WO2023106582A1 - 배터리 수명 예측 장치 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

배터리 수명 예측 장치 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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WO2023106582A1
WO2023106582A1 PCT/KR2022/014848 KR2022014848W WO2023106582A1 WO 2023106582 A1 WO2023106582 A1 WO 2023106582A1 KR 2022014848 W KR2022014848 W KR 2022014848W WO 2023106582 A1 WO2023106582 A1 WO 2023106582A1
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battery
charging
end voltage
cycle
predicting
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PCT/KR2022/014848
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윤여경
이정민
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention claims the benefit of priority based on Korean Patent Application No. 10-2021-0176327 filed on December 10, 2021, and includes all contents disclosed in the literature of the Korean patent application as part of this specification.
  • Embodiments disclosed in this document relate to an apparatus for predicting battery life and an operation method thereof.
  • the secondary battery is a battery capable of charging and discharging, and includes all of the conventional Ni/Cd batteries, Ni/MH batteries, and recent lithium ion batteries.
  • lithium ion batteries have the advantage of much higher energy density than conventional Ni/Cd batteries and Ni/MH batteries.
  • lithium ion batteries can be manufactured in a small size and light weight, so they are used as a power source for mobile devices. Recently, the use range has been expanded as a power source for electric vehicles, and it is attracting attention as a next-generation energy storage medium.
  • Recent batteries have a fast charging function. Since the rapid charging time is proportional to the cycle life of the battery, the shorter the rapid charging time, the shorter the cycle life of the battery. Therefore, predicting the cycle life of a battery according to a charging protocol can be important. Since a long-term test is required due to the nature of the cycle life of a battery, a method of predicting the cycle life of a battery based on an initial cycle is required.
  • An object of the embodiments disclosed in this document is to provide a battery life predicting device capable of predicting a cycle life of a battery when the battery is charged according to a charging protocol and an operation method thereof.
  • An object of the embodiments disclosed in this document is to provide a battery life predicting device capable of predicting a cycle life of a battery based on an initial cycle of the battery according to a charging protocol and an operation method thereof.
  • One object of the embodiments disclosed in this document is a battery life prediction device capable of predicting the life of a battery when using a fast charging protocol in which it is impossible to predict the cycle life of a battery by looking at the existing capacity retention trend, and It is to provide a way to operate it.
  • An apparatus for predicting battery life according to an embodiment disclosed in this document.
  • An information acquisition unit that acquires information about a charging end voltage of a battery corresponding to the charging protocol, and the battery corresponding to the charging protocol based on the information about the charging end voltage of the battery corresponding to the charging protocol. It may include a controller that predicts the lifespan of
  • the controller may linearly fit the charging end voltage of the battery corresponding to the charging protocol for each charging cycle of the battery.
  • the controller may predict a cycle reaching a driving end voltage as a life span of the battery based on the linear fitting graph.
  • the driving termination voltage may be 4.2V.
  • the controller may select a specific section of the charging cycle of the battery, and perform a linear fit of a charging end voltage of the battery in the specific section.
  • the specific period may be a period between 100 and 200 cycles.
  • the controller can predict the number of cycles it is possible to charge the battery.
  • the battery when the battery is charged based on a plurality of charging protocols, it may further include a lifespan comparing unit for comparing the lifespan of the battery.
  • the life comparison unit may compare each of the plurality of charging protocols based on the predicted lifespan of the battery corresponding to each of the plurality of charging protocols.
  • the charging protocol may be set to information about a current for charging the battery step by step according to a time required to charge the battery.
  • a method of operating an apparatus for predicting battery life includes obtaining information about a charging end voltage of a battery corresponding to a charging protocol, and information about a charging end voltage of the battery corresponding to the charging protocol.
  • the method may include predicting a lifespan of the battery corresponding to the charging protocol based on the information.
  • the step of predicting the lifespan of the battery corresponding to the charging protocol based on information about the charging termination voltage of the battery corresponding to the charging protocol may include charging termination of the battery corresponding to the charging protocol. and linearly fitting the voltage for each charging cycle of the battery.
  • predicting the lifespan of the battery corresponding to the charging protocol based on information about the charging end voltage of the battery corresponding to the charging protocol may include the driving end voltage based on the linear fitting graph.
  • the method may further include estimating a cycle to reach as a lifespan of the battery.
  • the step of predicting the lifespan of the battery corresponding to the charging protocol based on information about the charging end voltage of the battery corresponding to the charging protocol includes selecting a specific section of a charging cycle of the battery. and performing a linear fitting of the charging end voltage of the battery in the specific section.
