 이러한 10% 퇴화율에 상응하는 참조 전위 프로파일을 통해 충전 상한 전압을 연산할 수 있다.
여기서, 상기 상한 연산부(120)는, 추출된 양극 참조 전위 프로파일에서 양극 만충 최초 전위에 해당하는 방전 용량을 산출할 수 있다. 또한, 상기 상한 연산부(120)는, 추출된 풀셀 참조 전위 프로파일에서 산출된 방전 용량에 대응하는 전압을 충전 상한 전압으로 연산할 수 있다. 이에 대해서는, 도 9를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 상한 전압의 연산 구성을 개략적으로 도식화하여 나타내는 도면이다. 도 9에서, VO+는 퇴화 전 양극 참조 전위 프로파일, V0+'은 메모리부(140)에서 현재 퇴화율에 대응하여 추출된 양극 참조 전위 프로파일, V0'은 메모리부(140)에서 현재 퇴화율에 대응하여 추출된 풀셀 참조 전위 프로파일이라 할 수 있다.
상기 상한 연산부(120)는, 퇴화 전 양극 참조 전위 프로파일(VO+)에서 양극 만충 최초 전위를 확인할 수 있다. 즉, 상한 연산부(120)는, 도 9의 V0+ 그래프에서, 방전 용량이 0(SOC 100%)일 때의 전위값을 추출할 수 있다. 도 9를 참조하면, 양극 만충 최초 전위는 b1으로서 약 4.286V 정도로 확인된다고 할 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 메모리부(140)가 퇴화 전 양극 참조 전위 프로파일을 저장하고, 상한 연산부(120)가 그러한 프로파일로부터 양극 만충 최초 전위를 확인하는 내용으로 개시되었으나, 메모리부(140)는 양극 만충 최초 전위값을 직접 저장할 수도 있다. 예를 들어, 메모리부(140)는, 양극 만충 최초 전위로서 4.286V를 직접 저장하고 있을 수 있다. 이 경우, 상한 연산부(120)는 이와 같이 메모리부(140)에 저장된 양극 만충 최초 전위를 이용할 수 있다.
한편, 이와 같이 양극 만충 최초 전위가 파악되면, 상한 연산부(120)는, 추출된 양극 참조 전위 프로파일에서 양극 만충 최초 전위에 해당하는 방전 용량(충전 상태)을 산출할 수 있다. 예를 들어, 도 9의 실시예에서, 양극 만충 최초 전위인 4.286V(b1)에 대응하는 방전 용량을 V0+' 그래프 상에서 찾으면 c1으로서, 약 0.45 Ah 정도에 해당한다고 할 수 있다. 즉, 상한 연산부(120)는, 양극 만충 최초 전위에 해당하는 방전 용량을 0.45 Ah로서 산출할 수 있다.
그리고, 상한 연산부(120)는, 추출된 풀셀 참조 전위 프로파일에서 산출된 방전 용량에 대응하는 전압을 충전 상한 전압으로 연산할 수 있다. 예를 들어, 도 9의 실시예에서, 추출된 풀셀 참조 전위 프로파일은 V0' 그래프이고, 산출된 방전 용량은 0.45 Ah(c1)이므로, V0' 그래프에서 0.45 Ah에 대응하는 풀셀 전위를 충전 상한 전압으로 연산할 수 있다. 도 9를 참조하면, 0.45 Ah에 대응하는 풀셀 전위는 b2로서 약 4.175 V 정도에 해당한다고 할 수 있다. 따라서, 상한 연산부(120)는 현재 퇴화율에서의 충전 상한 전압을 4.175 V로서 연산할 수 있다.
한편, 상기 도 9의 실시예에서는 현재 퇴화율에 대응하여 추출된 양극 참조 전위 프로파일 및 현재 퇴화율에 대응하여 추출된 풀셀 참조 전위 프로파일을 이용하여 충전 상한 전압이 연산되는 구성이 설명되었으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.
