WO2024085426A1 - 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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WO2024085426A1
WO2024085426A1 PCT/KR2023/013096 KR2023013096W WO2024085426A1 WO 2024085426 A1 WO2024085426 A1 WO 2024085426A1 KR 2023013096 W KR2023013096 W KR 2023013096W WO 2024085426 A1 WO2024085426 A1 WO 2024085426A1
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battery
capacitor
voltage
precharging
capacitors
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PCT/KR2023/013096
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김성원
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • G—PHYSICS
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • G—PHYSICS
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte

Definitions

  • Embodiments disclosed herein relate to a battery management device and method of operating the same.
  • Secondary batteries are batteries that can be charged and discharged, and include both conventional Ni/Cd batteries, Ni/MH batteries, and recent lithium-ion batteries.
  • lithium-ion batteries have the advantage of having much higher energy density than conventional Ni/Cd batteries, Ni/MH batteries, etc.
  • lithium-ion batteries can be made small and lightweight, so they are used as a power source for mobile devices. Recently, their range of use has expanded to a power source for electric vehicles, and they are attracting attention as a next-generation energy storage medium.
  • Electrochemical Impedance Spectroscopy can be used to measure the impedance of such lithium ion batteries. Electrochemical impedance spectroscopy can accurately calculate impedance, a factor that interferes with electrical transmission when a chemical reaction occurs at the electrodes of a battery.
  • One way to measure impedance is to connect a precise shunt resistor in series with the battery, generate an alternating current, measure the voltage across the shunt resistor, and measure the voltage across both ends of the battery to measure the impedance of the battery. there is. When measuring the voltage at both ends of a battery, you can clamp the + and - sides to a certain DC voltage and then connect a pre-charging capacitor to measure the voltage.
  • the conventional electrochemical impedance spectroscopy measures impedance based on the elapse of a certain period of time without monitoring the voltage values of precharging capacitors connected to the battery, and thus has a problem in that the accuracy of the impedance value is low.
  • One purpose of the embodiments disclosed in this document is to provide a battery management device and a method of operating the same that can improve the accuracy of the impedance value of the battery measured by electrochemical impedance spectroscopy by monitoring the voltage value of the capacitors connected to the battery. there is.
  • a battery management device precharges by applying current to at least one capacitor each connected to at least one battery and the at least one capacitor, and measures the voltage of each of the at least one capacitor. and a controller that controls impedance measurement of the at least one battery based on whether the voltage of the at least one capacitor is within a threshold range.
  • it further includes at least one measuring unit that measures the impedance of the battery, wherein the at least one measuring unit measures the impedance of the battery based on a control signal from the controller, and the controller measures each of the capacitors. If the voltage is within the critical range, a control signal for measuring the impedance of the battery may be generated and transmitted to the at least one measurement unit.
  • the controller may determine whether the precharging time for precharging the at least one capacitor is greater than or equal to a threshold time.
  • the controller may determine whether the precharging time for precharging the capacitor is longer than or equal to a threshold time.
  • the controller may re-determine whether the voltage of each capacitor is within a threshold range.
  • the controller may generate an abnormal signal of the battery when it re-determines whether the voltage of each capacitor is within a threshold range up to a threshold number of times.
  • the controller may precharge the capacitor when the precharging time is less than the threshold time.
  • a method of operating a battery management device includes the steps of applying current to a capacitor connected to a battery to pre-charge the capacitor, measuring the voltage of each of the capacitors, and It may include measuring the impedance of the battery based on whether the voltage of each capacitor is within a critical range.
  • the step of measuring the impedance of the battery based on whether the voltage of each of the capacitors is within the threshold range includes sending a control signal to measure the impedance of the battery when the voltage of each of the capacitors is within the threshold range. It can be generated and delivered to the at least one capacitor.
  • the step of measuring the impedance of the battery based on whether the voltage of each of the capacitors is within the threshold range is determined by measuring the impedance of the battery when the voltage of each capacitor is outside the threshold range of the precharging time for precharging the capacitor. It can be determined whether the critical time is exceeded.
  • the method may further include determining whether the precharging time for precharging the capacitor is longer than or equal to a threshold time.
  • the step of determining whether the precharging time for precharging the capacitor is greater than or equal to a threshold time includes re-determining whether the voltage of each capacitor is within a threshold range when the precharging time is greater than or equal to the threshold time. You can.
  • the step of determining whether the precharging time for precharging the capacitor is greater than or equal to the threshold time includes generating an abnormal signal of the battery when re-determining whether the voltage of each capacitor is within the threshold range up to a threshold number of times. can do.
  • the step of determining whether the precharging time for precharging the capacitor is greater than or equal to a threshold time includes generating a control signal for precharging the capacitor when the precharging time is less than the threshold time to precharge the at least one capacitor. It can be transmitted to the capacitor.
  • the battery management device and its operating method according to an embodiment disclosed in this document can improve the accuracy of the impedance value of the battery measured by electrochemical impedance spectroscopy by monitoring the voltage value of capacitors connected to the battery.
  • the battery management device and its operating method according to an embodiment disclosed in this document can stably manage the lifespan of the battery.
  • FIG. 1 is a diagram conceptually showing a battery exchange station according to an embodiment disclosed in this document.
  • FIG. 2 is a diagram conceptually showing a battery exchange station according to another embodiment disclosed in this document.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a battery management device according to an embodiment disclosed in this document.
  • FIG. 4 is a diagram conceptually showing a battery pack according to an embodiment disclosed in this document.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a method of operating a battery management device according to an embodiment disclosed in this document.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a method of operating a battery management device according to another embodiment disclosed in this document.
  • Figure 7 is a block diagram showing the hardware configuration of a computing system that implements a method of operating a battery management device according to an embodiment disclosed in this document.
  • FIG. 1 is a diagram conceptually showing a battery exchange station according to an embodiment disclosed in this document.
  • a battery swapping station (BSS; Battery Swapping System, 1000) can provide overall management services for batteries, such as battery analysis, evaluation, charging, and exchange.
  • the focus is on battery swapping services.
  • the battery exchange service analyzes the status of a plurality of batteries (10, 20, 30, 40) subject to service, and replaces the batteries (10, 20, 30, 40) with other batteries (10, 20, 30) according to the analysis results.
  • , 40) may mean a service exchanged. This exchange may be performed automatically by administrator and/or user settings.
  • the battery exchange station 1000 collects the batteries 10, 20, 30, and 40 returned by the user and provides other pre-charged batteries 10, 20, 30, and 40 to the user, thereby We can provide battery exchange service to you.
  • the batteries 10, 20, 30, and 40 are devices that are mounted on a target device (e.g., an electric means of transportation such as an electric vehicle (EV), an electric scooter, or an electric bicycle) to supply power to drive the target device.
  • a target device e.g., an electric means of transportation such as an electric vehicle (EV), an electric scooter, or an electric bicycle
  • a battery pack may include a battery that stores power and a battery management system (BMS) that controls the operation of the battery.