  • An apparatus for predicting battery life and an operating method thereof according to an embodiment disclosed in this document may predict cycle life of a battery according to each charging protocol.
  • An apparatus for predicting battery life and an operating method thereof may predict cycle life of a battery based on an initial cycle when a battery is charged through a charging protocol.
  • An apparatus for predicting battery life and an operation method thereof according to an embodiment disclosed in this document may predict the life of a battery by linear fitting a charging end voltage according to a charging cycle of the battery.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an apparatus for predicting battery life according to an embodiment disclosed in this document.
  • FIG. 2 is a diagram showing a charging end voltage of a battery according to an embodiment disclosed in this document.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an operating method of an apparatus for predicting battery life according to an embodiment disclosed in this document.
  • 4 and 5 are flowcharts showing in detail an operating method of the apparatus for predicting battery life according to an embodiment disclosed in this document.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a hardware configuration of a computing system for performing a method of operating an apparatus for predicting battery life according to an embodiment disclosed in this document.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an apparatus for predicting battery life according to an embodiment disclosed in this document.
  • an apparatus 100 for predicting battery life may include an information acquisition unit 110 and a controller 120 .
  • the battery life prediction device 100 may further include a life comparison unit 130 .
  • the information acquisition unit 110 may obtain information about a charging end voltage of a battery corresponding to a charging protocol. For example, when charging a battery based on a charging protocol, the information acquisition unit 110 may obtain information about a charging end voltage of the battery for each charging cycle.
  • the charging protocol may be set to information about current for charging the battery step by step according to the time required to charge the battery.
  • the charging protocol may be set to a C-rate for each charging depth of the battery.
  • the C-rate may mean the degree of current at which the battery cells are charged for each step.
  • the controller 120 may predict the lifespan of the battery corresponding to the charging protocol based on the information about the charging end voltage of the battery corresponding to the charging protocol. For example, the controller 120 may predict a cycle life of a battery corresponding to a charging protocol. In one embodiment, the controller 120 can predict the number of cycles over which the battery can be charged with the charging protocol.
  • the controller 120 may predict a cycle reaching the driving end voltage as a life span of the battery based on the linear fitting graph.
  • the driving termination voltage may be a voltage at which it is impossible to rapidly charge the battery any more.
  • the driving end voltage may be set to 4.2V.
  • the specific section may be a section between 100 and 200 cycles. However, it is not limited thereto, and the specific interval may be between n and m cycles, n and m may both be natural numbers, and m may have a value greater than n.
  • the controller 200 may calculate a cycle reaching the driving end voltage based on a graph obtained by linear fitting the charge end voltage of the battery in a specific section, and the corresponding cycle may be predicted as a cycle life of the battery. .
  • FIG. 2 is a diagram showing a charging end voltage of a battery according to an embodiment disclosed in this document.
  • the charging end voltage 10 of the 21-minute charging protocol is formed in a section higher than the charging end voltage 20 of the 25-minute charging protocol.
  • the rate of change is similar to that of the charge end voltage 20 of the 25-minute charge protocol, but it can be seen that the charge end voltage is formed higher in the first cycle.
  • the reason why the charge termination voltage of the 21-minute charging protocol in the first cycle is higher than that of the 25-minute charging protocol may be because the charging time is absolutely shortened.
  • the reason why the rate of change of the charge end voltage 10 of the 21-minute charging protocol and the charge end voltage 20 of the 25-minute charging protocol are similar is that only the charging protocol is different for the same battery, so the charge transfer resistance This may be because the diffusion resistance is similar to that of .
  • the battery life prediction device 100 may determine a cycle in which the charging end voltage 10 of the 21-minute charging protocol reaches the driving end voltage (4.2V) as 500 charging cycles. That is, when the battery is charged based on the 21-minute charging protocol, the life of the battery may be determined to be 500 charging cycles.
  • the battery life predicting device 100 may determine a cycle in which the charging end voltage 20 of the 25-minute charging protocol reaches the driving end voltage (4.2V) as 1200 charging cycles. That is, when the battery is charged based on the 25-minute charging protocol, the life of the battery may be determined to be 1200 charging cycles.
  • the battery life prediction device 100 can determine the cycle life of the battery based on the initial charging cycle of the battery, time for determining the cycle life of the battery can be saved and the cycle life of the battery can be more accurately determined. there is.
  • the apparatus 100 for predicting battery life may further include a life comparison unit 130 .