일례로, 상기 상한 연산부(120)는, 양극 만충 최초 전위, 현재 퇴화율에서의 양극 만충 참조 전위 및 풀셀 만충 최초 전위를 이용하여, 충전 상한 전압을 연산할 수 있다. 여기서, 풀셀 만충 최초 전위란 퇴화 전 이차 전지에서 SOC가 100%일 때의 풀셀 만충 전위라 할 수 있다.
예를 들어, 상기 메모리부(140)는, 양극 만충 최초 전위, 즉 퇴화가 진행되지 않은 BOL 상태에서 SOC가 100%일 때의 양극 전위를 저장할 수 있다. 또한, 상기 메모리부(140)는, 양극 만충 참조 전위를 여러 퇴화율에 따라 각각 대응하여 저장할 수 있다. 그리고, 메모리부(140)는, 풀셀 만충 최초 전위를 저장할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 메모리부(140)는, 양극 만충 최초 전위를 4.28V로서 미리 저장할 수 있다. 또한, 상기 메모리부(140)는, 퇴화율이 10%, 20%, 30%, 40%, ...일 때, 양극 만충 참조 전위를 각각 4.29V, 4.30V, 4.31V, 4.32V와 같이 저장할 수 있다. 그리고, 메모리부(140)는, 풀셀 만충 최초 전위로서 4.2V를 저장할 수 있다.
이 경우, 상한 연산부(120)는, 양극 만충 최초 전위와 현재 퇴화율에서의 양극 만충 참조 전위를 메모리부(140)로부터 추출할 수 있다. 그리고, 상한 연산부(120)는, 현재 퇴화율에서의 양극 만충 참조 전위와 양극 만충 최초 전위 사이의 차를 계산할 수 있다. 또한, 상한 연산부(120)는 풀셀 만충 최초 전위에 이러한 차만큼 차감하여 충전 상한 전압을 연산할 수 있다. 예를 들어, 현재 퇴화율이 10%일 때, 상한 연산부(120)는 10% 퇴화율에 대응하는 양극 만충 참조 전위로서 4.30V를 추출하고, 또한 양극 만충 최초 전위를 4.28V로서 독출할 수 있다. 그리고, 상한 연산부(120)는, 4.30V와 4.28V 사이의 차인 0.02V를 풀셀 만충 참조 전압인 4.2V에서 차감할 수 있다. 이 경우, 상한 연산부(120)는, 충전 상한 전압을 4.18V(4.2V-0.02V)로서 연산할 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 충전 상한 전압의 연산 구성이 보다 간단해질 수 있다. 따라서, 충전 상한 전압의 연산을 위해 메모리부(140)에 저장되는 데이터량이 감소되고, 충전 상한부의 부하 및 연산 소요 시간과 전력이 줄어들 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 충전관리 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전압 측정부(150)를 더 포함할 수 있다.
상기 전압 측정부(150)는, 배터리에 구비된 이차 전지의 전압을 측정할 수 있다. 즉, 전압 측정부(150)는 이차 전지의 양단에 연결되어, 이차 전지의 양단 전압을 측정할 수 있다. 특히, 배터리에 다수의 이차 전지가 포함된 경우, 전압 측정부(150)는 전체 이차 전지 어셈블리의 양단 전압을 측정할 수 있다. 또한, 이 경우, 전압 측정부(150)는 일부 이차 전지, 이를테면 각 이차 전지마다 그 양단 전압을 측정할 수도 있다.
전압 측정부(150)는, 전기적 신호를 주고받을 수 있도록, 배터리 충전관리 장치의 다른 구성요소와 전기적으로 연결될 수 있다. 특히, 전압 측정부(150)는, 이차 전지의 전압 측정 정보를 충전 제어부(130)에 전송하여 충전 제어부(130)의 동작 과정에 이용되도록 할 수 있다. 또한, 전압 측정부(150)는, 측정된 전압 정보를 메모리부(140)에 전송하여 저장되도록 할 수 있다. 이러한 전압 측정부(150)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 전압 측정 회로 내지 장치로 구현될 수 있으며, 본 발명은 이러한 전압 측정부(150)의 구체적인 실시예로 한정되지 않는다.
