WO2021125475A1 - 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치, 방법 및 이를 수행하는 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치, 방법 및 이를 수행하는 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 Download PDF

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current pattern
charging
battery module
current
updating
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오송택
조원태
임은성
정재민
이고운
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for updating a current pattern for rapid charging, and a computer program stored in a storage medium for performing the same.
  • the secondary battery is provided in the form of a battery pack including a battery module in which a plurality of battery cells are connected in series and/or in parallel, and a battery management system (BMS) that manages the operation of the battery module.
  • BMS battery management system
  • the battery pack performs rapid charging based on a current pattern for rapid charging as necessary. As the number of rapid charging increases, there is a concern that the capacity of the battery pack rapidly decreases.
  • the present invention has been made in view of this situation, and a current pattern update device and method for fast charging that efficiently perform rapid charging of the battery pack so as not to affect the lifespan of the battery pack, and a computer program stored in a storage medium for performing the same aims to provide
  • a resistance calculator for calculating the internal resistance of the battery module; a storage unit for storing a current pattern for fast charging for the battery module; and an operation unit that updates the current pattern according to the state of the internal resistance of the battery module, wherein the operation unit calculates a resistance increase rate based on the internal resistance calculated by the resistance calculation unit, and calculates an adjustment coefficient based on the calculated resistance increase rate And, it provides a current pattern update device for fast charging, characterized in that for updating the current pattern using the calculated adjustment coefficient and the current pattern.
  • the steps of setting a current pattern for fast charging for the battery module calculating an internal resistance of the battery module; calculating a resistance increase rate of the battery module; calculating an adjustment coefficient based on the resistance increase rate; and adjusting the current pattern by using the adjustment coefficient to generate an adjusted current pattern.
  • a computer program stored in a computer-readable storage medium that causes a computer to execute the method for updating a current pattern for fast charging as described above. do.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a battery pack including a battery management system.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a function of a battery management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating detailed functions of an operation unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a method of updating a current pattern for fast charging according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is test data showing a change in capacity of a battery module when a current pattern for fast charging is updated according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph illustrating an update timing of a current pattern for fast charging according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of updating a current pattern for fast charging according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of determining an update timing of a current pattern for fast charging according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a modified example of a method of updating a current pattern for fast charging according to the embodiment of FIG. 4 .
  • FIG. 11 is a diagram illustrating another modified example of a method of updating a current pattern for fast charging according to the embodiment of FIG. 4 .
  • FIGS. 4, 10 and 11 are experimental data obtained by measuring a change in capacity of a battery module using the method of updating a current pattern for fast charging of FIGS. 4, 10 and 11 .
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a method of updating a current pattern for fast charging according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a modified example of a method of updating a current pattern for fast charging according to the embodiment of FIG. 13 .
  • FIG. 15 is a diagram illustrating another modified example of a method of updating a current pattern for fast charging according to the embodiment of FIG. 13 .
  • 16 is a block diagram illustrating detailed functions of an operation unit according to another embodiment of the present invention.
  • 17 is test data showing a change in capacity of a battery module when a current pattern for fast charging is updated according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating a method of determining when to stop using a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 19 and 20 are graphs for explaining a point in time when the use of a battery module is stopped according to an embodiment of the present invention.
  • 21 is a hardware configuration diagram of a battery management system.
  • first, second, first, or second used in various embodiments may modify various components regardless of order and/or importance, do not limit
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be renamed to the first component.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a battery pack 1 including a battery management system 20 .
  • a battery pack 1 is made of one or more battery cells, and is connected in series to a chargeable/dischargeable battery module 10 and a + terminal side or a - terminal side of the battery module 10 to the battery module.
  • the switching unit 30 for controlling the charge/discharge current flow of (10) and the voltage, current, temperature, etc. of the battery cell and/or battery module 10 are monitored to prevent overcharging and overdischarging, and and a battery management system 20 (hereinafter referred to as 'BMS') to manage.
  • 'BMS' battery management system 20
  • the battery module 10 includes one or more battery cells 11 that can be charged and discharged.
  • the battery cell 11 may be a lithium ion (Li-ion) battery, a lithium ion polymer battery, a nickel cadmium (Ni-Cd) battery, a nickel hydrogen (Ni-MH) battery, etc., but is not limited thereto. does not
  • the BMS 20 may control the operation of the switching unit 30 to control charging and discharging of the battery module 10 .
  • the BMS 20 may monitor the voltage, current, temperature, etc. of the battery module 10 and/or each battery cell 11 included in the battery module 10 .
  • a sensor or various measurement modules not shown may be additionally installed in the battery module 10 , a charging/discharging path, or an arbitrary location such as the battery pack 1 .
  • the BMS 20 may calculate a parameter indicating the state of the battery module 10 , for example, SOC or SOH, based on the monitored measured values such as voltage, current, and temperature.
  • the BMS 20 controls and manages the overall operation of the battery pack 1 .
  • the BMS 20 may include various configurations such as a microcomputer as a controller for executing a program and controlling the overall operation of the BMS 20, input/output devices such as sensors or measuring means, and other peripheral circuits.
  • the BMS 20 may perform rapid charging of the battery module 10 according to a preset algorithm.
  • the preset algorithm may be to charge the battery module 10 according to a specific current pattern.
  • the BMS 20 according to an embodiment of the present invention provides a method for updating a current pattern for fast charging of the battery module 10 and a method for determining an update time.
  • the BMS 20 according to an embodiment of the present invention also provides a method for determining when to stop using the battery module 10 . A detailed description of the function of the BMS 20 will be described later.
  • the switching unit 30 is a semiconductor switching device for controlling a current flow for charging or discharging of the battery module 10 , and for example, at least one MOSFET may be used. It will be readily understood by those skilled in the art that a relay or a contactor may be used as the switching unit 30 in addition to a semiconductor switching element.
  • the battery pack 1 may further be communicatively connected with an external upper controller 2 . That is, the battery pack 1 may transmit various data about the battery pack 1 to the host controller 2 , and may receive a control signal related to the operation of the battery pack 1 from the host controller 2 .
  • the upper controller 2 may be a vehicle controller for controlling the operation of the vehicle when the battery pack 1 is mounted in the electric vehicle.
  • the upper controller 2 may be a rack BMS that manages a plurality of battery modules or a BMS that controls the overall operation of the ESS.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a function of the battery management system 20 according to an embodiment of the present invention.
  • the BMS 20 may include a resistance calculation unit 110 , a storage unit 120 , a calculation unit 130 , and a communication unit 140 .
  • the resistance calculator 110 calculates the internal resistance of the battery module 10 .
  • the resistance calculator 110 may represent a set of various sensors for calculating the internal resistance of the battery module 10 .
  • the resistance calculator 110 measures the voltage measuring means for measuring the OCV of the battery module 10 , the current measuring means for measuring the current charged and discharged in the battery module 10 , and the temperature of the battery module 10 . It may include at least one of the temperature measuring means for measuring.
  • the resistance calculator 110 may include a calculation means for calculating the internal resistance value of the battery module 10 from a value measured by each measurement means in addition to the various measurement means as described above.
  • the storage unit 120 may store various programs and data necessary for the operation of the BMS 20 .
  • the storage unit 120 may store an algorithm for rapidly charging the battery module 10 as described above.
  • the storage unit 20 may store a current pattern for rapid charging for the battery module 10 for use during rapid charging.
  • Algorithms for fast charging may include information on an update method and update timing of a current pattern for fast charging.
  • the calculator 130 updates the current pattern according to the state of the internal resistance of the battery module 10 . A detailed operation of the operation unit 130 will be described later with reference to FIG. 3 .
  • the communication unit 140 may transmit various types of information about the battery cell 11 , the battery module 10 , and/or the battery pack 1 to the host controller 2 as necessary. Also, the communication unit 140 may receive a control signal for controlling the battery pack 1 from the host controller 2 . When the communication unit 140 determines that the use of the battery module 10 should be stopped, the communication unit 140 may transmit that effect to the host controller 2 .
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating detailed functions of the operation unit 130 according to an embodiment of the present invention.
  • the calculation unit 130 includes a resistance increase rate calculation unit 131 , an adjustment coefficient calculation unit 132 , a current pattern calculation unit 133 , an update requirement determination unit 134 , a voltage measurement unit 135 , and the like. may include.
  • the resistance increase rate calculator 131 calculates a resistance increase rate based on the internal resistance calculated by the resistance calculator 110 .
  • the resistance increase rate can be calculated in the following way.
  • the resistance increase rate calculator 131 may calculate a rate at which the internal resistance of the battery module 10 is changed for a predetermined period.
  • the predetermined period may be any period set periodically.
  • the resistance increase rate calculating unit 131 may calculate the resistance increase rate based on the internal resistance measured just before this fast charging is performed and the previously measured internal resistance.
  • the time and period for calculating the internal resistance are only examples and are not limited thereto.
  • the adjustment coefficient calculator 132 calculates an adjustment coefficient based on the resistance increase rate calculated by the resistance increase rate calculator 131 .
  • the adjustment coefficient calculator 132 calculates the adjustment coefficient to decrease the adjustment coefficient as the resistance increase rate increases.
  • the resistance increase rate calculator 131 may calculate the adjustment coefficient according to Equation 2 below.