  • the life comparison unit 130 may compare the lifespan of the battery when the battery is charged based on a plurality of charging protocols. For example, the life comparator 130 may compare the cycle life of the battery when the battery is charged using the 21-minute charging protocol and the cycle life of the battery when the battery is charged using the 25-minute charging protocol. there is.
  • the life comparison unit 130 may compare each of the plurality of charging protocols based on the predicted lifespan of a battery corresponding to each of the plurality of charging protocols.
  • the life comparison unit 130 may determine a charging protocol having a corresponding charging cycle life according to the number of charging cycles set by the user. In this case, the life comparison unit 130 may guide the corresponding charging protocol to the user.
  • An apparatus for predicting battery life according to an embodiment disclosed in this document may predict cycle life of a battery according to each charging protocol.
  • An apparatus for predicting battery life may predict cycle life of a battery based on an initial cycle when the battery is charged through a charging protocol.
  • An apparatus for predicting battery life according to an embodiment disclosed in this document may predict the life of a battery by linear fitting a charging end voltage according to a charging cycle of the battery.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an operating method of an apparatus for predicting battery life according to an embodiment disclosed in this document.
  • the operating method of the apparatus 100 for predicting battery life includes obtaining information about a charging end voltage of a battery corresponding to a charging protocol (S110) and a charging protocol Predicting the lifespan of the battery corresponding to the charging protocol based on the information about the charging end voltage of the battery corresponding to S120.
  • the information obtaining unit 110 may obtain information on the charging end voltage of the battery corresponding to the charging protocol. For example, the information acquisition unit 110 may obtain information about a charging end voltage of a battery corresponding to a charging protocol for each charging cycle of the battery. The information acquisition unit 110 may transmit the obtained information about the charging end voltage of the battery to the controller 120 .
  • step S120 of predicting the lifespan of the battery corresponding to the charging protocol based on the information on the charging end voltage of the battery corresponding to the charging protocol the controller 120 performs information on the charging end voltage of the battery corresponding to the charging protocol. It is possible to predict the lifespan of the battery corresponding to the charging protocol based on. For example, the controller 120 may predict the charge cycle life of the battery based on information about the charge end voltage of the battery.
  • 4 and 5 are flowcharts showing in detail an operating method of the apparatus for predicting battery life according to an embodiment disclosed in this document.
  • the step of linearly fitting the charging end voltage of the battery corresponding to the charging protocol for each charging cycle of the battery may include a step (S220) of doing.
  • steps S210 and S220 may be included in step S120 of FIG. 3 .
  • the controller 120 may linearly fit the charging ending voltage of the battery corresponding to the charging protocol for each charging cycle of the battery. .
  • y may correspond to the charge end voltage of the battery
  • x may correspond to the charge cycle of the battery
  • a may correspond to the rate of change of the charge end voltage of the battery for each charge cycle
  • b may be It may correspond to the charging end voltage of the battery in the first charging cycle.
  • the controller 120 determines the cycle at which the charging end voltage reaches the driving end voltage based on the linear fitting graph.
  • the life of the battery can be predicted.
  • the controller 120 may predict a cycle in which the charging end voltage reaches the driving end voltage as a charge cycle life of the battery.
  • the driving termination voltage may be 4.2V.
  • a step of selecting a specific section of a battery charging cycle ( S310 ) and a step of linearly fitting a charging end voltage of the battery in the specific section ( S320 ) may be included.
  • steps S310 and S320 may be included in step S120 of FIG. 3 .
  • the controller 120 may select a specific section of the battery charging cycle.
  • a specific section may be a section between 100 and 200 cycles.
  • the specific interval may be between n and m cycles, n and m may both be natural numbers, and m may have a value greater than n.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a hardware configuration of a computing system for performing a method of operating an apparatus for predicting battery life according to an embodiment disclosed in this document.
  • a computing system 1000 may include an MCU 1010, a memory 1020, an input/output I/F 1030 and a communication I/F 1040. there is.
  • the MCU 1010 executes various programs (eg, a battery pack voltage or current collection program, a relay control program included in the battery pack, an internal resistance calculation program, etc.) stored in the memory 1020, and executes these programs. It may be a processor that processes various types of information, including a charge end voltage of the battery and a driving end voltage of the battery, and performs the functions of the battery life prediction device shown in FIG. 1.
  • programs eg, a battery pack voltage or current collection program, a relay control program included in the battery pack, an internal resistance calculation program, etc.
  • the memory 1020 may store various programs related to battery log information collection and diagnosis.