  • BMS battery management system
  • the battery may include at least one battery cell that stores power under the control of a battery management device.
  • a battery cell is the basic unit of a battery that can be used by charging and discharging electrical energy, including lithium-ion (Li-ion) batteries, lithium-ion polymer (Li-ion polymer) batteries, nickel cadmium (Ni-Cd) batteries, and nickel hydrogen ( It may be a Ni-MH) battery, etc., but is not limited thereto.
  • the battery management device can control charging and discharging of the battery, and according to one embodiment, collects data that is the basis for analyzing the state of the battery in response to an external request and transmits it to the outside.
  • the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 will be described assuming that they are implemented in the form of a battery pack. Meanwhile, in FIG. 1, the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 are shown as four, but the battery is not limited thereto, and the battery may be composed of n batteries (n is a natural number of 2 or more).
  • the battery exchange station 1000 may be placed at a service station where a battery exchange service is provided, or may be placed in a space separate from the service station.
  • the battery exchange station 1000 performs status analysis on the plurality of connected batteries 10, 20, 30, and 40, and replaces the batteries 10, 20, and 30 with other batteries 10 and 20 according to the results of the status analysis. , 30) can be exchanged or reused (i.e., not exchanged).
  • the battery exchange station 1000 may independently analyze the status of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 and/or determine whether the batteries 10, 20, and 30 need to be replaced.
  • at least some operations may be performed in conjunction with a server (eg, cloud server) connected to a network.
  • the battery exchange station 1000 transmits information that is the basis for determining whether the battery needs to be replaced to the cloud server, and the cloud server determines whether the battery needs to be replaced based on the received information and replaces the battery. Information on whether replacement is necessary can be transmitted to the battery exchange station 1000.
  • FIG. 2 is a diagram conceptually showing a battery exchange station according to another embodiment disclosed in this document.
  • the battery exchange station 1000 may include a battery slot unit 100, a battery management device 200, and a charger 300.
  • the battery slot unit 100 can accommodate a plurality of connected batteries 10, 20, 30, and 40.
  • the battery slot unit 100 may include a plurality of battery slots that each accommodate a plurality of connected batteries.
  • the battery slot unit 100 may be connected to the battery management device 200.
  • a plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 accommodated in the battery slot unit 100 may be physically controlled based on a control signal from the battery management device 200.
  • the battery management device 200 may manage and/or control the status and/or operation of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40.
  • the battery management device 200 may manage charging and/or discharging of a plurality of batteries 10, 20, 30, and 40.
  • the battery management device 200 can monitor the voltage, current, temperature, etc. of each of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40.
  • the battery management device 200 may calculate parameters representing the states of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 based on monitored measured values such as voltage, current, and temperature.
  • the battery management device 200 may manage the State of Charge (SOC) and/or State of Health (SOH) of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 used to provide services.
  • the battery management device 200 may receive state of charge (SOC) information for each of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 from the corresponding batteries 10, 20, and 30.
  • SOC state of charge
  • the SOC information represents the current SOC of the battery
  • SOC may mean the state of charge, that is, the remaining capacity ratio, of the battery included in the battery.
  • the battery management device of the battery in question can calculate the remaining capacity ratio by dividing the currently available capacity of the battery by the total capacity of the battery. As an example, the remaining capacity ratio can be calculated as a percentage. According to another embodiment, the battery management device 200 may obtain SOC information by directly calculating the remaining capacity ratio of the battery of the corresponding battery without receiving the SOC information from the battery management device of the corresponding battery.
  • the charger 300 may charge each of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 under the control of the battery management device 200.
  • the charger 300 receives power from an external commercial power source, converts it into a form of power that can be received by a plurality of batteries 10, 20, 30, and 40, and supplies the power to the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40. can be supplied.
  • the charger 300 supplies power until the SOC of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 reaches 100% to charge the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40. You can do it.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a battery management device according to an embodiment disclosed in this document.
  • the battery management device 200 may include a plurality of capacitors C, a plurality of measuring units 210, and a controller 230.
  • the battery management device 200 can measure AC impedance of a plurality of batteries 10, 20, 30, and 40.
  • the battery management device 200 may measure the alternating current impedance of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 using electrochemical impedance spectroscopy.
  • electrochemical impedance spectroscopy can detect impedance, which is a factor that interferes with electrical transfer when a chemical reaction occurs at the electrodes of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40.
  • the battery management device 200 can measure the alternating current impedance spectrum of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 using a non-destructive inspection method using electrochemical impedance spectroscopy.
  • the battery management device 200 When measuring the alternating current impedance of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40, the battery management device 200 measures the inrush current, which is an overcurrent that may occur at the beginning of operation of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40.
  • direct current voltage DC
  • the battery management device 200 connects the capacitor C to the battery to generate a direct current voltage (DC) in the capacitor C, which can be defined as pre-charging, and charging the capacitor C
  • the applied voltage can be defined as the precharging voltage.
  • Each of the plurality of capacitors C may be electrically connected to both ends of at least one battery among the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40. Each of the plurality of capacitors C may be charged by receiving current from the charger 300.
  • the time for generating a direct current voltage by supplying current to a plurality of capacitors (C) can be referred to as precharging time.
  • the plurality of measuring units 210 may measure the impedance of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 to which the plurality of capacitors C are electrically connected, respectively.
  • the plurality of measurement units 210 may be implemented with one measurement unit 210, and the measurement unit 210 can be implemented with 8 battery slots.
  • the impedance of eight batteries each inserted into the battery slot can be measured.
  • the plurality of measurement units 210 may be implemented as two measurement units 210, and the two measurement units 210 ) Each can measure the impedance of four batteries inserted into each of the four battery slots.
  • Each of the plurality of measuring units 210 may be electrically connected to one of the plurality of capacitors C.
  • the plurality of measurement units 210 may be implemented with one measurement unit 210, and the measurement unit 210 can be implemented with 8 battery slots. It can be electrically connected to eight capacitors (C) connected to the battery.
  • the plurality of measurement units 210 may be implemented as two measurement units 210, and the two measurement units 210 ) Each can be electrically connected to four capacitors (C) connected to four batteries.
  • Each of the plurality of measuring units 210 may measure the impedance of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 based on the control signal of the controller 220.
  • the plurality of measuring units 210 may measure the impedance of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 using, for example, electrochemical impedance spectroscopy (EIS).
  • EIS electrochemical impedance spectroscopy
  • the plurality of measuring units 210 measure signals detected from the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 by changing the frequency of the alternating current (AC) power applied to the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40.
  • the alternating current impedance spectrum of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 can be calculated based on the amplitude and phase changes.
  • the controller 220 may apply alternating current to a plurality of capacitors C to perform precharging.
  • the controller 220 can measure the voltage of each of the plurality of capacitors (C).
  • the controller 220 may obtain the voltage of each of the plurality of capacitors (C) from an analog digital converter (ADC) that converts the voltage of each of the plurality of capacitors (C) into a digital signal.