이러한 구성에서, 상기 충전 제어부(130)는, 전압 측정부(150)로부터 전압 측정 정보를 수신할 수 있다. 또한, 상기 충전 제어부(130)는, 상한 연산부(120)에 의해 연산된 충전 상한 전압을 수신할 수 있다. 그리고, 상기 충전 제어부(130)는, 전압 측정부(150)에 의해 측정된 전압 측정 정보와 상한 연산부(120)에 연산된 충전 상한 전압을 비교하여 이차 전지의 충전을 제어할 수 있다. 특히, 상기 충전 제어부(130)는, 전압 측정부(150)에 의한 전압 측정값이 충전 상한 전압을 넘지 않도록 이차 전지의 충전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 충전 제어부(130)는, CV 충전을 통해 이차 전지의 전압이 충전 상한 전압을 넘지 않도록 할 수 있다. 또는, 상기 충전 제어부(130)는, 이차 전지의 전압이 충전 상한 전압에 도달하면, 이차 전지의 충전 경로에 구비된 충전 스위치를 차단하는 등의 방법으로 이차 전지의 충전을 중단할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 이차 전지가 퇴화함에 따라 그에 적합한 충전 상한 전압이 각각 별도로 정해질 수 있다. 특히, 이차 전지가 퇴화함에 따라, 충전 상한 전압은 점차 낮아지게 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 퇴화율에 따른 충전 상한 전압의 조절 구성으로 인해, 이차 전지의 수명이 보다 증대될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 경우, 이차 전지의 퇴화가 진행됨에 따라 양극이 고전압 영역으로 점차 이동하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 양극과 전해액 사이의 부반응, 즉 산화 반응이 가속화되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 이차 전지의 퇴화가 효과적으로 지연될 수 있으며, 이로 인해 이차 전지의 수명 개선이 가능하다고 할 수 있다.
한편, 본 발명에 의할 경우, 수명 퇴화 방지 내지 저지를 위해 만충 전압을 제한하기 때문에, 초기에는 용량 손해가 발생할 수도 있다. 하지만, 이러한 만충 전압 제한으로 인한 용량 손해는 크지 않다고 할 수 있다. 예를 들어, 최초 32Ah의 보유 용량을 가진 이차 전지가 22Ah의 용량을 갖는 상태로 퇴화된 경우, 만충 전압 제한에 따른 용량 손해는 약 0.35Ah 정도일 수 있다. 이는 전체 보유 용량 대비 약 1.6% 수준으로서 매우 미미한 수준이라고 할 수 있다. 그에 반해, 본 발명에 따른 만충 전압 제한으로 인해 이차 전지의 용량 저하 속도가 크게 감소하므로, 본 발명에 의할 경우, 종국적으로는 이차 전지의 수명이 증대된다고 할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 충전관리 장치에 포함되는 구성요소의 적어도 일부, 이를테면 상기 퇴화율 추정부(110), 상한 연산부(120) 등은, 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어 유닛은 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이 때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 본 출원의 메모리부(140)에 포함될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 디바이스의 종류에 상관 없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 배터리 충전관리 장치는, 배터리 팩 자체에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 충전관리 장치를 포함할 수 있다. 이 경우, 퇴화율 추정부(110), 상한 연산부(120), 충전 제어부(130), 메모리부(140) 및 전압 측정부(150) 중 적어도 일부는 배터리 팩에 이미 구비된 구성요소에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩에는, 배터리 팩의 충방전을 관리하기 위해 BMS(Battery Management System)가 구비될 수 있는데, 상기 퇴화율 추정부(110), 상한 연산부(120), 충전 제어부(130), 메모리부(140) 및 전압 측정부(150)의 적어도 일부는 이러한 BMS에 의해 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동차는, 상술한 본 발명에 따른 배터리 충전관리 장치를 포함할 수 있다. 