  • Adjustment factor (100 - ⁇ *(resistance increase rate (%))/100
  • the ⁇ value may be a value determined according to the type of the battery module 10 . That is, the ⁇ value may be a value determined according to chemical components constituting the battery cell, such as whether the battery module 10 is a lithium ion battery or a lithium ion polymer battery. This ⁇ value may have a value between 0.5 and 4.
  • the resistance increase rate calculator 132 may calculate the adjustment coefficient according to Equation 3 below.
  • Adjustment factor 1 / ( ⁇ *(1 + resistance increase rate (%)/100))
  • the ⁇ value at this time is also the same value as the ⁇ value in Equation 2.
  • the resistance increase rate calculator 132 calculates an adjustment coefficient to reduce the current pattern.
  • the algorithm for updating the current pattern for fast charging according to the embodiments of the present invention reduces the current magnitude of the current pattern.
  • the current pattern calculating unit 133 updates the current pattern by using the calculated adjustment coefficient and the current pattern stored in the storage unit 120 . Specifically, the current pattern calculation unit 133 calculates as a new fast charging current pattern for updating a value obtained by multiplying the previously stored current pattern by the adjustment coefficient calculated by the adjustment coefficient calculation unit 132 .
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a method of updating a current pattern for fast charging according to an exemplary embodiment. As described above, it indicates that a new current pattern (b) is calculated by multiplying the existing current pattern for fast charging by the adjustment factor (a).
  • the current is gradually reduced according to the state of charge (SOC) of the battery module 10 . As shown in Figure 4, the current pattern is set to charge the current to i1 until the SOC becomes s1, to i2 from s1 to s2, i3 from s2 to s3, and i4 from s3 to full charge. .
  • SOC state of charge
  • the adjustment factor is multiplied to change the current pattern as shown in the dotted line.
  • the current is changed to i1', i2', i3' and i4', respectively.
  • i1' i1*(adjustment coefficient)
  • i2' i2*(adjustment coefficient)
  • i3' i3*(adjustment coefficient)
  • i4' i4*(adjustment coefficient). That is, an existing current pattern is updated with a current pattern having a new magnitude generated by multiplying the magnitude of the current in the current pattern by an adjustment factor (current derating type update).
  • the update requirement determination unit 134 determines when to update the current pattern for fast charging.
  • the update requirement determining unit 134 determines that it is time to update the current pattern when the transition curve of the charging termination voltage, which is the voltage at the completion of charging of the fast charging, satisfies a preset criterion.
  • the preset reference for the transition curve of the charging termination voltage may be an inflection point occurring in the transition curve of the charging termination voltage.
  • the occurrence of the inflection point may be a signal indicating that an abnormality has occurred in the battery cell 11 . Therefore, by monitoring the occurrence of such an inflection point, it is possible to determine the update timing of the current pattern for fast charging.
  • the fast charging current pattern is updated with the new current pattern calculated by the current pattern calculating unit 133 .
  • the updated current pattern may be stored in the storage unit 120 .
  • the voltage measuring unit 135 measures a charging end voltage, which is a voltage at the completion of fast charging, whenever fast charging is performed on the battery module 10 .
  • the voltage measuring unit 135 may be a voltage sensor monitoring the voltage of the battery cell 11 and/or the battery module 10 .
  • the voltage measuring unit 135 may monitor the voltage of the battery module 10 in real time and derive the charging termination voltage by using the voltage at the required time when determining the update requirement.
  • the update requirement is determined using the charging termination voltage, but this is exemplary and not limited thereto.
  • the parameter is correlated with the characteristic of the charging termination voltage, the corresponding parameter may be used as a factor for determining the update requirement.
  • the update requirement may be determined using the resistance value calculated using the charge termination voltage and the OCV value.
  • test data showing a change in capacity of the battery module 10 when a current pattern for fast charging is updated according to an embodiment of the present invention.
  • the current pattern is also changed in consideration of the change in the internal resistance of the battery module 10 . Accordingly, even when the battery module 10 is rapidly charged, the change in capacity of the battery module 10 can be minimized.
  • FIG. 6 is a graph illustrating an update timing of a current pattern for fast charging according to an embodiment of the present invention.
  • the update requirement determination unit 134 detects an inflection point in the transition curve of the charging termination voltage, as indicated by an arrow.
  • a graph of 'Comparative Example 1' is a graph showing a change in the charge termination voltage of the battery module 10 when the update algorithm of the current pattern for fast charging is not applied at all. It was confirmed that the charging termination voltage rapidly increased after about 20 rapid charging cycles.
  • the graph of 'Comparative Example 2' is a graph in which the update algorithm of the fast charging current pattern is applied, but the update time is applied after the inflection point occurs. Compared to Comparative Example 1, it was confirmed that the charging termination voltage did not change even after a considerable number of rapid charging repetitions. However, it was confirmed that the charge termination voltage rapidly increased after about 100 times of rapid charging.
  • the 'Example' graph is a graph in which the update algorithm of the current pattern for fast charging is applied immediately after the inflection point occurs. As can be clearly seen from the graph, it was confirmed that the increase in the charge termination voltage of the battery module 10 was significantly suppressed despite repeated rapid charging of 100 times or more.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of updating a current pattern for fast charging according to an embodiment of the present invention.
  • a current pattern for fast charging is preset in the storage unit 120 of the BMS 20 ( S10 ).
  • the setting of the current pattern may be set before shipment of the battery pack 1 by the manufacturer. Alternatively, even after shipment of the battery pack 1 , a current pattern for fast charging may be set by a manufacturer or a user.
  • the BMS 20 monitors the internal resistance of the battery module 10 ( S11 ). In other words, the internal resistance of the battery module 10 is calculated. Then, a resistance increase rate of the internal resistance is calculated from the monitored internal resistance (S12). Then, an adjustment coefficient is calculated based on the calculated resistance increase rate (S13). Since the calculation of the resistance increase rate and the calculation of the adjustment coefficient in steps S12 and S13 has been described in detail with reference to FIGS. 2 and 3 , a detailed description thereof will be omitted herein.
  • the BMS 20 calls the current pattern for fast charging stored in the storage unit 120 (S14), and determines whether the update requirement of the current pattern is satisfied (S15).
  • the current pattern is updated.
  • the update of the current pattern may be performed using the adjustment coefficient calculated in step S13 and the current pattern called in step S14. If the update requirement of the current pattern is not satisfied (NO in S16), the process returns to step S11 and the algorithm for updating the current pattern is repeatedly performed.
  • 9 is a flowchart illustrating a method of determining an update timing of a current pattern for fast charging according to an embodiment of the present invention. 9 shows detailed steps of step S15 of FIG. 8 .
  • the BMS 20 determines whether the battery pack 1 starts charging (S20), and when it is determined that the charging has started, determines whether the corresponding charging is rapid charging (S21). If charging is not started or charging is not fast charging, since the algorithm according to the embodiments of the present invention is not applied, the process proceeds to step S11.
  • step S25 If an inflection point is detected in the transition curve of the charging termination voltage as a requirement for updating the current pattern for rapid charging (YES in S25), the process proceeds to step S17 to update the current pattern. On the other hand, if no inflection point is detected in the transition curve of the charging termination voltage (NO in S25), it is determined that rapid charging may be performed using the existing current pattern. Therefore, it proceeds to step S11. That is, step S25 corresponds to step S16 of FIG. 8 .
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a modified example of a method of updating a current pattern for fast charging according to the embodiment of FIG. 4 .
  • FIG. 10 only the new current pattern obtained by multiplying the current pattern by the adjustment factor is shown.
  • charging is performed in a capacity-limited method, and the current is gradually reduced according to the SOC of the battery module 10 .
  • the current pattern is changed as shown by the dotted line by multiplying the SOC value set at the time of changing the magnitude of the current by the adjustment factor. That is, the point at which the current changes from i1 to i2 is from s1 to s1', the point at which the current changes from i2 to i3 is from s2 to s2', and the point at which the current changes from i3 to i4 changes from s3 to s3'.
  • s1' s1*(steering factor)
  • s2' s2*(steering factor)
  • s3' s3*(steering factor).
  • the existing current pattern is updated with a current pattern in which the value of the new SOC generated by multiplying the value of the SOC set as the time point at which the magnitude of the current in the current pattern is changed by the adjustment factor is the time point at which the magnitude of the current is changed ( SOC-reduced updates).
  • the adjustment coefficient may be a value calculated according to Equation 4 or 5 below. That is, it may be a value different from the adjustment coefficient described in Equations 2 and 3 above.
  • Adjustment factor (100 - ⁇ *(resistance increase rate (%))/100
  • Adjustment factor 1 / ( ⁇ *(1 + resistance increase rate (%)/100))
  • the ⁇ value may also be a value determined according to the type of the battery module 10 . That is, the ⁇ value may be a value determined according to chemical components constituting the battery cell, such as whether the battery module 10 is a lithium ion battery or a lithium ion polymer battery. This ⁇ value may have a value between 0.5 and 4.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating another modified example of a method of updating a current pattern for fast charging according to the embodiment of FIG. 4 .
  • FIG. 11 only the new current pattern obtained by multiplying the current pattern by the adjustment factor is shown.