  • ADC analog digital converter
  • the controller 220 may determine whether the voltages of the plurality of capacitors C are within a critical range.
  • the controller 220 may control the impedance measurement of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 of the plurality of measurement units 210 based on whether the voltage of the plurality of capacitors C is within the threshold range. .
  • the controller 220 may determine whether the voltage of each of the plurality of capacitors C is within the critical range of 1.8V ⁇ 5%.
  • the controller 220 When the voltage of each of the plurality of capacitors C is within the threshold range, the controller 220 generates a control signal to measure the impedance of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40, and the plurality of measuring units 210 It can be delivered to .
  • the controller 220 may determine whether the precharging time for precharging the plurality of capacitors C is greater than or equal to the threshold time. For example, when the voltage of each of the plurality of capacitors (C) is outside the critical range of 1.8V ⁇ 5%, the controller 220 determines whether the precharging time of the plurality of capacitors (C) is more than the critical time of 4000ms. You can judge.
  • the controller 220 may re-determine whether the voltage of each of the plurality of capacitors C is within the critical range after a certain period of time has elapsed. The controller 220 may re-determine whether the voltage of each of the plurality of capacitors C is within a critical range up to a critical number of times.
  • the controller 220 may generate abnormal signals for the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 when it re-determines whether the voltage of each capacitor C is within the threshold range up to the threshold number of times. For example, the controller 220 may generate an error signal when it re-determines whether the voltage of each of the plurality of capacitors C is within the threshold range up to three times, which is the threshold number.
  • the controller 220 may continue to precharge the plurality of capacitors C. For example, if the precharging time is less than the threshold time, the controller 220 may continue to precharge the capacitor C until the remaining time T_remain.
  • T_remain the remaining time
  • a refers to the environmental variable, that is, the characteristic value of the capacitor (C).
  • V_max is the maximum charging voltage value of the capacitor (C) and can be, for example, 1.8V.
  • V_adc refers to the voltage value of each capacitor (C) obtained from the analog-to-digital converter.
  • T_adc refers to the precharging time for precharging a plurality of capacitors (C).
  • V_init refers to the voltage values of the plurality of capacitors (C) when precharging starts.
  • the controller 220 may calculate the remaining time (T_remain) based on [Equation 1], and may continue to precharge the plurality of capacitors (C) during the remaining time (T_remain).
  • FIG. 4 is a diagram conceptually showing a battery pack of a vehicle battery system according to an embodiment disclosed in this document.
  • the battery pack 2000 of the vehicle battery system includes a plurality of battery battery modules (M1, M2, M3, M4), a battery management device 200, and a relay ( R) may be included.
  • M1, M2, M3, M4 battery battery modules
  • R relay
  • the battery management device 200 may be implemented as a battery management device of a vehicle battery system.
  • the plurality of battery modules (M1, M2, M3, M4) of the vehicle battery system may include a plurality of battery cells.
  • FIG. 4 there are four battery modules (M1, M2, M3, M4), but the number is not limited to this, and the plurality of battery modules (M1, M2, M3, M4) are n (n is a natural number of 2 or more). ) may be configured to include battery cells.
  • the battery management device 200 of the vehicle battery system may manage and/or control the status and/or operation of the plurality of battery modules M1, M2, M3, and M4.
  • the battery management device 200 may manage and/or control the status and/or operation of a plurality of battery cells included in the plurality of battery modules M1, M2, M3, and M4.
  • the battery management device 200 may manage charging and/or discharging of a plurality of battery modules M1, M2, M3, and M4.
  • the battery management device 200 controls the voltage and current of each of the plurality of battery modules (M1, M2, M3, M4) and/or the plurality of battery cells included in the plurality of battery modules (M1, M2, M3, M4). , temperature, etc. can be monitored. And for monitoring by the battery management device 200, sensors or various measurement modules (not shown) are used in a plurality of battery modules (M1, M2, M3, M4), charge/discharge paths, or a plurality of battery modules (M1, M2, M3). , M4), etc. can be additionally installed in any location.
  • the battery management device 200 can control the operation of the relay (R). For example, the battery management device 200 may short-circuit the relay (R) to supply power to the target device. Additionally, the battery management device 200 may short-circuit the relay R when a charging device is connected to the battery pack 1000.
  • the alternating current impedance of multiple battery modules can be measured.
  • the battery management device 200 may measure the alternating current impedance of the plurality of battery modules M1, M2, M3, and M4 using electrochemical impedance spectroscopy.
  • Each of the plurality of capacitors C may be electrically connected to both ends of at least one battery module among the plurality of battery modules M1, M2, M3, and M4.
  • the plurality of measuring units 210 may measure the impedance of a plurality of battery modules (M1, M2, M3, M4) to which a plurality of capacitors (C) are each electrically connected.
  • Each of the plurality of measuring units 210 may be electrically connected to one of the capacitors C.
  • Each of the plurality of measuring units 210 is connected to a plurality of battery modules based on the control signal of the controller 220.
  • the impedance of (M1, M2, M3, M4) can be measured.
  • the controller 220 may apply alternating current to a plurality of capacitors C to perform precharging.
  • the controller 220 can measure the voltage of each of the plurality of capacitors (C).
  • the controller 220 may obtain the voltage of each of the plurality of capacitors (C) from an analog digital converter (ADC) that converts the voltage of each of the plurality of capacitors (C) into a digital signal. .
  • ADC analog digital converter
  • the controller 220 may determine whether the voltages of the plurality of capacitors C are within a critical range.
  • the controller 220 may control the impedance measurement of the plurality of battery modules (M1, M2, M3, M4) of the plurality of measurement units 210 based on whether the voltage of the plurality of capacitors (C) is within the threshold range. there is.
  • the battery management device 200 is connected to the outside of the battery management device of the existing vehicle battery system and communicates with the battery management device of the vehicle battery system to control the impedance of the plurality of battery modules (M1, M2, M3, M4). can be measured.
  • the battery management device can improve the accuracy of the impedance value of the battery measured using electrochemical impedance spectroscopy by monitoring the voltage values of capacitors connected to the battery.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a method of operating a battery management device according to an embodiment disclosed in this document.
  • a method of operating a battery management device includes precharging a plurality of capacitors by applying current to a plurality of capacitors connected to a plurality of batteries (S101), a plurality of capacitors It may include measuring the voltage of each capacitor (S102) and measuring the impedance of the plurality of batteries based on whether the voltage of each of the plurality of capacitors is within a threshold range (S103).
  • steps S101 to S103 will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4. Since the battery management device 200 may be substantially the same as the battery management device 200 described with reference to FIGS. 1 to 4, it will be briefly described below to avoid duplication of description.
  • each of the plurality of capacitors C may be electrically connected to both ends of at least one battery among the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40.
  • step S101 the controller 220 may apply alternating current to the plurality of capacitors C to precharge them.