  • the memory 1020 may store various types of information such as battery current, voltage, charging end voltage, driving end voltage, and charging protocol information.
  • the memory 1020 may be a volatile memory or a non-volatile memory.
  • the memory 1020 as a volatile memory may be RAM, DRAM, SRAM, or the like.
  • the memory 1020 as a non-volatile memory may be ROM, PROM, EAROM, EPROM, EEPROM, flash memory, or the like.
  • the examples of the memories 1020 listed above are merely examples and are not limited to these examples.
  • the input/output I/F 1030 connects an input device (not shown) such as a keyboard, mouse, or touch panel, an output device such as a display (not shown), and the MCU 1010 to transmit and receive data. can provide.
  • an input device such as a keyboard, mouse, or touch panel
  • an output device such as a display (not shown)
  • the MCU 1010 to transmit and receive data. can provide.
  • the communication I/F 1040 is a component capable of transmitting and receiving various data to and from the server, and may be various devices capable of supporting wired or wireless communication.
  • the battery life prediction device may transmit/receive information such as a relay control program included in a battery pack or current, current, or charging end voltage of various battery packs from a separately prepared external server through the communication I/F 1040. there is.
  • the computer program according to an embodiment disclosed in this document may be implemented as a module that performs, for example, each function shown in FIG. 1 by being recorded in the memory 1020 and processed by the MCU 1010. there is.

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Abstract

본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 수명 예측 장치는. 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압(End Voltage)에 관한 정보를 획득하는 정보 획득부, 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 기초로 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 수명을 예측하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

배터리 수명 예측 장치 및 그것의 동작 방법
관련출원과의 상호인용
본 발명은 2021.12.10.에 출원된 한국 특허 출원 제10-2021-0176327 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용을 본 명세서의 일부로 포함한다.
기술분야
본 문서에 개시된 실시예들은 배터리 수명 예측 장치 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 배터리, Ni/MH 배터리 등과 최근의 리튬 이온 배터리를 모두 포함하는 의미이다. 이차 전지 중 리튬 이온 배터리는 종래의 Ni/Cd 배터리, Ni/MH 배터리 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 배터리는 소형, 경량으로 제작할 수 있어 이동 기기의 전원으로 사용되며, 최근에는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
최근 배터리들의 경우 급속 충전 기능을 구비하고 있다. 급속 충전 시간은 배터리의 사이클 수명과 비례의 관계이기 때문에 급속 충전 시간을 단축할수록 배터리의 사이클 수명이 짧아질 수 있다. 따라서 충전 프로토콜에 따른 배터리의 사이클 수명을 예측하는 것은 중요할 수 있다. 배터리의 사이클 수명의 특성 상 장기적인 테스트를 진행해야 되기 때문에 초반 사이클을 기초로 배터리의 사이클 수명을 예측할 수 있는 방법이 필요하다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 충전 프로토콜에 따라서 배터리를 충전하는 경우, 배터리의 사이클 수명을 예측할 수 있는 배터리 수명 예측 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 충전 프로토콜에 따른 배터리의 초반 사이클에 기초하여 배터리의 사이클 수명을 예측할 수 있는 배터리 수명 예측 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 기존 캐패시티 리텐션(capacity retention) 추이를 보고 배터리의 사이클 수명을 예측하는 것이 불가능한 급속 충전 프로토콜을 사용하는 경우 배터리의 수명을 예측할 수 있는 배터리 수명 예측 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 수명 예측 장치는. 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압(End Voltage)에 관한 정보를 획득하는 정보 획득부, 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 기초로 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 수명을 예측하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 충전 종료 전압을 상기 배터리의 충전 사이클(cycle)마다 리니어 피팅(linear fitting)할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 리니어 피팅한 그래프를 기초로 구동 종료 전압에 도달하는 사이클을 상기 배터리의 수명으로 예측할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 구동 종료 전압은 4.2V 일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 충전 사이클 중 특정 구간을 선택하고, 상기 특정 구간에서 상기 배터리의 충전 종료 전압을 리니어 피팅할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 