  • charging is performed in a capacity-limited method, and the current is gradually reduced according to the SOC of the battery module 10 .
  • the current pattern is updated in a hybrid update method in which both the current reduction update method described in FIG. 4 and the SOC reduction update method described in FIG. 10 are applied. Accordingly, the magnitude of the current is adjusted according to the adjustment coefficient described with reference to FIG. 4 , and the timing of adjusting the magnitude of the current is adjusted according to the adjustment coefficient described with reference to FIG. 10 .
  • FIG. 12 is experimental data obtained by measuring a change in capacity of a battery module using the method of updating a current pattern for fast charging of FIGS. 4, 10 and 11 .
  • the ⁇ value and the ⁇ value were set to 1.
  • an experiment was performed using four cells with a resistance increase rate of 12% as measurement targets. When there is no current pattern update for each of the four cells, the current-reduced update method, the SOC-reduced update method, and the mixed-type update method were applied, and rapid charging was repeatedly performed.
  • the current pattern is also changed in consideration of the change in the internal resistance of the battery module 10 . Accordingly, even when the battery module 10 is rapidly charged, the change in capacity of the battery module 10 can be minimized.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a method of updating a current pattern for fast charging according to another embodiment of the present invention. Also in FIG. 13, only the new current pattern obtained by multiplying the current pattern by the adjustment factor is shown.
  • FIG. 13 illustrates a case in which charging is performed in a voltage-limited method, in which current is gradually reduced according to a voltage value of the battery module 10 .
  • the current pattern is set to charge the magnitude of the current to i1 until the voltage value is v1, to i2 from v1 to v2, i3 from v2 to v3, and i4 from v3 to full charge.
  • the adjustment factor is multiplied to change the current pattern as shown in the dotted line.
  • the current is changed to i1', i2', i3' and i4', respectively.
  • i1' i1*(adjustment coefficient)
  • i2' i2*(adjustment coefficient)
  • i3' i3*(adjustment coefficient)
  • i4' i4*(adjustment coefficient). That is, an existing current pattern is updated with a current pattern having a new magnitude generated by multiplying the magnitude of the current in the current pattern by an adjustment factor (current derating type update).
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a modified example of a method of updating a current pattern for fast charging according to the embodiment of FIG. 13 . Also in FIG. 14, only the new current pattern obtained by multiplying the current pattern by the adjustment factor is shown. Also in this example, charging is performed in a voltage-limited method, and the current is gradually reduced according to the voltage value of the battery module 10 .
  • the current pattern is changed as shown by the dotted line by multiplying the voltage value set at the time of changing the magnitude of the current by the adjustment factor. That is, the point at which the current changes from i1 to i2 changes from v1 to v1', the point at which the current changes from i2 to i3 changes from v2 to v2', and the point at which the current changes from i3 to i4 changes from v3 to v3'. .
  • v1' v1*(adjustment factor)
  • v2' v2*(adjustment factor)
  • v3' v3*(adjustment factor).
  • the existing current pattern is updated with a current pattern in which a new voltage value generated by multiplying a voltage value set as a time point for changing the magnitude of the current in the current pattern by an adjustment factor is a time point for changing the magnitude of the current (voltage reduction brother update).
  • the adjustment coefficient according to FIG. 13 and the adjustment coefficient according to FIG. 14 may be separately calculated as in FIGS. 4 and 10 .
  • FIG. 15 is a diagram illustrating another modified example of a method of updating a current pattern for fast charging according to the embodiment of FIG. 13 . Also in FIG. 15, only the new current pattern obtained by multiplying the current pattern by the adjustment factor is shown. Also in this example, charging is performed in a voltage-limited method, and the current is gradually reduced according to the voltage value of the battery module 10 .
  • the current pattern is updated using a hybrid update method in which both the current reduction update method described in FIG. 13 and the voltage reduction update method described in FIG. 14 are applied. Accordingly, the magnitude of the current is adjusted according to the adjustment coefficient described with reference to FIG. 13 , and the timing of adjusting the magnitude of the current is adjusted according to the adjustment coefficient described with reference to FIG. 14 .
  • the battery module ( 10) can be minimized.
  • FIG. 16 is a block diagram illustrating detailed functions of an operation unit according to another embodiment of the present invention. Here, differences from FIG. 3 will be mainly described.
  • the update requirement determination unit 134 determines when to update the current pattern for fast charging.
  • the current pattern for rapid charging is applied to a voltage-limited type of charging until the battery module 10 reaches a preset voltage.
  • the update requirement determining unit 134 determines that it is time to update the current pattern when the transition curve of the charging end capacity, which is the capacity at the completion of charging of the fast charging, satisfies a preset criterion.
  • the preset reference for the transition curve of the charging end capacity may be an inflection point in the transition curve of the charging end capacity.
  • the fast charging current pattern is updated with the new current pattern calculated by the current pattern calculating unit 133 .
  • the updated current pattern may be stored in the storage unit 120 .
  • the capacity calculating unit 136 calculates the charging end capacity, which is the capacity of the battery module 10 at the completion of the fast charging, whenever fast charging is performed on the battery module 10 .
  • the capacity calculator 136 may use a sensor for monitoring voltage, current, etc. of the battery battery cell 11 and/or the battery module 10 .
  • the capacity calculator 136 may calculate the battery module 10 by a method such as calculating the capacity of the battery module 10 from a value measured using a sensor.
  • 17 is test data showing a change in capacity of a battery module when a current pattern for fast charging is updated according to another embodiment of the present invention.
  • a graph of 'Comparative Example 1' is a graph showing a change in the charging end capacity of the battery module 10 when the update algorithm of the current pattern for fast charging is not applied at all. It was confirmed that the charging end capacity rapidly increased after about 20 rapid charging cycles.
  • the graph of 'Comparative Example 2' is a graph in which the update algorithm of the current pattern for fast charging is applied, but the update time is applied after the inflection point occurs. It was confirmed that the charging end capacity did not change even after a considerable number of rapid charging repetitions compared to Comparative Example 1. However, it was confirmed that the charging end capacity rapidly increased after about 60 times of rapid charging.
  • the 'Example' graph is a graph in which the update algorithm of the current pattern for fast charging is applied immediately after the inflection point occurs. As can be clearly seen from the graph, it was confirmed that there is little increase in the charging end capacity of the battery module 10 despite repeated rapid charging of 100 times or more.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating a method of determining when to stop using a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • an algorithm for determining when to stop using a battery module determines whether rapid charging is performed ( S30 ).
  • the current pattern for fast charging is already applied to the update algorithm according to the embodiment of the present invention.
  • a charging end voltage or a charging end capacity is detected (S31).
  • the detected charging termination voltage or charging termination capacity has fluctuated by more than a reference value (S32).
  • the determination of whether or not the reference value has changed may include determining whether the charging end voltage is greater than or equal to the reference value.
  • the determination of whether the change by more than the reference value may include determining whether the charging end capacity is less than the reference value.
  • the use limit of the battery module 10 When the charging termination voltage or charging termination capacity fluctuates more than the reference value, it is determined that the use limit of the battery module 10 is reached and the use of the battery module 10 is stopped (S33). In addition, the purpose of discontinuing use of the battery module 10 may be notified to the host controller 2 or the like. On the other hand, when the charging end voltage or the charging end capacity does not fluctuate more than the reference value, it is determined that the battery module 10 can be used continuously.
  • 19 and 20 are graphs for explaining a point in time when the use of a battery module is stopped according to an embodiment of the present invention.
  • the determination of when to stop using the battery module 10 may use another method. For example, it may be set to stop using the battery module 10 when the number of times that an inflection point is detected in the transition curve of the previously detected charging termination voltage or charging termination capacity becomes a preset reference number.
  • 21 is a hardware configuration diagram of a battery management system.
  • the BMS 20 may include a controller (MCU) 210 , a memory 220 , an input/output interface 230 , and a communication interface 240 .
  • MCU controller
  • the BMS 20 may include a controller (MCU) 210 , a memory 220 , an input/output interface 230 , and a communication interface 240 .
  • the MCU 210 processes various operations and calculations in the BMS 20 and controls each configuration.
  • the memory 220 an operating system program and a program for performing a function of the BMS 20 are recorded. That is, in the memory 220, an algorithm for updating a current pattern for fast charging according to embodiments of the present invention, an update time of the current pattern, an algorithm for determining when to stop using the battery module 10, etc. are described in a computer A program may be stored.
  • the memory 220 may include a volatile memory and a non-volatile memory.
  • the memory 220 may be at least one of various storage media such as a semiconductor memory such as a RAM, a ROM, and a flash memory, a magnetic disk, and an optical disk.
  • the memory 220 may be a memory built into the MCU 210 , or may be an additional memory installed separately from the MCU 210 .
  • the input/output interface 230 performs input/output of various input signals and output signals.
  • the MCU 210 included in the BMS 20 may receive signals from various sensors through the input/output interface 230 .
  • the communication interface 240 is configured to communicate with the outside by wire and/or wirelessly.
  • the resistance calculation unit 110 By executing the program stored in the memory 220 by the MCU 210, the resistance calculation unit 110, the calculation unit 130, the resistance increase rate calculation unit 9131, the adjustment coefficient calculation unit 132, the current pattern calculation unit 133, A module that performs the functions of the update requirement determining unit 134 and the capacity calculating unit 136 may be implemented.