  • the controller 220 may measure the voltage of each of the plurality of capacitors (C). In step S102, for example, the controller 220 converts the voltage of each of the plurality of capacitors (C) from an analog digital converter (ADC) that converts the voltage of each of the plurality of capacitors (C) into a digital signal. It can be obtained.
  • ADC analog digital converter
  • step S103 the controller 220 may determine whether the voltages of the plurality of capacitors C are within the critical range.
  • the controller 220 measures the impedance of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 of the plurality of measurement units 210 based on whether the voltage of the plurality of capacitors C is within the threshold range. You can control it.
  • the controller 220 may determine whether the voltage of each of the plurality of capacitors C is within the critical range of 1.8V ⁇ 5%.
  • step S103 when the voltage of each of the plurality of capacitors C is within the threshold range, the controller 220 generates a control signal to measure the impedance of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 to perform the plurality of measurements. It can be delivered to unit 210.
  • each of the plurality of measuring units 210 may measure the impedance of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 based on the control signal from the controller 220.
  • the plurality of measuring units 210 may measure the impedance of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 using, for example, electrochemical impedance spectroscopy (EIS).
  • EIS electrochemical impedance spectroscopy
  • step S103 the plurality of measuring units 210 change the frequency of the alternating current (AC) power applied to the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40.
  • the alternating current impedance spectrum of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 can be calculated based on the amplitude and phase change of the signal detected.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a method of operating a battery management device according to another embodiment disclosed in this document.
  • a method of operating a battery management device includes precharging a plurality of capacitors by applying current to a plurality of capacitors connected to a plurality of batteries (S201), a plurality of capacitors Measuring the voltage of each capacitor (S202), determining whether the voltage of each of the plurality of capacitors is within a critical range (S203), and determining whether the precharging time of the plurality of capacitors is more than the threshold time (S204) , continuing precharging of the plurality of capacitors until a critical time (S205), re-determining whether the voltage of each of the plurality of capacitors is within the threshold range up to a threshold number of times (S206), and outputting a battery abnormality signal (S207) ) and measuring the impedance of the battery (S208).
  • steps S201 to S208 will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4. Since the battery management device 200 may be substantially the same as the battery management device 200 described with reference to FIGS. 1 to 4, it will be briefly described below to avoid duplication of description.
  • each of the plurality of capacitors C may be electrically connected to both ends of at least one battery among the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40.
  • step S201 the controller 220 applies alternating current to a plurality of capacitors (C).
  • the controller 220 may measure the voltage of each of the plurality of capacitors (C).
  • the controller 220 converts the voltage of each of the plurality of capacitors (C) from an analog digital converter (ADC) that converts the voltage of each of the plurality of capacitors (C) into a digital signal. It can be obtained.
  • ADC analog digital converter
  • step S203 the controller 220 may determine whether the voltages of the plurality of capacitors C are within the critical range.
  • step S103 the controller 220 measures the impedance of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 of the plurality of measurement units 210 based on whether the voltage of the plurality of capacitors C is within the threshold range. You can control it.
  • step S203 for example, the controller 220 may determine whether the voltage of each of the plurality of capacitors C is within the critical range of 1.8V ⁇ 5%.
  • step S204 if the voltage of each of the plurality of capacitors C is outside the threshold range, the controller 220 may determine whether the precharging time for precharging the plurality of capacitors C is longer than or equal to the threshold time. For example, in step S204, if the voltage of each of the plurality of capacitors (C) is outside the critical range of 1.8V ⁇ 5%, the precharging time of the plurality of capacitors (C) is greater than or equal to the critical time of 4000 ms. You can determine whether it is recognized or not.
  • step S205 the controller 220 may continue to precharge the plurality of capacitors C when the precharging time is less than the threshold time.
  • step S205 for example, if the precharging time is less than the threshold time, the controller 220 may continue to precharge the capacitor C until the remaining time T remains .
  • the remaining time (T remain ) is explained with reference to [Equation 1] below.
  • a refers to the environmental variable, that is, the characteristic value of the capacitor (C).
  • V_max is the maximum charging voltage value of the capacitor (C) and can be, for example, 1.8V.
  • V_adc refers to the voltage value of each capacitor (C) obtained from the analog-to-digital converter.
  • T_adc refers to the precharging time for precharging a plurality of capacitors (C).
  • V_init refers to the voltage values of the plurality of capacitors (C) when precharging starts.
  • step S205 the controller 220 may calculate the remaining time (T_remain) based on [Equation 1] and continue to precharge the plurality of capacitors (C) for the remaining time (T_remain).
  • step S206 if the precharging time is longer than the critical time, the controller 220 may re-determine whether the voltage of each of the plurality of capacitors C is within the critical range after a certain period of time has elapsed. In step S206, the controller 220 may re-determine whether the voltage of each of the plurality of capacitors C is within a threshold range up to a threshold number of times.
  • step S207 when the controller 220 re-determines whether the voltage of each capacitor C is within the threshold range up to the threshold number of times, it may generate abnormal signals for the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40. .
  • the controller 220 may generate an error signal when it re-determines whether the voltage of each of the plurality of capacitors C is within the threshold range up to three times, which is the threshold number.
  • step S208 when the voltage of each of the plurality of capacitors C is within the threshold range, the controller 220 generates a control signal to measure the impedance of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 to perform the plurality of measurements. It can be delivered to unit 210.
  • each of the plurality of measuring units 210 may measure the impedance of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 based on the control signal from the controller 220.
  • the plurality of measuring units 210 may measure the impedance of the plurality of batteries 10, 20, 30, and 40 using, for example, electrochemical impedance spectroscopy (EIS).
  • EIS electrochemical impedance spectroscopy
  • Figure 7 is a block diagram showing the hardware configuration of a computing system that implements a method of operating a battery management device according to an embodiment disclosed in this document.
  • the computing system 3000 may include an MCU 3100, a memory 3200, an input/output I/F 3300, and a communication I/F 3400. there is.
  • the MCU 3100 executes various programs (for example, a capacitor voltage calculation program) stored in the memory 3200, and processes various data including the SOC and SOH of a plurality of battery cells through these programs, It may be a processor that performs the functions of the battery management device 200 described above with reference to FIG. 1 or a processor that executes the operating method of the battery management device described with reference to FIG. 4 .
  • programs for example, a capacitor voltage calculation program
  • the memory 3200 can store various programs related to calculating the impedance of a plurality of batteries. Additionally, the memory 3200 can store various data such as SOC and SOH data for each battery.
  • the memory 3200 may be a volatile memory or a non-volatile memory.
  • the memory 3200 as a volatile memory may use RAM, DRAM, SRAM, etc.
  • the memory 3200 as a non-volatile memory may be ROM, PROM, EAROM, EPROM, EEPROM, flash memory, etc.
  • the examples of memories 220 listed above are merely examples and are not limited to these examples.
  • the input/output I/F 3300 is an interface that connects input devices such as a keyboard, mouse, and touch panel (not shown) and output devices such as a display (not shown) and the MCU 3100 to transmit and receive data. can be provided.