이 경우, 배터리 충전관리 장치는, 배터리 팩에 포함될 수 있다. 또는, 배터리 충전관리 장치의 적어도 일부는, 배터리 팩 외부에 구비된 다른 장치, 특히 차량에 구비된 장치로서 구현될 수도 있다. 한편, 여기서, 자동차는 전기 자동차일 수 있으며, 이러한 전기 자동차에는 EV(Electric Vehicle), HEV(Hybrid Electric Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등의 개념이 모두 포함된다고 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 충전관리 장치는, 자동차 이외에 다른 다양한 전기로 구동되는 다른 다양한 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 배터리 충전관리 장치는, 전기 열차, 전기 배, 전기 비행기, 파워 툴, 전력 저장 장치 등에 다양하게 적용될 수 있다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전관리 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 도 10에서 각 단계의 수행 주체는, 앞서 설명한 배터리 충전관리 장치의 각 구성요소라 할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 충전관리 방법에 의하면, 먼저, 이차 전지의 퇴화율이 추정된다(S110). 다음으로, 상기 S110 단계에서 추정된 퇴화율에 기초하여 충전 상한 전압이 연산된다(S120). 그리고 나서, 상기 S120 단계에서 연산된 충전 상한 전압까지만 충전이 이루어지도록 이차 전지의 충전이 제어된다(S130).
바람직하게는, 상기 S120 단계에서, 충전 상한 전압은, 이차 전지의 퇴화율이 증가하더라도 이차 전지의 양극 만충 전위를 일정 범위 이내로 유지할 수 있도록 연산될 수 있다.
또한, 상기 S120 단계에서, 충전 상한 전압은, 이차 전지의 퇴화율이 증가함에 따라 점차 감소되는 방향으로 연산될 수 있다.
또한, 상기 S120 단계에서, 충전 상한 전압은, 현재 퇴화율에서의 양극 만충 참조 전위와 양극 만충 최초 전위를 비교하고, 그 비교 결과를 이용하여 연산될 수 있다.
이 경우, 도면에는 도시하지 않았지만, 양극 만충 최초 전위 및 퇴화율 별 양극 만충 참조 전위가 메모리부(140)에 미리 저장되는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 S110 단계 이전에, 이차 전지에 대한 양극 만충 최초 전위 및 퇴화율 별 양극 만충 참조 전위가 실험적으로 측정되고, 측정된 결과가 메모리부(140)에 저장되는 단계가 더 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 충전관리 방법은, 상기 S110 단계 이전에, 양극 만충 최초 전위, 퇴화율 별 방전 용량에 따른 양극 참조 전위 프로파일 및 방전 용량에 따른 풀셀 참조 전위 프로파일을 메모리부(140)에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 S120 단계에서는, 현재 퇴화율에 대응하는 방전 용량에 따른 양극 참조 전위 프로파일 및 방전 용량에 따른 풀셀 참조 전위 프로파일을 추출하고, 추출된 양극 참조 전위 프로파일 및 추출된 풀셀 참조 전위 프로파일에 기초하여 충전 상한 전압이 연산될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 S120 단계에서는, 추출된 양극 참조 전위 프로파일에서 양극 만충 최초 전위에 해당하는 방전 용량을 산출하고, 추출된 풀셀 참조 전위 프로파일에서 상기 산출된 방전 용량에 대응하는 전압을 충전 상한 전압으로 연산할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 충전관리 방법은, 상기 S130 단계 이전에, 이차 전지의 전압을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 S130 단계는, 전압 측정 단계에서 측정된 전압 측정 정보와 상기 S120 단계에서 연산된 충전 상한 전압을 비교하여 이차 전지의 충전을 제어할 수 있다.