특정 구간은, 상기 사이클이 100회에서 200회 사이 구간일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 배터리를 충전하는 것이 가능한 사이클의 회수를 예측할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 충전 프로토콜에 기반하여 상기 배터리를 충전하는 경우, 상기 배터리의 수명을 비교하는 수명 비교부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 수명 비교부는, 상기 복수의 충전 프로토콜 각각에 대응되는 상기 배터리의 예측된 수명을 기초로 상기 복수의 충전 프로토콜 각각을 비교할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 충전 프로토콜은, 상기 배터리를 충전하는데 소요되는 시간에 따라서 상기 배터리를 스텝(step)에 따라 충전하는 전류에 관한 정보로 설정될 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 수명 예측 장치의 동작 방법은, 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 획득하는 단계, 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 기초로 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 수명을 예측하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 기초로 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 수명을 예측하는 단계는, 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 충전 종료 전압을 상기 배터리의 충전 사이클마다 리니어 피팅하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 기초로 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 수명을 예측하는 단계는, 상기 리니어 피팅한 그래프를 기초로 구동 종료 전압에 도달하는 사이클을 상기 배터리의 수명으로 예측하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 기초로 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 수명을 예측하는 단계는, 상기 배터리의 충전 사이클 중 특정 구간을 선택하는 단계 및 상기 특정 구간에서 상기 배터리의 충전 종료 전압을 리니어 피팅하는 단계를 포함할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 수명 예측 장치 및 그것의 동작 방법은, 각각의 충전 프로토콜에 따른 배터리의 사이클 수명을 예측할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 수명 예측 장치 및 그것의 동작 방법은 충전 프로토콜을 통해 배터리를 충전하는 경우 초반 사이클에 기반하여 배터리의 사이클 수명을 예측할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 수명 예측 장치 및 그것의 동작 방법은 배터리의 충전 사이클에 따른 충전 종료 전압을 리니어 피팅하여 배터리의 수명을 예측할 수 있다.
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도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 수명 예측 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리의 충전 종료 전압을 보여주는 도면이다.
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이하, 본 문서에 개시된 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 문서에 개시된 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 문서에 개시된 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 문서에 개시된 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 수명 예측 장치를 보여주는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 수명 예측 장치(100)는 정보 획득부(110) 및 컨트롤러(120)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 수명 예측 장치(100)는 수명 비교부(130)를 더 포함할 수 있다.
정보 획득부(110)는 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압(End Voltage)에 관한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 정보 획득부(110)는 충전 프로토콜에 기반하여 배터리를 충전하는 경우, 각각의 충전 사이클 마다 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 획득할 수 있다.
일 실시예에서, 충전 프로토콜은 배터리를 충전하는데 소요되는 시간에 따라서 배터리를 스텝(step)에 따라 충전하는 전류에 관한 정보로 설정될 수 있다. 예를 들어, 충전 프로토콜은 배터리의 충전 심도 별 C-rate로 설정될 수 있다. 이 경우, C-rate는 배터리 셀이 스텝(step) 별로 충전되는 전류의 정도를 의미할 수 있다.
컨트롤러(120)는 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 기초로 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 수명을 예측할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 사이클(cycle) 수명을 예측할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(120)는 충전 프로토콜로 배터리를 충전하는 것이 가능한 사이클의 회수를 예측할 수 있다.
컨트롤러(120)는 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압(end voltage)을 배터리의 충전 사이클마다 리니어 피팅할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 각각의 충전 사이클마다 배터리의 충전 종료 전압을 정보 획득부(110)로부터 획득할 수 있고, 각각의 충전 종료 전압을 그래프로 피팅할 수 있다. 다른 예를 들어, 컨트롤러(120)는 y=ax+b 그래프로 배터리의 충전 사이클 별 충전 종료 전압을 피팅할 수 있다. 일 실시예에서, y는 배터리의 충전 종료 전압에 대응될 수 있고, x는 배터리의 충전 사이클에 대응될 수 있고, a는 충전 사이클 별 배터리의 충전 종료 전압의 변화율에 대응될 수 있고, b는 첫번째 충전 사이클에서 배터리의 충전 종료 전압에 대응될 수 있다.
컨트롤러(120)는 리니어 피팅한 그래프를 기초로 구동 종료 전압에 도달하는 사이클을 배터리의 수명으로 예측할 수 있다. 예를 들어, 구동 종료 전압은 배터리를 더 이상 급속 충전하는 것이 불가능한 전압일 수 있다. 다른 예를 들어, 구동 종료 전압은 4.2V로 설정될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 컨트롤러(120)는 충전 종료 전압을 리니어 피팅한 그래프인 y=ax+b에서 y가 구동 종료 전압이 되는 사이클을 산출할 수 있고, 해당 사이클은 배터리의 수명으로 예측할 수 있다.