  • the communication I/F 3300 is a component that can transmit and receive various data with a server, and may be various devices that can support wired or wireless communication. For example, programs or various data for calculating the SOH of a battery cell or determining the target can be transmitted and received from a separately provided external server through the communication I/F 3300.
  • the operating method of the battery protection device may be recorded in the memory 3200 and executed by the MCU 3100.

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Abstract

본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 적어도 하나의 배터리와 각각 연결되는 적어도 하나의 커패시터 및 상기 적어도 하나의 커패시터에 전류를 인가하여 프리차징하고, 상기 적어도 하나의 커패시터 각각의 전압을 측정하고, 상기 적어도 하나의 커패시터의 전압이 임계 범위 이내인지 여부에 기초하여 상기 적어도 하나의 배터리의 임피던스 측정을 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2022년 10월 19일자로 출원된 대한민국 특허출원 제10-2022-0135174호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용을 본 명세서의 일부로서 포함한다.
기술분야
본 문서에 개시된 실시예들은 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 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 있어서 이동 기기의 전원으로 사용되며, 최근에는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
이러한 리튬 이온 배터리의 임피던스를 측정하기 위해서 위해 전기 화학 임피던스 분광법(Electrochemical Impedance Spectroscopy)을 사용할 수 있다. 전기 화학 임피던스 분광법은 배터리의 전극에서 화학 반응을 일으킬 때 전기 전달을 방해하는 요소인 임피던스를 정확하게 산출할 수 있다. 임피던스를 측정하는 한 방법으로 정밀한 션트(Shunt) 저항을 배터리와 직렬로 연결한 후, 교류 전류를 발생시켜 션트 저항 양단의 전압을 측정하고, 배터리 양단의 전압을 측정하여 배터리의 임피던스를 측정할 수 있다. 배터리 양단의 전압을 측정할 때, +쪽과 -쪽을 일정 DC 전압으로 클램핑(Clamping) 해준 후 전압을 측정하기 위해 프리차징(Pre-Charging) 커패시터를 연결할 수 있다. 그런데, 종래의 전기 화학 임피던스 분광법은 배터리에 연결된 프리차징 커패시터들의 전압 값을 모니터링하지 않고 일정 시간의 경과 여부에 기초하여 임피던스를 측정하여 임피던스 값의 정확도가 떨어지는 문제가 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 배터리에 연결된 커패시터들의 전압값을 모니터링하여 전기 화학 임피던스 분광법으로 측정한 배터리의 임피던스 값의 정확도를 개선할 수 있는 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 적어도 하나의 배터리와 각각 연결되는 적어도 하나의 커패시터 및 상기 적어도 하나의 커패시터에 전류를 인가하여 프리차징하고, 상기 적어도 하나의 커패시터 각각의 전압을 측정하고, 상기 적어도 하나의 커패시터의 전압이 임계 범위 이내인지 여부에 기초하여 상기 적어도 하나의 배터리의 임피던스 측정을 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리의 임피던스를 측정하는 적어도 하나의 측정부를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 측정부는 상기 컨트롤러의 제어 신호에 기초하여 상기 배터리의 임피던스를 측정하고, 상기 컨트롤러는 상기 커패시터 각각의 전압이 임계 범위 이내인 경우, 상기 배터리의 임피던스를 측정하는 제어 신호를 생성하여 상기 적어도 하나의 측정부에 전달할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는 상기 커패시터 각각의 전압이 임계 범위 이외인 경우, 상기 적어도 하나의 커패시터를 프리차징한 프리차징 시간의 임계 시간 이상 여부를 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는 상기 커패시터 각각의 전압이 임계 범위 이외인 경우, 상기 커패시터를 프리차징한 프리차징 시간의 임계 시간 이상 여부를 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는 상기 프리차징 시간이 상기 임계 시간 이상인 경우, 상기 커패시터 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부를 재판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는 상기 커패시터 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부를 임계 횟수까지 재판단한 경우, 상기 배터리의 이상 신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는 상기 프리차징 시간이 상기 임계 시간 미만인 경우, 상기 커패시터를 프리차징할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법은 배터리와 연결되는 커패시터에 전류를 인가하여 상기 커패시터를 프리차징(Pre- Charging)하는 단계, 상기 커패시터 각각의 전압을 측정하는 단계 및 상기 커패시터 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부에 기초하여 상기 배터리의 임피던스를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 커패시터 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부에 기초하여 상기 배터리의 임피던스를 측정하는 단계는 상기 커패시터 각각의 전압이 임계 범위 이내인 경우, 상기 배터리의 임피던스를 측정하는 제어 신호를 생성하여 상기 적어도 하나의 커패시터에 전달할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 커패시터 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부에 기초하여 상기 배터리의 임피던스를 측정하는 단계는 상기 커패시터 각각의 전압이 임계 범위 이외인 경우, 상기 커패시터를 프리차징한 프리차징 시간의 임계 시간 이상 여부를 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 커패시터를 프리차징한 프리차징 시간의 임계 시간 이상 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 커패시터를 프리차징한 프리차징 시간의 임계 시간 이상 여부를 판단하는 단계는 상기 프리차징 시간이 상기 임계 시간 이상인 경우, 상기 커패시터 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부를 재판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 커패시터를 프리차징한 프리차징 시간의 임계 시간 이상 여부를 판단하는 단계는 상기 커패시터 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부를 임계 횟수까지 재판단한 경우, 상기 배터리의 이상 신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 커패시터를 프리차징한 프리차징 시간의 임계 시간 이상 여부를 판단하는 단계는 상기 프리차징 시간이 상기 임계 시간 미만인 경우, 상기 커패시터를 프리차징하는 제어 신호를 생성하여 상기 적어도 하나의 커패시터에 전달할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은 배터리에 연결된 커패시터들의 전압값을 모니터링하여 전기 화학 임피던스 분광법으로 측정한 배터리의 임피던스 값의 정확도를 개선할 수 있다.
또한, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은 배터리의 수명을 안정적으로 관리할 수 있다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 교환 스테이션을 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 문서에 개시된 다른 실시예에 따른 배터리 교환 스테이션을 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 보여주는 블록도이다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 팩을 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 문서에 개시된 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 7은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 구현하는 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 본 문서에 개시된 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 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 교환 스테이션을 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 교환 스테이션(BSS; Battery Swapping System, 1000)은 배터리의 분석, 평가, 충전, 교환 등의 배터리에 대한 전반적인 관리 서비스를 제공할 수 있으며, 본 개시에서는 배터리 교환 서비스를 중심으로 배터리 교환 스테이션(1000)의 기능을 설명하기로 한다. 여기서 배터리 교환 서비스는 서비스 대상이 되는 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 상태를 분석하고, 분석 결과에 따라 배터리(10, 20, 30, 40)를 다른 배터리(10, 20, 30, 40)로 교환하는 서비스를 의미할 수 있다. 이러한 교환은 관리자 및/또는 사용자의 설정에 의해 자동적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 배터리 교환 스테이션(1000)은 사용자로부터 반납되는 배터리(10, 20, 30, 40)를 회수하고, 기 충전된 다른 배터리(10, 20, 30, 40)를 사용자에게 제공함으로써, 사용자에게 배터리 교환 서비스를 제공할 수 있다.