  • the memory 220 may function as the storage unit 120 .
  • the MCU 210 may operate together with the input/output interface 230 to perform functions as the resistance calculating unit 110 and the voltage measuring unit 135 . Also, the MCU 210 may operate together with the communication interface 240 to perform a function as the communication unit 140 .

Landscapes

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Abstract

본 발명은 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치, 방법 및 이를 수행하는 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 관한 것으로, 배터리 모듈의 내부 저항을 산출하는 저항 산출부; 배터리 모듈에 대한 급속 충전용 전류 패턴을 저장하는 저장부; 및 배터리 모듈의 내부 저항의 상태에 따라서 전류 패턴을 업데이트하는 연산부;를 포함하며, 연산부는 저항 산출부가 산출한 내부 저항에 기초하여 저항 증가율을 산출하고, 산출한 저항 증가율에 기초하여 조정 계수를 산출하며, 산출한 조정 계수와 전류 패턴을 사용하여 전류 패턴을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치를 제공하여 급속 충전을 수행하는 경우 배터리 모듈의 수명에 미치는 영향을 최소화한다.

Description

급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치, 방법 및 이를 수행하는 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램
관련출원과의 상호인용
본 발명은 2019.12.19.에 출원된 한국 특허 출원 제10-2019-0171205호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용을 본 명세서의 일부로서 포함한다.
기술분야
본 발명은 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치, 방법 및 이를 수행하는 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
최근 스마트폰 등 전자 기기의 보급과 전기 자동차 개발에 수반하여 전력 공급원으로서의 이차 전지에 대한 연구 또한 활발히 이루어지고 있다. 이차 전지는 복수의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈과, 배터리 모듈의 동작을 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)을 포함하는 배터리 팩 형태로 제공된다.
배터리 팩은 필요에 따라서 급속 충전용 전류 패턴에 기초하여 급속 충전을 수행하는데, 급속 충전의 횟수가 증가할수록 배터리 팩의 용량은 급속히 감소할 우려가 존재하였다.
본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 배터리 팩의 급속 충전을 효율적으로 수행하여 배터리 팩의 수명에 영향을 미치지 않도록 하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치, 방법 및 이를 수행하는 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예들의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈의 내부 저항을 산출하는 저항 산출부; 배터리 모듈에 대한 급속 충전용 전류 패턴을 저장하는 저장부; 및 배터리 모듈의 내부 저항의 상태에 따라서 전류 패턴을 업데이트하는 연산부;를 포함하며, 연산부는 저항 산출부가 산출한 내부 저항에 기초하여 저항 증가율을 산출하고, 산출한 저항 증가율에 기초하여 조정 계수를 산출하며, 산출한 조정 계수와 전류 패턴을 사용하여 전류 패턴을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치를 제공한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예들의 다른 측면에 의하면, 배터리 모듈에 대한 급속 충전용 전류 패턴을 설정하는 단계; 배터리 모듈의 내부 저항을 산출하는 단계; 배터리 모듈의 저항 증가율을 산출하는 단계; 저항 증가율에 기초하여 조정 계수를 산출하는 단계; 및 전류 패턴을 조정 계수를 사용하여 조정하여, 조정 전류 패턴을 생성하는 단계;를 포함하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 방법을 제공한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예들의 또 다른 측면에 의하면, 상기와 같은 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 방법을 컴퓨터가 실행하게 하는 컴퓨터로 판독 가능한 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공한다.
이상과 같은 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치, 방법 및 이를 수행하는 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 따르면 급속 충전을 수행하는 경우 배터리 모듈의 수명에 미치는 영향을 최소화할 수 있게 된다.
도 1은 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 팩의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 기능을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연산부의 세부 기능을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하는 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라서 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하는 경우 배터리 모듈의 용량 변화를 나타내는 시험 데이터이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 시기를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 시기에 따라서 전류 패턴을 업데이트한 경우 배터리 모듈의 용량 변화를 나타내는 시험 데이터이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 시기를 판단하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10은 도 4의 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하는 방법의 변형례를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 4의 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하는 방법의 다른 변형례를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 4, 도 10 및 도 11의 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 방법을 이용하여 배터리 모듈의 용량 변화를 측정한 실험 데이터이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트 하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13의 실시예에 따른 따른 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하는 방법의 변형례를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 13의 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하는 방법의 다른 변형례를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연산부의 세부 기능을 나타내는 블록도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하는 경우 배터리 모듈의 용량 변화를 나타내는 시험 데이터이다.
도 18은는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사용 중단 시점을 판단하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사용 중단 시점을 설명하기 위한 그래프이다.
도 21은 배터리 관리 시스템의 하드웨어 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 본 문서에서 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 문서에 개시되어 있는 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예들은 여러 가지 형태로 실시될 수 있으며 본 문서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
다양한 실시 예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성 요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
도 1은 배터리 관리 시스템(20)을 포함하는 배터리 팩(1)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 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(30)와, 배터리 셀 및/또는 배터리 모듈(10)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링 하여, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 및 관리하는 배터리 관리 시스템(20)(이하 'BMS'라고 함)을 포함한다.
배터리 모듈(10)은 충방전 가능한 하나 이상의 배터리 셀(11)을 포함한다. 배터리 셀(11)은 리튬 이온(Li-ion) 전지, 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 전지, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈 수소(Ni-MH) 전지 등일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
BMS(20)는, 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하기 위하여 스위칭부(30)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, BMS(20)는 배터리 모듈(10) 및/또는 배터리 모듈(10)에 포함된 각 배터리 셀(11)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링 할 수 있다. 그리고 BMS(20)에 의한 모니터링을 위해 도시하지 않은 센서나 각종 측정 모듈이 배터리 모듈(10)이나 충방전 경로, 또는 배터리 팩(1) 등의 임의의 위치에 추가로 설치될 수 있다. BMS(20)는 모니터링 한 전압, 전류, 온도 등의 측정값에 기초하여 배터리 모듈(10)의 상태를 나타내는 파라미터, 예를 들어 SOC나 SOH 등을 산출할 수 있다.
BMS(20)는 배터리 팩(1)의 전반적인 동작을 제어 및 관리한다. 이를 위하여 BMS(20)는 프로그램을 실행시키고 BMS(20)의 전체 동작을 제어하는 컨트롤러로서의 마이컴과, 센서나 측정 수단 등의 입출력 장치, 기타 주변 회로 등 다양한 구성을 포함할 수 있다.
또한 BMS(20)는 기 설정된 알고리즘에 따라서 배터리 모듈(10)의 급속 충전을 수행할 수 있다. 기 설정된 알고리즘은 특정 전류 패턴에 따라서 배터리 모듈(10)을 충전하도록 하는 것일 수 있다. 특히 본 발명의 실시예에 따른 BMS(20)는 이러한 배터리 모듈(10)의 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하는 방법, 업데이트 시기를 판단하는 방법을 제공한다. 그리고 추가로 본 발명의 실시예에 따른 BMS(20)는 배터리 모듈(10)의 사용 중단 시점을 판단하는 방법도 제공한다. 이러한 BMS(20)의 기능에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.
스위칭부(30)는 배터리 모듈(10)의 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위한 반도체 스위칭 소자로서, 예를 들면, 적어도 하나의 MOSFET이 이용될 수 있다. 스위칭부(30)로서 반도체 스위칭 소자 외에 릴레이나 컨택터 등이 사용될 수 있음이 통상의 기술자에게 용이하게 이해될 것이다.
배터리 팩(1)은 추가로 외부의 상위 제어기(2)와 통신 가능하게 연결될 수 있다. 즉, 배터리 팩(1)은 상위 제어기(2)로 배터리 팩(1)에 대한 각종 데이터를 전송하고, 상위 제어기(2)로부터 배터리 팩(1)의 동작에 관한 제어신호를 수신할 수 있다. 상위 제어기(2)는 배터리 팩(1)이 전기 자동차에 탑재된 경우 차량의 운행을 제어하기 위한 차량 제어기일 수 있다. 상위 제어기(2)는 배터리 팩(1)이 에너지 저장 장치(ESS)에 사용되는 경우, 복수의 배터리 모듈을 관리하는 랙 BMS나, ESS의 전체 동작을 제어하는 BMS일 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(20)의 기능을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, BMS(20)는 저항 산출부(110), 저장부(120), 연산부(130) 및 통신부(140)를 포함할 수 있다.
저항 산출부(110)는 배터리 모듈(10)의 내부 저항을 산출한다. 저항 산출부(110)는 배터리 모듈(10)의 내부 저항을 산출하기 위한 각종 센서의 집합을 나타내는 것일 수 있다. 예를 들어, 저항 산출부(110)는 배터리 모듈(10)의 OCV를 측정하는 전압 측정 수단, 배터리 모듈(10)에 충방전되는 전류를 측정하는 전류 측정 수단, 배터리 모듈(10)의 온도를 측정하는 온도 측정 수단 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 저항 산출부(110)는 상기와 같은 각종 측정 수단에 더하여 각 측정 수단에 의하여 측정된 값으로부터 배터리 모듈(10)의 내부 저항값을 산출하기 위한 연산 수단을 포함할 수도 있다.