실시예에 따라서, 컨트롤러(120)는 배터리의 충전 사이클 중 특정 구간을 선택할 수 있다. 특정 구간을 선택한 경우, 컨트롤러(120)는 특정 구간에서 배터리의 충전 종료 전압을 리니어 피팅할 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(120)는 y=ax+b 그래프로 배터리의 충전 사이클 별 충전 종료 전압을 리니어 피팅할 수 있다. 일 실시예에서, 특정 구간은 사이클이 100회에서 200회 사이 구간일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 특정 구간은 사이클이 n회에서 m회 사이 구간일 수 있고, n 및 m은 모두 자연수일 수 있고, m은 n보다 큰 값을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(200)는 특정 구간에서 배터리의 충전 종료 전압을 리니어 피팅한 그래프에 기초하여 구동 종료 전압에 도달하는 사이클을 산출할 수 있고, 해당 사이클은 배터리의 사이클 수명으로 예측할 수 있다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리의 충전 종료 전압을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 21분 충전 프로토콜의 충전 종료 전압(10)은 25분 충전 프로토콜의 충전 종료 전압(20)보다 높은 구간에서 형성되는 것을 확인할 수 있다. 21분 충전 프로토콜의 충전 종료 전압(10)을 리니어 피팅한 결과 25분 충전 프로토콜의 충전 종료 전압(20)과 변화율은 유사하지만, 첫번째 사이클에서 충전 종료 전압이 더 높게 형성되는 것을 확인할 수 있다. 첫번째 사이클에서 21분 충전 프로토콜의 충전 종료 전압이 25분 충전 프로토콜의 충전 종료 전압보다 높은 이유는 충전 시간이 절대적으로 단축되었기 때문일 수 있다. 또한, 21분 충전 프로토콜의 충전 종료 전압(10)과 25분 충전 프로토콜의 충전 종료 전압(20)의 변화율이 유사한 이유는 동일한 배터리에 대하여 충전 프로토콜만 달리한 것이기 때문에 차지 트랜스퍼 저항(charge transfer resistance)과 디퓨전 저항(diffusion resistance)이 유사하기 때문일 수 있다.
또한, 배터리 수명 예측 장치(100)는 21분 충전 프로토콜의 충전 종료 전압(10)이 구동 종료 전압(4.2V)에 도달하는 사이클을 500 충전 사이클로 판단할 수 있다. 즉, 21분 충전 프로토콜에 기반하여 배터리를 충전하는 경우, 배터리의 충전 사이클 수명은 500회로 판단할 수 있다.
또한, 배터리 수명 예측 장치(100)는 25분 충전 프로토콜의 충전 종료 전압(20)이 구동 종료 전압(4.2V)에 도달하는 사이클을 1200 충전 사이클로 판단할 수 있다. 즉, 25분 충전 프로토콜에 기반하여 배터리를 충전하는 경우, 배터리의 충전 사이클 수명은 1200회로 판단할 수 있다.
배터리 수명 예측 장치(100)는 배터리의 사이클 수명을 배터리의 초기 충전 사이클에 기반하여 판단할 수 있기 때문에 배터리의 사이클 수명을 판단하는 시간이 절약될 수 있고, 보다 정확하게 배터리의 사이클 수명을 판단할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 수명 예측 장치(100)는 수명 비교부(130)를 더 포함할 수 있다.
수명 비교부(130)는 복수의 충전 프로토콜에 기반하여 배터리를 충전하는 경우 배터리의 수명을 비교할 수 있다. 예를 들어, 수명 비교부(130)는 21분 충전 프로토콜을 사용하여 배터리를 충전하는 경우의 배터리의 사이클 수명과, 25분 충전 프로토콜을 사용하여 배터리를 충전하는 경우의 배터리의 사이클 수명을 비교할 수 있다.
일 실시예에서, 수명 비교부(130)는 복수의 충전 프로토콜 각각에 대응되는 배터리의 예측된 수명을 기초로 복수의 충전 프로토콜 각각을 비교할 수 있다.
일 실시예에서, 수명 비교부(130)는 사용자가 설정한 충전 사이클의 횟수에 따라서 대응되는 충전 사이클 수명을 갖는 충전 프로토콜을 판단할 수 있다. 이 경우, 수명 비교부(130)는 사용자에게 해당 충전 프로토콜을 안내할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 수명 예측 장치는, 각각의 충전 프로토콜에 따른 배터리의 사이클 수명을 예측할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 수명 예측 장치는 충전 프로토콜을 통해 배터리를 충전하는 경우 초반 사이클에 기반하여 배터리의 사이클 수명을 예측할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 수명 예측 장치는 배터리의 충전 사이클에 따른 충전 종료 전압을 리니어 피팅하여 배터리의 수명을 예측할 수 있다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 수명 예측 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 수명 예측 장치(100)의 동작 방법은, 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 획득하는 단계(S110) 및 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 기초로 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 수명을 예측하는 단계(S120)를 포함할 수 있다.