한편, 본 명세서에서는, '퇴화율 추정부', '상한 연산부', '충전 제어부', '메모리부', '전압 측정부' 등과 같이, '~부'라는 용어가 사용되었는데, 이러한 구성 요소들은 반드시 물리적으로 구분되는 요소들이라기보다는 기능적으로 구분되는 요소들로 이해되어야 한다. 따라서, 각각의 구성요소는 다른 구성요소와 선택적으로 통합되거나 각각의 구성요소가 제어 로직(들)의 효율적인 실행을 위해 서브 구성요소들로 분할될 수 있다. 또한, 각 구성요소들이 통합 또는 분할되더라도 기능의 동일성이 인정될 수 있다면, 통합 또는 분할된 구성요소들도 본 출원의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 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.
[부호의 설명]
110: 퇴화율 추정부
120: 상한 연산부
130: 충전 제어부
140: 메모리부
150: 전압 측정부

Claims (11)

  1. 상기 이차 전지의 퇴화율을 추정하는 퇴화율 추정부;
    상기 퇴화율 추정부에 의해 추정된 퇴화율에 기초하여 충전 상한 전압을 연산하는 상한 연산부;
    상기 상한 연산부에 의해 연산된 충전 상한 전압까지만 충전이 이루어지도록 상기 이차 전지의 충전을 제어하는 충전 제어부; 및
    상기 퇴화율 추정부, 상기 상한 연산부 및 상기 충전 제어부 중 적어도 하나의 동작을 수행하기 위해 필요한 정보를 저장하는 메모리부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상한 연산부는, 상기 이차 전지의 퇴화율이 증가하더라도 상기 이차 전지의 양극 만충 전위를 일정 범위 이내로 유지할 수 있도록 상기 충전 상한 전압을 연산하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전관리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상한 연산부는, 상기 이차 전지의 퇴화율이 증가됨에 따라 상기 충전 상한 전압이 감소되도록 상기 충전 상한 전압을 연산하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전관리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상한 연산부는, 현재 퇴화율에서의 양극 만충 참조 전위와 양극 만충 최초 전위를 비교하고, 비교 결과를 이용하여 상기 충전 상한 전압을 연산하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전관리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 메모리부는, 양극 만충 최초 전위 및 퇴화율 별 양극 만충 참조 전위를 저장하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전관리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메모리부는, 양극 만충 최초 전위, 퇴화율 별 방전 용량에 따른 양극 참조 전위 프로파일 및 방전 용량에 따른 풀셀 참조 전위 프로파일을 저장하고,
    상기 상한 연산부는, 현재 퇴화율에 대응하는 방전 용량에 따른 양극 참조 전위 프로파일 및 방전 용량에 따른 풀셀 참조 전위 프로파일을 추출하고, 추출된 양극 참조 전위 프로파일 및 추출된 풀셀 참조 전위 프로파일에 기초하여 상기 충전 상한 전압을 연산하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전관리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상한 연산부는, 상기 추출된 양극 참조 전위 프로파일에서 양극 만충 최초 전위에 해당하는 방전 용량을 산출하고, 상기 추출된 풀셀 참조 전위 프로파일에서 상기 산출된 방전 용량에 대응하는 전압을 상기 충전 상한 전압으로 연산하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전관리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 충전관리 장치는 이차 전지의 전압을 측정하는 전압 측정부를 더 포함하고,
    상기 충전 제어부는, 상기 전압 측정부에 의해 측정된 전압 측정 정보 및 상기 상한 연산부에 의해 연산된 충전 상한 전압을 비교하여 상기 이차 전지의 충전을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전관리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 충전관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 충전관리 장치를 포함하는 자동차.
  11. 이차 전지의 퇴화율을 추정하는 단계;
    상기 퇴화율 추정 단계에서 추정된 퇴화율에 기초하여 충전 상한 전압을 연산하는 단계; 및
    상기 충전 상한 전압 연산 단계에서 연산된 충전 상한 전압까지만 충전이 이루어지도록 상기 이차 전지의 충전을 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전관리 방법.
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