저장부(120)는 BMS(20)의 동작에 필요한 각종 프로그램 및 데이터를 저장할 수 있다. 저장부(120)는 상술한 바와 같이 배터리 모듈(10)을 급속 충전하기 위한 알고리즘을 저장하고 있을 수 있다. 또한 저장부(20)는 급속 충전시 사용하기 위한, 배터리 모듈(10)에 대한 급속 충전용 전류 패턴을 저장할 수 있다. 급속 충전하기 위한 알고리즘은 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 방법, 업데이트 시기에 대한 내용을 포함할 수 있다.
연산부(130)는 배터리 모듈(10)의 내부 저항의 상태에 따라서 전류 패턴을 업데이트 한다. 연산부(130)의 구체적인 동작은 도 3을 참조하여 후술하도록 한다.
통신부(140)는 필요에 따라서 배터리 셀(11), 배터리 모듈(10) 및/또는 배터리 팩(1)에 대한 각종 정보를 상위 제어기(2)에 송신할 수 있다. 또한 통신부(140)는 상위 제어기(2)로부터 배터리 팩(1)을 제어하기 위한 제어신호를 수신할 수 있다. 통신부(140)는 배터리 모듈(10)의 사용을 중단해야 한다고 판단했을 경우, 그 취지를 상위 제어기(2)로 송신할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연산부(130)의 세부 기능을 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 연산부(130)는 저항 증가율 산출부(131), 조정 계수 산출부(132), 전류 패턴 산출부(133), 업데이트 요건 판단부(134), 전압 측정부(135) 등을 포함할 수 있다.
저항 증가율 산출부(131)는 저항 산출부(110)가 산출한 내부 저항에 기초하여 저항 증가율을 산출한다. 저항 증가율을 다음과 같은 식으로 계산할 수 있다.
[식 1]
저항 증가율(%)=(퇴화 저항/초기 저항 - 1)*100
저항 증가율 산출부(131)는 소정의 기간 동안 배터리 모듈(10)의 내부 저항이 변경된 비율을 산출할 수 있다. 소정의 기간은 주기적으로 설정된 임의의 기간일 수 있다. 또는 저항 증가율 산출부(131)는 이번 급속 충전이 수행되기 직전에 측정된 내부 저항과 이전에 측정된 내부 저항에 기초하여 저항 증가율을 산출할 수도 있다. 그러나 이러한 내부 저항을 산출하는 시점 및 기간에 대한 내용은 예시일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다.
조정 계수 산출부(132)는 저항 증가율 산출부(131)가 산출한 저항 증가율에 기초하여 조정 계수를 산출한다. 조정 계수 산출부(132)는 저항 증가율이 클수록 조정 계수를 감소시키도록 조정 계수를 산출한다.
일 예로서, 저항 증가율 산출부(131)는 아래 식 2에 의하여 조정 계수를 산출할 수 있다.
[식 2]
조정계수 = (100 - α*(저항 증가율(%)))/100
이때, α값은 배터리 모듈(10)의 종류에 따라서 결정되는 값일 수 있다. 즉, α값은 배터리 모듈(10)이 리튬이온 전지인지, 리튬이온 폴리머 전지인지 등, 배터리 셀을 구성하는 화학 성분에 따라서 결정되는 값일 수 있다. 이러한 α값은 0.5 내지 4 사이의 값을 가질 수 있다.
다른 예로서, 저항 증가율 산출부(132)는 아래 식 3에 의하여 조정 계수를 산출할 수도 있다.
[식 3]
조정계수 = 1 / (α*(1 + 저항 증가율(%)/100))
이때의 α값도 식 2의 α값과 동일한 값이다.
즉, 저항 증가율 산출부(132)는 전류 패턴을 감소(derating)시키도록 조정 계수를 산출한다. 다시 말해, 본 발명의 실시예들에 따른 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트를 위한 알고리즘은 전류 패턴의 전류 크기를 감소시키는 방식으로 한다.
전류 패턴 산출부(133)는 산출한 조정 계수와 저장부(120)에 저장되어 있는 전류 패턴을 사용하여 전류 패턴을 업데이트한다. 구체적으로는, 전류 패턴 산출부(133)는 기 저장되어 있는 전류 패턴에 조정 계수 산출부(132)가 산출한 조정 계수를 곱한 값을 업데이트하는 새로운 급속 충전용 전류 패턴으로서 산출한다.
도 4는 일 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트 하는 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다. 앞서 설명한 바와 같이, 기존의 급속 충전용 전류 패턴에 조정 계수(a)를 곱함으로써 새로운 전류 패턴(b)이 산출되는 것을 나타낸다. 도 4의 경우 용량 제한형 방식으로 충전을 수행하는 경우로서, 배터리 모듈(10)의 충전상태(SOC)에 따라서 전류가 단계적으로 감소한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전류 크기를 SOC가 s1가 되기까지는 i1로, s1부터 s2 구간에서는 i2로, s2부터 s3 구간에서는 i3로, s3부터 완충까지는 i4로 충전하도록 전류 패턴이 설정되어 있다. 그리고 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트해야 하는 시점에 조정 계수가 곱하여져서 점선과 같이 전류 패턴이 변경된다. 전류가 각각 i1', i2', i3' 및 i4'으로 변경된다. 여기서 i1'= i1*(조정 계수), i2'=i2*(조정 계수), i3'=i3*(조정 계수), 그리고 i4'= i4*(조정 계수) 이다. 즉, 전류 패턴에서의 전류의 크기에 조정 계수를 곱하여 생성되는 새로운 크기를 갖는 전류 패턴으로 기존의 전류 패턴을 업데이트한다(전류 감소(derating)형 업데이트).
업데이트 요건 판단부(134)는 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하는 시기를 판단한다. 본 실시예의 경우, 급속 충전용 전류 패턴은 도 4에서 설명한 바와 같이, 배터리 모듈(10)이 미리 설정된 충전 용량이 될 때까지 충전을 수행하는 용량 제한형 방식이 적용되어 있다. 이 경우, 업데이트 요건 판단부(134)는 급속 충전의 충전 완료시의 전압인 충전종료 전압의 추이 곡선이 미리 설정된 기준을 만족할 때 전류 패턴을 업데이트해야 할 시기라고 판단한다. 충전종료 전압의 추이 곡선에 대한 미리 설정된 기준은 충전종료 전압의 추이 곡선에 변곡점이 발생한 것일 수 있다. 변곡점이 발생하였다는 것은 배터리 셀(11)에 이상이 발생하고 있다는 것을 나타내는 신호일 수 있다. 따라서 이러한 변곡점의 발생을 모니터링함으로써 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 시점을 파악할 수 있다.
업데이트 요건 판단부(134)에 의하여 전류 패턴을 업데이트해야 할 시가라고 판단된 경우, 전류 패턴 산출부(133)에 의하여 산출된 새로운 전류 패턴으로 급속 충전용 전류 패턴이 업데이트된다. 이 경우, 업데이트된 전류 패턴은 저장부(120)에 저장될 수 있다.
전압 측정부(135)는 배터리 모듈(10)에 대한 급속 충전을 수행할 때마다 급속 충전 완료시의 전압인 충전종료 전압을 측정한다. 이러한 전압 측정부(135)는 배터리 셀(11) 및/또는 배터리 모듈(10)의 전압을 모니터링하는 전압 센서일 수 있다. 또한 전압 측정부(135)는 실시간으로 배터리 모듈(10)의 전압을 모니터링하고, 업데이트 요건 판단시 필요한 시점의 전압을 사용하는 방식으로 충전종료 전압을 도출할 수도 있을 것이다.
본 실시예에서는 충전종료 전압을 이용하여 업데이트 요건을 판단하였으나 이는 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 충전종료 전압의 특성과 상관관계가 있는 파라미터라면, 해당 파라미터를 업데이트 요건 판단을 위한 인자로 사용할 수 있을 것이다. 예를 들어, 충전종료 전압과 OCV 값을 이용하여 산출된 저항값을 이용하여 업데이트 요건을 판단할 수도 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라서 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하는 경우 배터리 모듈(10)의 용량 변화를 나타내는 시험 데이터이다.
도 5에서 '비교예' 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 급속 충전용 전류 패턴을 변경하지 않고 반복하여 배터리 모듈(10)을 급속 충전하는 경우, 배터리 모듈(10)의 용량이 급속히 감소하는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로는 급속 충전을 약 10회 정도 반복하였을 경우, 배터리 모듈(10)의 용량이 급속히 감소하였다.
반면, '실시예' 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라서 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하여 배터리 모듈(10)을 급속 충전하는 경우에, 배터리 모듈(10)의 용량에는 거의 변화가 없었다. 즉, 급속 충전 횟수에 따른 배터리 모듈(10)의 용량 변화가 거의 발견되지 않았다.
배터리 모듈(10)의 급속 충전용 전류 패턴으로서 미리 저장되어 있는 전류 패턴을 변경하지 않고 계속해서 사용하는 경우, 배터리 모듈(10)의 내부 저항의 변화에 기인하여 배터리 모듈(10)의 용량에도 영향을 미치게 된다.