충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 획득하는 단계(S110)에서 정보 획득부(110)는 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 정보 획득부(110)는 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 배터리의 충전 사이클 별로 획득할 수 있다. 정보 획득부(110)는 획득한 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 컨트롤러(120)에게 전달할 수 있다.
충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 기초로 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 수명을 예측하는 단계(S120)에서 컨트롤러(120)는 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 기초로 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 수명을 예측할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 기초로 배터리의 충전 사이클 수명을 예측할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 수명 예측 장치의 동작 방법을 구체적으로 보여주는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압을 배터리의 충전 사이클마다 리니어 피팅하는 단계(S210) 및 리니어 피팅한 그래프를 기초로 구동 종료 전압에 도달하는 사이클을 배터리의 수명으로 예측하는 단계(S220)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, S210 단계 및 S220 단계는 도 3의 S120 단계에 포함될 수 있다.
충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압을 배터리의 충전 사이클마다 리니어 피팅하는 단계(S210)에서 컨트롤러(120)는 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압을 배터리의 충전 사이클마다 리니어 피팅할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 y=ax+b 그래프에 배터리의 충전 종료 전압을 리니터 피팅할 수 있다. 일 실시예에서, y는 배터리의 충전 종료 전압에 대응될 수 있고, x는 배터리의 충전 사이클에 대응될 수 있고, a는 충전 사이클 별 배터리의 충전 종료 전압의 변화율에 대응될 수 있고, b는 첫번째 충전 사이클에서 배터리의 충전 종료 전압에 대응될 수 있다.
리니어 피팅한 그래프를 기초로 구동 종료 전압에 도달하는 사이클을 배터리의 수명으로 예측하는 단계(S220)에서 컨트롤러(120)는 리니어 피팅한 그래프를 기초로 충전 종료 전압이 구동 종료 전압에 도달하는 사이클을 배터리의 수명으로 예측할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 충전 종료 전압이 구동 종료 전압에 도달하는 사이클을 배터리의 충전 사이클 수명으로 예측할 수 있다. 일 실시예에서, 구동 종료 전압은 4.2V일 수 있다.
도 5를 참조하면, 배터리의 충전 사이클 중 특정 구간을 선택하는 단계(S310) 및 특정 구간에서 배터리의 충전 종료 전압을 리니어 피팅하는 단계(S320)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, S310 단계 및 S320 단계는 도 3의 S120 단계에 포함될 수 있다.
배터리의 충전 사이클 중 특정 구간을 선택하는 단계(S310)에서 컨트롤러(120)는 배터리의 충전 사이클 중 특정 구간을 선택할 수 있다. 예를 들어, 특정 구간은 사이클이 100회에서 200회 사이 구간일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 특정 구간은 사이클이 n회에서 m회 사이 구간일 수 있고, n 및 m은 모두 자연수일 수 있고, m은 n보다 큰 값을 가질 수 있다.
특정 구간을 선택한 경우, 특정 구간에서 배터리의 충전 종료 전압을 리니어 피팅하는 단계(S320)에서 컨트롤러(120)는 특정 구간에서 배터리의 충전 종료 전압을 리니어 피팅할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 y=ax+b 그래프로 배터리의 충전 사이클 별 충전 종료 전압을 리니어 피팅할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(200)는 특정 구간에서 배터리의 충전 종료 전압을 리니어 피팅한 그래프에 기초하여 구동 종료 전압에 도달하는 사이클을 산출할 수 있고, 해당 사이클은 배터리의 사이클 수명으로 예측할 수 있다.
도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 수명 예측 장치의 동작 방법을 수행하기 위한 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(1000)은 MCU(1010), 메모리(1020), 입출력 I/F(1030) 및 통신 I/F(1040)를 포함할 수 있다.
MCU(1010)는 메모리(1020)에 저장되어 있는 각종 프로그램(예를 들면, 배터리 팩 전압 또는 전류 수집 프로그램, 배터리 팩에 포함된 릴레이 제어 프로그램, 내부 저항 산출 프로그램 등)을 실행시키고, 이러한 프로그램들을 통해 배터리의 충전 종료 전압 및 배터리의 구동 종료 전압을 포함한 각종 정보를 처리하며, 전술한 도 1에 나타낸 배터리 수명 예측 장치의 기능들을 수행하도록 하는 프로세서일 수 있다.