여기서 배터리(10, 20, 30, 40)는 대상 장치(예를 들어, EV(electrical vehicle), 전동 스쿠터, 전동 자전거 등의 전동식 이동 수단)에 장착되어 대상 장치의 구동을 위한 전원을 공급하는 장치로서, 배터리 팩(Battery Pack)의 형태로 구현될 수 있다. 배터리 팩은 전력을 저장하는 배터리와 배터리의 동작을 제어하는 배터리 관리 장치(BMS, Battery Management System)를 포함할 수 있다. 배터리는 배터리 관리 장치의 제어에 따라 전력을 저장하는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 배터리 셀은 전기 에너지를 충방전하여 사용할 수 있는 배터리의 기본 단위로, 리튬이온(Li-ion) 전지, 리튬이온 폴리머(Li-ion polymer) 전지, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈 수소(Ni-MH) 전지 등일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 배터리 관리 장치는 배터리의 충전 및 방전을 제어할 수 있고, 일 실시예에 따라 외부의 요청에 따라 배터리의 상태 분석의 기초가 되는 데이터를 수집하여 외부로 전달할 수 있다.
이하에서 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)는 배터리 팩의 형태로 구현되는 것으로 가정하여 설명한다. 한편, 도 1에서는 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)가 4개인 것으로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리는 n(n은 2이상의 자연수)개의 배터리로 구성될 수 있다.
실시예에 따라, 배터리 교환 스테이션(1000)은 배터리 교환 서비스가 제공되는 서비스 스테이션에 배치되거나 서비스 스테이션과 별도의 공간에 배치될 수 있다.
배터리 교환 스테이션(1000)은 접속되는 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)에 대해 상태 분석을 진행하고, 상태 분석의 결과에 따라 배터리(10, 20, 30)를 다른 배터리(10, 20, 30)로 교환하거나 재사용(즉, 교환하지 않음)할 수 있다. 배터리 교환 스테이션(1000)은 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)에 대한 상태 분석 및/또는 배터리(10, 20, 30)의 교환 필요 여부에 대한 판단을 자체적으로 수행할 수도 있으나, 다른 실시예에 따라 적어도 일부의 동작은 네트워크(network)로 연결되는 서버(예컨대, 클라우드 서버)와 연계하여 수행될 수 있다. 일 예로, 배터리 교환 스테이션(1000)은 클라우드 서버로 배터리의 교환 필요 여부에 대한 판단의 기초가 되는 정보를 전송하고, 클라우드 서버가 수신된 정보를 기초로 배터리의 교환 필요 여부에 대해 판단하여 배터리의 교환 필요 여부에 대한 정보를 배터리 교환 스테이션(1000)으로 전송할 수 있다.
도 2는 본 문서에 개시된 다른 실시예에 따른 배터리 교환 스테이션을 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 배터리 교환 스테이션(1000)은 배터리 슬롯부(100), 배터리 관리 장치(200) 및 충전기(300)를 포함할 수 있다.
배터리 슬롯부(100)는 접속된 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)를 수용할 수 있다. 배터리 슬롯부(100)는 접속된 복수의 배터리 각각을 수용하는 복수의 배터리 슬롯을 포함할 수 있다. 배터리 슬롯부(100)는 배터리 관리 장치(200)와 연결될 수 있다. 배터리 슬롯부(100)에 수용된 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)는 배터리 관리 장치(200)의 제어 신호에 기초하여 물리적으로 제어될 수 있다,
배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 상태 및/또는 동작을 관리 및/또는 제어할 수 있다. 배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 충전 및/또는 방전을 관리할 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리(10, 20, 30, 40) 각각의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링 할 수 있다. 배터리 관리 장치(200)는 모니터링한 전압, 전류, 온도 등의 측정값에 기초하여 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 상태를 나타내는 파라미터를 산출할 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는 서비스 제공에 이용되는 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 SOC(State of Charge) 및/또는 SOH(State of Health)를 관리할 수 있다. 배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)각각의 SOC(state of charge) 정보를 해당 배터리(10, 20, 30)로부터 수신할 수 있다. 여기서, SOC 정보는 해당 배터리의 현재 SOC를 나타내며, SOC는 해당 배터리에 포함된 배터리의 충전 상태 즉 잔존 용량 비율을 의미할 수 있다.
해당 배터리의 배터리 관리 장치는 배터리의 현재 사용 가능한 용량을 배터리의 전체 용량으로 나누어 잔존 용량 비율을 산출할 수 있다. 일 예로, 잔존 용량 비율은 백분율로 산출될 수 있다. 다른 실시예에 따라, 배터리 관리 장치(200)는 해당 배터리의 배터리 관리 장치로부터 SOC 정보를 수신하지 않고 직접 해당 배터리의 배터리에 대한 잔존 용량 비율을 산출하여 SOC 정보를 획득할 수도 있다.
충전기(300)는 배터리 관리 장치(200)의 제어에 따라 복수의 배터리(10, 20, 30, 40) 각각을 충전할 수 있다. 충전기(300)는 외부의 상용 전원으로부터 전원을 공급받아 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)가 수신할 수 있는 전원 형태로 변환하여 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)로 전원을 공급할 수 있다. 일 실시예에 따라, 충전기(300)는 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 SOC가 100%가 될 때까지 전원을 공급하여 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)를 완충시킬 수 있다.
이하에서는 배터리 관리 장치(200)의 구성 및 동작에 대하여 도 3을 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 보여주는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 배터리 관리 장치(200)는 복수의 커패시터(C), 복수의 측정부(210) 및 컨트롤러(230)를 포함할 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 교류 임피던스를 측정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는 전기 화학 임피던스 분광법(Electrochemical Impedance Spectroscopy)을 이용하여 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 교류 임피던스를 측정할 수 있다. 여기서 전기 화학 임피던스 분광법은 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 전극에서 화학적 반응을 일으킬 때 전기 전달을 방해하는 요소인 임피던스를 검출할 수 있다. 배터리 관리 장치(200)는 전기 화학 임피던스 분광법을 이용하여 비파괴적 검사 방법으로 복수의 배터리(10, 20, 30, 40) 의 교류 임피던스 스팩트럼을 측정할 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리(10, 20, 30, 40) 의 교류 임피던스를 측정할 때, 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 구동 초기에 발생할 수 있는 과전류인 돌입 전류(Inrush current)를 방지하기 위해 배터리에 커패시터(C)를 연결시켜 직류 전압(DC)을 생성할 수 있다. 여기서 배터리 관리 장치(200)가 배터리에 커패시터(C)를 연결시켜 커패시터(C)에 직류 전압(DC)을 생성한 것을 프리차징(Pre-charging) 으로 정의할 수 있고, 커패시터(C)에 충전된 전압을 프리차징 전압으로 정의할 수 있다.