그러나 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 방법에 의하면 배터리 모듈(10)의 내부 저항의 변화를 고려하여 전류 패턴도 변하게 된다. 따라서 배터리 모듈(10)을 급속 충전하더라도 배터리 모듈(10)의 용량 변화를 최소화할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 시기를 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 급속 충전 완료시에 측정되는 충전종료 전압의 추이를 나타내고 있다. 업데이트 요건 판단부(134)는 화살표로 나타낸 바와 같은, 충전종료 전압의 추이 곡선에서의 변곡점을 검출한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 시기에 따라서 전류 패턴을 업데이트한 경우 배터리 모듈의 용량 변화를 나타내는 시험 데이터이다.
도 7을 참조하면, '비교예 1' 그래프는 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 알고리즘을 전혀 적용하지 않은 경우의 배터리 모듈(10)의 충전종료 전압의 변화를 나타내는 그래프이다. 약 20회 정도의 급속 충전 이후에 충전종료 전압이 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
'비교예 2' 그래프는 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 알고리즘을 적용하였으나, 업데이트 시점은 변곡점이 발생한 이후에 적용된 경우의 그래프이다. 비교예 1에 비하여 상당한 횟수의 급속 충전 반복에도 충전종료 전압이 변화하지 않았음을 확인할 수 있었다. 그러나 약 100회 정도의 급속 충전 이후에는 충전종료 전압이 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
'실시예' 그래프는 변곡점이 발생한 직후에 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 알고리즘을 적용한 경우의 그래프이다. 그래프에서 명확히 확인할 수 있는 바와 같이, 100회 이상의 반복적인 급속 충전에도 불구하고 배터리 모듈(10)의 충전종료 전압의 증가가 상당히 억제된 것을 확인할 수 있었다.
배터리 모듈(10)의 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하지 않는 경우 뿐만 아니라, 업데이트 하는 경우에도 업데이트 시기가 지연되면 배터리 모듈(10)의 용량 감소를 피할 수 없다.
그러나 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 시기의 판단 방법에 의하면 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트해야 하는 시점을 정확하고 신속하게 파악할 수 있게 되며, 따라서 배터리 모듈(10)의 용량 변화를 최소화할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, BMS(20)의 저장부(120)에 급속 충전용 전류 패턴이 미리 설정된다(S10). 전류 패턴의 설정은 제조사에 의하여 배터리 팩(1)의 출하 전에 설정될 수 있다. 혹은 배터리 팩(1)의 출하 후라도 제조자 또는 사용자에 의하여 급속 충전용 전류 패턴이 설정될 수 있을 것이다.
이후, 배터리 팩(1)이 차량 등에 장착되어 사용되는 동안 BMS(20)는 배터리 모듈(10)의 내부 저항을 모니터링한다(S11). 다시 말해, 배터리 모듈(10)의 내부 저항을 산출한다. 그리고 모니터링한 내부 저항으로부터 내부 저항의 저항 증가율을 산출한다(S12). 그리고 산출한 저항 증가율에 기초하여 조정 계수가 산출된다(S13). 단계 S12 및 단계 S13의 저항 증가율 산출 및 조정 계수의 산출은 도 2 및 도 3에서 자세히 설명하였으므로, 여기에서는 구체적인 설명은 생략한다.
BMS(20)는 저장부(120)에 저장되어 있는 급속 충전용 전류 패턴을 호출하고(S14), 전류 패턴의 업데이트 요건이 만족되는지 판단한다(S15).
전류 패턴의 업데이트 요건을 만족하는 경우(S16의 YES), 전류 패턴을 업데이트한다. 전류 패턴의 업데이트는 S13 단계에서 산출한 조정 계수와, S14 단계에서 호출한 전류 패턴을 사용하여 수행될 수 있다. 전류 패턴의 업데이트 요건을 만족하지 않는 경우(S16의 NO), 다시 S11 단계로 돌아가서 전류 패턴의 업데이트를 위한 알고리즘을 반복 수행한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 시기를 판단하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 9는 도 8의 S15 단계의 세부 단계를 나타낸다.
도 9를 참조하면, BMS(20)는 배터리 팩(1)이 충전을 개시하는지를 판단하고(S20), 충전이 개시되었다고 판단한 경우 해당 충전이 급속 충전인지를 판단한다(S21). 충전을 개시하지 않았거나 충전이 급속 충전이 아닌 경우에는 본 발명의 실시예들에 따른 알고리즘이 적용되지 않으므로 S11 단계로 진행한다.
한편, 급속 충전이 개시된 경우(S21의 YES), 해당 급속 충전이 종료될 때까지 대기한다. 그리고 급속 충전이 종료되면 배터리 모듈(10)의 충전종료 전압을 측정한다(S23). 그리고 반복적으로 측정한 충전종료 전압으로부터 충전종료 전압의 추이를 파악한다(S24).
급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 요건으로서 충전종료 전압의 추이 곡선에 변곡점이 검출되면(S25의 YES), S17 단계로 진행하여 전류 패턴의 업데이트를 수행한다. 반면, 충전종료 전압의 추이 곡선에 변곡점이 검출되지 않으면(S25의 NO), 아직 기존의 전류 패턴을 사용하여 급속 충전을 수행해도 된다고 판단한다. 따라서 S11 단계로 진행한다. 즉, S25 단게는 도 8의 S16 단계에 대응한다.
단계 S23 내지 단계 S25의 충전종료 전압의 측정, 변곡점 검출 등의 동작은 도 2 및 도 3에서 자세히 설명하였으므로, 여기에서는 구체적인 설명은 생략한다.
도 10은 도 4의 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하는 방법의 변형례를 나타내는 도면이다. 도 10에서는 전류 패턴에 조정 계수를 곱한 새로운 전류 패턴만이 도시되어 있다. 본 예시에서도 용량 제한형 방식으로 충전을 수행하며, 배터리 모듈(10)의 SOC에 따라서 전류가 단계적으로 감소한다.
다만, 본 예시에서는 전류의 크기를 변경하는 시점으로 설정된 SOC의 값에 조정 계수를 곱하여 점선과 같이 전류 패턴이 변경된다. 즉, 전류가 i1에서 i2로 변경되는 시점이 s1에서 s1', 전류가 i2에서 i3로 변경되는 시점이 s2에서 s2', 전류가 i3에서 i4로 변경되는 시점이 s3에서 s3'으로 각각 변경된다. 여기서 s1'= s1*(조정 계수), s2'= s2*(조정 계수), 그리고 s3'= s3*(조정 계수) 이다. 즉, 전류 패턴에서의 전류의 크기를 변경하는 시점으로 설정된 SOC의 값에 조정 계수를 곱하여 생성되는 새로운 SOC의 값을 전류의 크기를 변경하는 시점으로 하는 전류 패턴으로 기존의 전류 패턴을 업데이트한다(SOC 감소형 업데이트).
조정 계수는 아래의 식 4 또는 식 5에 따라서 산출되는 값일 수 있다. 즉, 앞서 식 2 및 식 3에서 설명한 조정 계수와 다른 값일 수 있다.
[식 4]
조정계수 = (100 - β*(저항 증가율(%)))/100
[식 5]
조정계수 = 1 / (β *(1 + 저항 증가율(%)/100))
이때, β값도 배터리 모듈(10)의 종류에 따라서 결정되는 값일 수 있다. 즉, β값은 배터리 모듈(10)이 리튬이온 전지인지, 리튬이온 폴리머 전지인지 등, 배터리 셀을 구성하는 화학 성분에 따라서 결정되는 값일 수 있다. 이러한 β값은 0.5 내지 4 사이의 값을 가질 수 있다.
도 11은 도 4의 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하는 방법의 다른 변형례를 나타내는 도면이다. 도 11에서도 전류 패턴에 조정 계수를 곱한 새로운 전류 패턴만이 도시되어 있다. 본 예시에서도 용량 제한형 방식으로 충전을 수행하며, 배터리 모듈(10)의 SOC에 따라서 전류가 단계적으로 감소한다.
본 예시에서는 도 4에서 설명한 전류 감소형 업데이트 방식과 도 10에서 설명한 SOC 감소형 업데이트를 모두 적용한 혼합형(hybrid) 업데이트 방식으로 전류 패턴을 업데이트 한다. 따라서 전류의 크기는 도 4에서 설명한 조정 계수에 따라서 조정하고, 전류의 크기를 조정하는 시점은 도 10에서 설명한 조정 계수에 따라서 조정한다.
도 12는 도 4, 도 10 및 도 11의 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 방법을 이용하여 배터리 모듈의 용량 변화를 측정한 실험 데이터이다. 도 12의 실험에서 α값 및 β값은 1로 설정되었다. 또한 저항 증가율이 12%인 셀 4개를 측정 대상으로 하여 실험을 수행하였다. 4개의 셀은 각각 전류 패턴 업데이트가 없는 경우, 전류 감소형 업데이트 방식, SOC 감소형 업데이트 방식, 그리고 혼합형 업데이트 방식이 적용되어 급속 충전이 반복 수행되었다.