메모리(1020)는 배터리의 로그 정보 수집 및 진단에 관한 각종 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(1020)는 배터리의 전류, 전압, 충전 종료 전압, 구동 종료 전압 및 충전 프로토콜 정보 등 각종 정보를 저장할 수 있다.
이러한 메모리(1020)는 필요에 따라서 복수 개 마련될 수도 있을 것이다. 메모리(1020)는 휘발성 메모리일 수도 있으며 비휘발성 메모리일 수 있다. 휘발성 메모리로서의 메모리(1020)는 RAM, DRAM, SRAM 등이 사용될 수 있다. 비휘발성 메모리로서의 메모리(1020)는 ROM, PROM, EAROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리 등이 사용될 수 있다. 상기 열거한 메모리(1020)들의 예를 단지 예시일 뿐이며 이들 예로 한정되는 것은 아니다.
입출력 I/F(1030)는, 키보드, 마우스, 터치 패널 등의 입력 장치(미도시)와 디스플레이(미도시) 등의 출력 장치와 MCU(1010) 사이를 연결하여 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 인터페이스를 제공할 수 있다.
통신 I/F(1040)는 서버와 각종 데이터를 송수신할 수 있는 구성으로서, 유선 또는 무선 통신을 지원할 수 있는 각종 장치일 수 있다. 예를 들면, 배터리 수명 예측 장치는 통신 I/F(1040)를 통해 별도로 마련된 외부 서버로부터 배터리 팩에 포함된 릴레이 제어 프로그램이나 각종 배터리 팩의 전류, 전류 또는 충전 종료 전압과 같은 정보를 송수신할 수 있다.
이와 같이, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(1020)에 기록되고, MCU(1010)에 의해 처리됨으로써, 예를 들면 도 1에서 도시한 각 기능들을 수행하는 모듈로서 구현될 수도 있다.
이상의 설명은 본 문서에 개시된 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 문서에 개시된 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 문서에 개시된 실시예들은 본 문서에 개시된 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 문서에 개시된 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 문서에 개시된 기술 사상의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 문서의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압(End Voltage)에 관한 정보를 획득하는 정보 획득부;
    상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 기초로 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 수명을 예측하는 컨트롤러를 포함하는 배터리 수명 예측 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 충전 종료 전압을 상기 배터리의 충전 사이클(cycle)마다 리니어 피팅(linear fitting)하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 리니어 피팅한 그래프를 기초로 구동 종료 전압에 도달하는 사이클을 상기 배터리의 수명으로 예측하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동 종료 전압은 4.2V 인 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 배터리의 충전 사이클 중 특정 구간을 선택하고, 상기 특정 구간에서 상기 배터리의 충전 종료 전압을 리니어 피팅하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 특정 구간은,
    상기 사이클이 100회에서 200회 사이 구간인 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 배터리를 충전하는 것이 가능한 사이클의 회수를 예측하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    복수의 충전 프로토콜에 기반하여 상기 배터리를 충전하는 경우, 상기 배터리의 수명을 비교하는 수명 비교부를 더 포함하는 배터리 수명 예측 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 수명 비교부는,
    상기 복수의 충전 프로토콜 각각에 대응되는 상기 배터리의 예측된 수명을 기초로 상기 복수의 충전 프로토콜 각각을 비교하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 프로토콜은,
    상기 배터리를 충전하는데 소요되는 시간에 따라서 상기 배터리를 스텝(step)에 따라 충전하는 전류에 관한 정보로 설정되는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 장치.
  11. 충전 프로토콜에 대응되는 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 획득하는 단계;
    상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 기초로 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 수명을 예측하는 단계; 를 포함하는 배터리 수명 예측 장치의 동작 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 기초로 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 수명을 예측하는 단계는,
    상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 충전 종료 전압을 상기 배터리의 충전 사이클마다 리니어 피팅하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 장치의 동작 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 기초로 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 수명을 예측하는 단계는,
    상기 리니어 피팅한 그래프를 기초로 구동 종료 전압에 도달하는 사이클을 상기 배터리의 수명으로 예측하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 장치의 동작 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 충전 종료 전압에 관한 정보를 기초로 상기 충전 프로토콜에 대응되는 상기 배터리의 수명을 예측하는 단계는,
    상기 배터리의 충전 사이클 중 특정 구간을 선택하는 단계; 및
    상기 특정 구간에서 상기 배터리의 충전 종료 전압을 리니어 피팅하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 장치의 동작 방법.
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