복수의 커패시터(C) 각각은 복수의 배터리(10, 20, 30, 40) 중 적어도 하나의 배터리의 양단과 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 커패시터(C) 각각은 충전기(300)로부터 전류가 공급되어 충전될 수 있다. 복수의 커패시터(C)에 전류를 공급하여 직류 전압을 생성하는 시간을 프리차징 시간이라 할 수 있다.
복수의 측정부(210)는 복수의 커패시터(C)가 각각 전기적으로 연결된 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 임피던스를 측정할 수 있다.
예를 들어, 배터리 교환 스테션(1000)에 8개의 배터리 슬롯이 구비된 경우, 복수의 측정부(210)는 1개의 측정부(210)로 구현될 수 있으며, 측정부(210)는 8개의 배터리 슬롯에 각각 투입된 8개의 배터리의 임피던스를 측정할 수 있다.
또한, 예를 들어, 배터리 교환 스테션(1000)에 8개의 배터리 슬롯이 구비된 경우, 복수의 측정부(210)는 2개의 측정부(210)로 구현될 수 있으며, 2개의 측정부(210) 각각은 4개의 배터리 슬롯에 각각 투입된 4개의 배터리의 임피던스를 측정할 수 있다.
복수의 측정부(210) 각각은 복수의 커패시터(C) 중 어느 하나의 커패시터와 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 배터리 교환 스테션(1000)에 8개의 배터리 슬롯이 구비된 경우, 복수의 측정부(210)는 1개의 측정부(210)로 구현될 수 있으며, 측정부(210)는 8개의 배터리에 연결된 8개의 커패시터(C)와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 예를 들어, 배터리 교환 스테션(1000)에 8개의 배터리 슬롯이 구비된 경우, 복수의 측정부(210)는 2개의 측정부(210)로 구현될 수 있으며, 2개의 측정부(210) 각각은 4개의 배터리에 연결된 4개의 커패시터(C)와 전기적으로 연결될 수 있다.
복수의 측정부(210) 각각은 컨트롤러(220)의 제어 신호에 기초하여 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 임피던스를 측정할 수 있다. 복수의 측정부(210)는 예를 들어, 전기 화학 임피던스 분광법(EIS)을 이용하여 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 임피던스를 측정할 수 있다.
복수의 측정부(210)는 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)에 인가하는 교류(AC) 전원의 주파수를 변경함에 따라 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)에서 검출되는 신호의 진폭과 위상 변화에 기초하여 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 교류 임피던스 스팩트럼을 연산할 수 있다.
컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C)에 교류 전류를 인가하여 프리차징할 수 있다. 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압을 측정할 수 있다.
예를 들어, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압을 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지터 컨버터(ADC, Analog Digital Converter)로부터 복수의 커패시터(C) 각각의 전압을 획득할 수 있다.
컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C)의 전압이 임계 범위 이내인지 여부를 판단할 수 있다. 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C)의 전압이 임계 범위 이내인지 여부에 기초하여 복수의 측정부(210)의 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 임피던스 측정을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압이 임계 범위인 1.8V±5% 이내인지 여부를 판단할 수 있다.
컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압이 임계 범위 이내인 경우, 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 임피던스를 측정하는 제어 신호를 생성하여 복수의 측정부(210)에 전달할 수 있다.
컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압이 임계 범위 이외인 경우, 복수의 커패시터(C)를 프리차징한 프리차징 시간의 임계 시간 이상 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압이 임계 범위인 1.8V±5% 이외인 경우, 복수의 커패시터(C)의 프리차징 시간이 임계 시간인 4000ms 이상인지 여부를 판단할 수 있다.
컨트롤러(220)는 프리차징 시간이 임계 시간 이상인 경우, 일정 시간이 지난 후, 복수의 커패시터(C) 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부를 재판단할 수 있다. 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부를 임계 횟수까지 재판단할 수 있다.
컨트롤러(220)는 커패시터(C) 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부를 임계 횟수까지 재판단한 경우, 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 이상 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(220) 는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부를 임계 횟수인 3회까지 재판단한 경우, 에러 신호를 생성할 수 있다.
컨트롤러(220)는 프리차징 시간이 임계 시간 미만인 경우, 복수의 커패시터(C)를 계속 프리차징할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(220)는 프리차징 시간이 임계 시간 미만인 경우, 커패시터(C)를 잔여 시간(T_remain)까지 계속 프리차징할 수 있다. 여기서 잔여 시간(T_remain)은 아래의 [수학식 1]을 참고하여 설명한다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2023013096-appb-img-000001
여기서 a는 환경 변수, 즉 커패시터(C)의 특성 값을 의미한다. V_max는 커패시터(C)의 최대 충전 전압값으로 예를 들어, 1.8V가 될 수 있다. V_adc는 아날로그 디지털 컨버터로부터 획득한 커패시터(C) 각각의 전압값을 의미한다. 또한 여기서 T_adc는 복수의 커패시터(C)를 프리차징한 프리차징 시간을 의미한다. V_init는 프리차징을 시작할 때의 복수의 커패시터(C)의 전압값을 의미한다.
컨트롤러(220)는 [수학식 1]에 기초하여 잔여 시간(T_remain)을 산출할 수 있고, 복수의 커패시터(C)를 잔여 시간(T_remain)동안 계속 프리차징할 수 있다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 차량 배터리 시스템의 배터리 팩을 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 차량 배터리 시스템의 배터리 팩(2000)은 복수의 배터리 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4), 배터리 관리 장치(200), 및 릴레이(R)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 배터리 관리 장치(200)는 차량 배터리 시스템의 배터리 관리 장치로 구현될 수 있다.
차량 배터리 시스템의 복수의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4)은 복수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 도 4에서는 복수의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4)이 4개인 것으로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4)은 n(n은 2이상의 자연수)개의 배터리 셀들을 포함하여 구성될 수 있다.
차량 배터리 시스템의 배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4)의 상태 및/또는 동작을 관리 및/또는 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4)에 포함된 복수의 배터리 셀들의 상태 및/또는 동작을 관리 및/또는 제어할 수 있다. 배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4)의 충전 및/또는 방전을 관리할 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4) 및/또는 복수의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4)에 포함된 복수의 배터리 셀들 각각의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링 할 수 있다. 그리고 배터리 관리 장치(200)에 의한 모니터링을 위해 도시하지 않은 센서나 각종 측정 모듈이 복수의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4)이나 충방전 경로, 또는 복수의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4) 등의 임의의 위치에 추가로 설치될 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는 릴레이(R)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는 대상 장치에 전원을 공급하기 위해 릴레이(R)를 단락시킬 수 있다. 또한, 배터리 관리 장치(200)는 배터리 팩(1000)에 충전 장치가 연결되는 경우 릴레이(R)를 단락시킬 수 있다.