도 12에서 나타나는 바와 같이, 초기 전류 패턴으로 급속 충전을 계속한 경우(BOL)에는 배터리 모듈의 용량이 급속 충전 횟수가 반복됨에 따라 급격히 감소하여 급격한 퇴화가 일어난 것을 확인할 수 있다. 반면, 전류 감소형 업데이트 방식과 SOC 감소형 업데이트 방식의 경우 퇴화 정도가 유사하게 개선된 것을 확인할 수 있다. 또한, 혼합형 업데이트 방식의 경우 충전 시간이 가장 오래 걸리는 대신 퇴화 정도가 가장 적은 것을 확인할 수 있다.
배터리 모듈(10)의 급속 충전용 전류 패턴을 미리 저장되어 있는 전류 패턴을 변경하지 않고 계속해서 사용하는 경우, 배터리 모듈(10)의 내부 저항의 변화에 기인하여 배터리 모듈(10)의 용량에도 영향을 미치게 된다.
그러나 상술한 바와 같은 급속 충전용 전류 패턴의 다양한 업데이트 방법에 의하면 배터리 모듈(10)의 내부 저항의 변화를 고려하여 전류 패턴도 변하게 된다. 따라서 배터리 모듈(10)을 급속 충전하더라도 배터리 모듈(10)의 용량 변화를 최소화할 수 있게 된다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트 하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 13에서도 전류 패턴에 조정 계수를 곱한 새로운 전류 패턴만이 도시되어 있다.
도 13은 전압 제한형 방식으로 충전을 수행하는 경우로서, 배터리 모듈(10)의 전압값에 따라서 전류가 단계적으로 감소한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 전류의 크기를 전압값이 v1이 되기까지는 i1로, v1부터 v2 구간에서는 i2로, v2부터 v3 구간에서는 i3로, v3부터 완충까지는 i4로 충전하도록 전류 패턴이 설정되어 있다. 그리고 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트해야 하는 시점에 조정 계수가 곱하여져서 점선과 같이 전류 패턴이 변경된다. 전류가 각각 i1', i2', i3' 및 i4'으로 변경된다. 여기서 i1'= i1*(조정 계수), i2'=i2*(조정 계수), i3'=i3*(조정 계수), 그리고 i4'= i4*(조정 계수) 이다. 즉, 전류 패턴에서의 전류의 크기에 조정 계수를 곱하여 생성되는 새로운 크기를 갖는 전류 패턴으로 기존의 전류 패턴을 업데이트한다(전류 감소(derating)형 업데이트).
도 14는 도 13의 실시예에 따른 따른 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하는 방법의 변형례를 나타내는 도면이다. 도 14에서도 전류 패턴에 조정 계수를 곱한 새로운 전류 패턴만이 도시되어 있다. 본 예시에서도 전압 제한형 방식으로 충전을 수행하며, 배터리 모듈(10)의 전압값에 따라서 전류가 단계적으로 감소한다.
다만, 본 예시에서는 전류의 크기를 변경하는 시점으로 설정된 전압값에 조정 계수를 곱하여 점선과 같이 전류 패턴이 변경된다. 즉, 전류가 i1에서 i2로 변경되는 시점이 v1에서 v1', 전류가 i2에서 i3로 변경되는 시점이 v2에서 v2', 전류가 i3에서 i4로 변경되는 시점이 v3에서 v3'으로 각각 변경된다. 여기서 v1'= v1*(조정 계수), v2'= v2*(조정 계수), 그리고 v3'= v3*(조정 계수) 이다. 즉, 전류 패턴에서의 전류의 크기를 변경하는 시점으로 설정된 전압값에 조정 계수를 곱하여 생성되는 새로운 전압값을 전류의 크기를 변경하는 시점으로 하는 전류 패턴으로 기존의 전류 패턴을 업데이트한다(전압 감소형 업데이트).
본 예시에서도 도 13에 따른 조정 계수와 도 14에 따른 조정 계수는 도 4 및 도 10에서와 같이 별도로 계산될 수 있을 것이다.
도 15는 도 13의 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하는 방법의 다른 변형례를 나타내는 도면이다. 도 15에서도 전류 패턴에 조정 계수를 곱한 새로운 전류 패턴만이 도시되어 있다. 본 예시에서도 전압 제한형 방식으로 충전을 수행하며, 배터리 모듈(10)의 전압값에 따라서 전류가 단계적으로 감소한다.
본 예시에서는 도 13에서 설명한 전류 감소형 업데이트 방식과 도 14에서 설명한 전압 감소형 업데이트를 모두 적용한 혼합형(hybrid) 업데이트 방식으로 전류 패턴을 업데이트 한다. 따라서 전류의 크기는 도 13에서 설명한 조정 계수에 따라서 조정하고, 전류의 크기를 조정하는 시점은 도 14에서 설명한 조정 계수에 따라서 조정한다.
상기와 같은 전압 제한형 방식으로 급속 충전을 수행하는 경우에도, 전류 패턴을 전류 감소형 업데이트 방식, 전압 감소형 업데이트 방식 또는 혼합 업데이트 방식 중 어느 하나의 방식으로 업데이트하여 급속 충전을 수행하면 배터리 모듈(10)의 용량 변화를 최소화할 수 있게 된다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연산부의 세부 기능을 나타내는 블록도이다. 여기에서는 도 3과 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
업데이트 요건 판단부(134)는 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하는 시기를 판단한다. 본 실시예의 경우, 급속 충전용 전류 패턴은 배터리 모듈(10)이 미리 설정된 전압이 될 때까지 충전을 수행하는 전압 제한형 방식이 적용되어 있다. 이 경우, 업데이트 요건 판단부(134)는 급속 충전의 충전 완료시의 용량인 충전종료 용량의 추이 곡선이 미리 설정된 기준을 만족할 때 전류 패턴을 업데이트해야 할 시기라고 판단한다. 충전종료 용량의 추이 곡선에 대한 미리 설정된 기준은 충전종료 용량의 추이 곡선에 변곡점이 발생한 것일 수 있다.
업데이트 요건 판단부(134)에 의하여 전류 패턴을 업데이트해야 할 시가라고 판단된 경우, 전류 패턴 산출부(133)에 의하여 산출된 새로운 전류 패턴으로 급속 충전용 전류 패턴이 업데이트된다. 이 경우, 업데이트된 전류 패턴은 저장부(120)에 저장될 수 있다.
용량 산출부(136)는 배터리 모듈(10)에 대한 급속 충전을 수행할 때마다 급속 충전 완료시의 배터리 모듈(10)의 용량인 충전종료 용량을 산출한다. 이러한 용량 산출부(136)는 배터리 배터리 셀(11) 및/또는 배터리 모듈(10)의 전압, 전류 등을 모니터링하는 센서를 사용할 수 있다. 또한, 용량 산출부(136)는 센서를 사용하여 측정된 값으로부터 배터리 모듈(10)의 용량을 연산하는 등의 방법으로 배터리 모듈(10)을 산출할 수 있다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트 하는 경우 배터리 모듈의 용량 변화를 나타내는 시험 데이터이다.
도 17을 참조하면, '비교예 1' 그래프는 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 알고리즘을 전혀 적용하지 않은 경우의 배터리 모듈(10)의 충전종료 용량의 변화를 나타내는 그래프이다. 약 20회 정도의 급속 충전 이후에 충전종료 용량이 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
'비교예 2' 그래프는 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 알고리즘을 적용하였으나, 업데이트 시점은 변곡점이 발생한 이후에 적용된 경우의 그래프이다. 비교예 1에 비하여 상당한 횟수의 급속 충전 반복에도 충전종료 용량이 변화하지 않았음을 확인할 수 있었다. 그러나 약 60회 정도의 급속 충전 이후에는 충전종료 용량이 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
'실시예' 그래프는 변곡점이 발생한 직후에 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 알고리즘을 적용한 경우의 그래프이다. 그래프에서 명확히 확인할 수 있는 바와 같이, 100회 이상의 반복적인 급속 충전에도 불구하고 배터리 모듈(10)의 충전종료 용량의 증가가 거의 없는 것을 확인할 수 있었다.
배터리 모듈(10)의 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하지 않는 경우 뿐만 아니라, 업데이트 하는 경우에도 업데이트 시기가 지연되면 배터리 모듈(10)의 용량 감소를 피할 수 없다.
그러나 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트 시기의 판단 방법에 의하면 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트해야 하는 시점을 정확하고 신속하게 파악할 수 있게 되며, 따라서 배터리 모듈(10)의 용량 변화를 최소화할 수 있게 된다.
대안적으로, 급속 충전용 전류 패턴을 업데이트하는 시점을 상술한 바와 같이 충전종료 전압의 추이 곡선 또는 충전종료 용량의 추이 곡선의 변곡점에 기초하여 결정하는 것 외에도 다른 방식을 사용할 수도 있을 것이다. 예를 들어, 앞서 산출한 저항의 증가율이 미리 설정된 기준값 이상이 된 경우에 전류 패턴을 업데이트 하도록 설정할 수도 있을 것이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사용 중단 시점을 판단하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 18을 참조하면, 배터리 모듈의 사용 중단 시점을 판단하기 위한 알고리즘은 급속 충전이 수행되는지를 판단한다(S30). 본 실시예에서는 이미 급속 충전용 전류 패턴이 본 발명의 실시예에 따른 업데이트 알고리즘이 적용되고 있는 경우인 것을 전제로 한다. 급속 충전이 수행된다고 판단한 경우 충전종료 전압 또는 충전종료 용량을 검출한다(S31). 그리고 검출한 충전종료 전압 또는 충전종료 용량이 기준값 이상 변동하였는지를 판단한다(S32). 기준값 이상 변동하였는지의 판단은, 충전종료 전압이 기준치 이상이 되었는지를 판단하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 기준값 이상 변동하였는지의 판단은, 충전종료 용량이 기준치 미만이 되었는지를 판단하는 것을 포함할 수 있다.
충전종료 전압 또는 충전종료 용량이 기준값 이상 변동하였을 경우에는 배터리 모듈(10)의 사용 한계에 다다랐다고 판단하여 배터리 모듈(10)의 사용을 중지한다(S33). 그리고 이러한 배터리 모듈(10)의 사용 중단의 취지를 상위 제어기(2) 등에 통지할 수 있다. 반면, 충전종료 전압 또는 충전종료 용량이 기준값 이상 변동하지 않았을 경우에는 배터리 모듈(10)을 계속해서 사용 가능하다고 판단한다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사용 중단 시점을 설명하기 위한 그래프이다.
도 19 및 도 20에서 나타나는 바와 같이, 급속 충전의 반복시 충전종료 전압 또는 충전종료 용량이 급격히 변동하는 경우가 발생하며, 이 경우 배터리 모듈(10)이 요구되는 출력을 공급할 수 없게 된다. 따라서 배터리 팩(1)이 장착되는 차량 등에서는 심각한 세이프티 상황이 발생할 수도 있다. 따라서 이처럼 충전종료 전압 또는 충전종료 용량이 기준값 이상 변동하였을 경우에는 배터리 모듈(10)의 사용을 중단한다.
대안적으로, 배터리 모듈(10)의 사용 중단 시점의 결정은 다른 방식을 사용할 수도 있을 것이다. 예를 들어, 앞서 검출한 충전종료 전압 또는 충전종료 용량의 추이 곡선에서 변곡점이 발생하는 것을 검출한 횟수가 미리 설정된 기준 횟수가 된 경우에 배터리 모듈(10)의 사용을 중단하도록 설정할 수도 있을 것이다
도 21은 배터리 관리 시스템의 하드웨어 구성도이다.
도 21을 참조하면, BMS(20)는 컨트롤러(MCU)(210), 메모리(220), 입출력 인터페이스(230) 및 통신 인터페이스(240)를 포함할 수 있다.
MCU(210)는 BMS(20) 내의 각종 동작 및 연산의 처리와 각 구성의 제어를 수행한다.
메모리(220)에는 운영체제 프로그램 및 BMS(20)의 기능을 수행하기 위한 프로그램이 기록된다. 즉, 메모리(220)에는 본 발명의 실시예들에 따른 급속 충전용 전류 패턴의 업데이트를 위한 알고리즘, 전류 패턴의 업데이트 시기, 배터리 모듈(10)의 사용 중단 시기를 판단하는 알고리즘 등이 기술된 컴퓨터 프로그램이 저장될 수 있다. 메모리(220)는 휘발성 메모리 및 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 RAM, ROM, 플래시 메모리 등의 반도체 메모리, 자기 디스크, 광 디스크 등 각종 저장매체 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 메모리(220)는 MCU(210)에 내장된 메모리일 수도 있으며, MCU(210)와는 별도로 설치된 추가적인 메모리일 수도 있다.
입출력 인터페이스(230)는 각종 입력신호 및 출력신호의 입출력을 수행한다. 예를 들어, BMS(20)에 포함된 MCU(210)는 입출력 인터페이스(230)를 통하여 각종 센서로부터의 신호를 수신할 수 있다.
통신 인터페이스(240)는 외부와 유선 및/또는 무선으로 통신 가능한 구성이다.
MCU(210)가 메모리(220)에 저장된 프로그램을 실행함으로써 저항 산출부(110), 연산부(130), 저항 증가율 산출부9131), 조정 계수 산출부(132), 전류 패턴 산출부(133), 업데이트 요건 판단부(134), 용량 산출부(136)의 기능을 수행하는 모듈을 구현할 수 있을 것이다. 메모리(220)는 저장부(120)로서의 기능을 수행할 수 있을 것이다. MCU(210)가 입출력 인터페이스(230)와 함께 동작하여 저항 산출부(110), 전압 측정부(135)로서의 기능을 수행할 수 있을 것이다. 또한 MCU(210)가 통신 인터페이스(240)와 함께 동작하여 통신부(140)로서의 기능을 수행할 수 있을 것이다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 배터리 모듈의 내부 저항을 산출하는 저항 산출부;
    배터리 모듈에 대한 급속 충전용 전류 패턴을 저장하는 저장부; 및
    상기 배터리 모듈의 내부 저항의 상태에 따라서 상기 전류 패턴을 업데이트하는 연산부;를 포함하며,
    상기 연산부는,
    상기 저항 산출부가 산출한 내부 저항에 기초하여 저항 증가율을 산출하고,
    상기 산출한 저항 증가율에 기초하여 조정 계수를 산출하며,
    상기 산출한 조정 계수와 상기 전류 패턴을 사용하여 상기 전류 패턴을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연산부는 상기 전류 패턴에 상기 조정 계수를 곱한 값을 업데이트하는 전류 패턴으로 하는 것을 특징으로 하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연산부는 상기 저항 증가율이 클수록 상기 조정 계수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 모듈에 대한 급속 충전은 미리 설정된 충전 용량이 될 때까지 수행하는 용량 제한형 방식인 것을 특징으로 하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 연산부는 상기 전류 패턴에서의 전류의 크기에 상기 조정 계수를 곱하여 생성되는 새로운 크기의 전류를 갖는 전류 패턴으로 기존의 전류 패턴을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 연산부는 상기 전류 패턴에서의 전류의 크기를 변경하는 시점으로 설정된 SOC의 값에 상기 조정 계수를 곱하여 생성되는 새로운 SOC의 값을 상기 전류의 크기를 변경하는 시점으로 하는 전류 패턴으로 기존의 전류 패턴을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 연산부는 상기 배터리 모듈에 대한 급속 충전을 수행할 때마다 상기 급속 충전 완료시의 전압인 충전종료 전압을 측정하는 전압 측정부;를 더 포함하고,
    상기 충전종료 전압의 추이 곡선이 미리 설정된 기준을 만족할 때, 상기 연산부가 상기 전류 패턴을 업데이트 하는 것을 특징으로 하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 미리 설정된 기준은 상기 충전종료 전압의 추이 곡선에 변곡점이 발생한 것을 검출한 경우인 것을 특징으로 하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 모듈에 대한 급속 충전은 미리 설정된 전압이 될 때까지 수행하는 전압 제한형 방식인 것을 특징으로 하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 연산부는 상기 전류 패턴에서의 전류의 크기에 상기 조정 계수를 곱하여 생성되는 새로운 크기의 전류를 갖는 전류 패턴으로 기존의 전류 패턴을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 연산부는 상기 전류 패턴에서의 전류의 크기를 변경하는 시점으로 설정된 전압값에 상기 조정 계수를 곱하여 생성되는 새로운 전압값을 상기 전류의 크기를 변경하는 시점으로 하는 전류 패턴으로 기존의 전류 패턴을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 배터리 모듈에 대한 급속 충전 완료시의 상기 배터리 모듈의 용량인 충전종료 용량을 산출하는 용량 산출부;를 더 포함하고,
    상기 충전종료 용량의 추이 곡선이 미리 설정된 기준을 만족할 때, 상기 연산부가 상기 전류 패턴을 업데이트 하는 것을 특징으로 하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 미리 설정된 기준은 상기 충전종료 용량의 추이 곡선에 변곡점이 발생한 것을 검출한 경우인 것을 특징으로 하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 장치.
  14. 배터리 모듈에 대한 급속 충전용 전류 패턴을 설정하는 단계;
    상기 배터리 모듈의 내부 저항을 산출하는 단계;
    상기 배터리 모듈의 저항 증가율을 산출하는 단계;
    상기 저항 증가율에 기초하여 조정 계수를 산출하는 단계; 및
    상기 전류 패턴을 상기 조정 계수를 사용하여 조정하여, 조정 전류 패턴을 생성하는 단계;를 포함하는 급속 충전용 전류 패턴 업데이트 방법.
  15. 컴퓨터로 판독 가능한 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서,
    배터리 모듈의 내부 저항을 산출하는 단계;
    상기 산출한 내부 저항에 기초하여 저항 증가율을 산출하는 단계;
    상기 산출한 저항 증가율에 기초하여 조정 계수를 산출하는 단계; 및
    상기 산출한 조정 계수와 미리 설정되어 있는 급속 충전용 전류 패턴을 사용하여 상기 전류 패턴을 업데이트하는 단계;를 포함하는 방법을 컴퓨터가 실행하게 하는 컴퓨터로 판독 가능한 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 배터리 모듈에 대한 급속 충전 완료시의 전압인 충전종료 전압 또는 급속 충전 완료시의 용량인 충전종료 용량을 검출하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 충전종료 전압 또는 충전종료 용량의 추이 곡선에 변곡점이 발생한 것을 검출한 경우 상기 전류 패턴을 업데이트 하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터로 판독 가능한 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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