복수의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4)의 교류 임피던스를 측정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는 전기 화학 임피던스 분광법(Electrochemical Impedance Spectroscopy)을 이용하여 복수의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4)의 교류 임피던스를 측정할 수 있다.
복수의 커패시터(C) 각각은 복수의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4) 중 적어도 하나의 배터리 모듈의 양단과 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 측정부(210)는 복수의 커패시터(C)가 각각 전기적으로 연결된 복수의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4)의 임피던스를 측정할 수 있다. 복수의 측정부(210) 각각은 복수의 커패시터(C) 중 어느 하나의 커패시터와 전기적으로 연결될 수 있다, 복수의 측정부(210) 각각은 컨트롤러(220)의 제어 신호에 기초하여 복수의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4)의 임피던스를 측정할 수 있다.
컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C)에 교류 전류를 인가하여 프리차징할 수 있다. 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압을 측정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압을 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지터 컨버터(ADC, Analog Digital Converter)로부터 복수의 커패시터(C) 각각의 전압을 획득할 수 있다.
컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C)의 전압이 임계 범위 이내인지 여부를 판단할 수 있다. 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C)의 전압이 임계 범위 이내인지 여부에 기초하여 복수의 측정부(210)의 복수의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4)의 임피던스 측정을 제어할 수 있다.
실시예에 따라, 배터리 관리 장치(200)는 기존 차량 배터리 시스템의 배터리 관리 장치 외부에 연결되어 차량 배터리 시스템의 배터리 관리 장치와 통신을 통해 복수의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4)의 임피던스를 측정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리에 연결된 커패시터들의 전압값을 모니터링하여 전기 화학 임피던스 분광법을 이용하여 측정한 배터리의 임피던스 값의 정확도를 개선할 수 있다.
도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법은 복수의 배터리와 연결되는 복수의 커패시터에 전류를 인가하여 복수의 커패시터를 프리차징하는 단계(S101), 복수의 커패시터 각각의 전압을 측정하는 단계(S102) 및 복수의 커패시터 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부에 기초하여 복수의 배터리의 임피던스를 측정하는 단계(S103)를 포함할 수 있다.
이하에서 S101 단계 내지 S103 단계를 도 1 내지 도 4를 참조하여 구체적으로 설명된다. 배터리 관리 장치(200)는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 배터리 관리 장치(200)와 실질적으로 동일할 수 있으므로, 이하에서는 설명의 중복을 피하기 위하여 간략히 설명한다.
S101 단계에서, 복수의 커패시터(C) 각각은 복수의 배터리(10, 20, 30, 40) 중 적어도 하나의 배터리의 양단과 전기적으로 연결될 수 있다.
S101 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C)에 교류 전류를 인가하여 프리차징할 수 있다.
S102 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압을 측정할 수 있다. S102 단계에서, 예를 들어, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압을 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지터 컨버터(ADC, Analog Digital Converter)로부터 복수의 커패시터(C) 각각의 전압을 획득할 수 있다.
S103 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C)의 전압이 임계 범위 이내인지 여부를 판단할 수 있다. S103 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C)의 전압이 임계 범위 이내인지 여부에 기초하여 복수의 측정부(210)의 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 임피던스 측정을 제어할 수 있다. S103 단계에서, 예를 들어, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압이 임계 범위인 1.8V±5% 이내인지 여부를 판단할 수 있다.
S103 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압이 임계 범위 이내인 경우, 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 임피던스를 측정하는 제어 신호를 생성하여 복수의 측정부(210)에 전달할 수 있다.
S103 단계에서, 복수의 측정부(210) 각각은 컨트롤러(220)의 제어 신호에 기초하여 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 임피던스를 측정할 수 있다. S103 단계에서, 복수의 측정부(210)는 예를 들어, 전기 화학 임피던스 분광법(EIS)을 이용하여 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 임피던스를 측정할 수 있다.
S103 단계에서, 복수의 측정부(210)는 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)에 인가하는 교류(AC) 전원의 주파수를 변경함에 따라 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)에서 검출되는 신호의 진폭과 위상 변화에 기초하여 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 교류 임피던스 스팩트럼을 연산할 수 있다.
도 6은 본 문서에 개시된 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법은 복수의 배터리와 연결되는 복수의 커패시터에 전류를 인가하여 복수의 커패시터를 프리차징하는 단계(S201), 복수의 커패시터 각각의 전압을 측정하는 단계(S202), 복수의 커패시터 각각의 전압의 임계 범위 이내 여부를 판단하는 단계(S203), 복수의 커패시터의 프리차징 시간의 임계 시간 이상 여부를 판단하는 단계(S204), 복수의 커패시터의 프리차징을 임계 시간까지 지속하는 단계(S205), 복수의 커패시터 각각의 전압의 임계 범위 이내 여부를 임계 횟수까지 재판단하는 단계(S206), 배터리 이상 신호를 출력하는 단계(S207) 및 배터리의 임피던스를 측정하는 단계(S208)를 포함할 수 있다.
이하에서 S201 단계 내지 S208 단계를 도 1 내지 도 4를 참조하여 구체적으로 설명된다. 배터리 관리 장치(200)는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 배터리 관리 장치(200)와 실질적으로 동일할 수 있으므로, 이하에서는 설명의 중복을 피하기 위하여 간략히 설명한다.
S201 단계에서, 복수의 커패시터(C) 각각은 복수의 배터리(10, 20, 30, 40) 중 적어도 하나의 배터리의 양단과 전기적으로 연결될 수 있다.
S201 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C)에 교류 전류를 인가하
S202 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압을 측정할 수 있다. S102 단계에서, 예를 들어, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압을 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지터 컨버터(ADC, Analog Digital Converter)로부터 복수의 커패시터(C) 각각의 전압을 획득할 수 있다.
S203 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C)의 전압이 임계 범위 이내인지 여부를 판단할 수 있다. S103 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C)의 전압이 임계 범위 이내인지 여부에 기초하여 복수의 측정부(210)의 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 임피던스 측정을 제어할 수 있다. S203 단계에서, 예를 들어, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압이 임계 범위인 1.8V±5% 이내인지 여부를 판단할 수 있다.
S204 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압이 임계 범위 이외인 경우, 복수의 커패시터(C)를 프리차징한 프리차징 시간의 임계 시간 이상 여부를 판단할 수 있다. S204 단계에서 예를 들어, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압이 임계 범위인 1.8V±5% 이외인 경우, 복수의 커패시터(C)의 프리차징 시간이 임계 시간인 4000ms 이상인지 여부를 판단할 수 있다.
S205 단계에서, 컨트롤러(220)는 프리차징 시간이 임계 시간 미만인 경우, 복수의 커패시터(C)를 계속 프리차징할 수 있다. S205 단계에서, 예를 들어, 컨트롤러(220)는 프리차징 시간이 임계 시간 미만인 경우, 커패시터(C)를 잔여 시간(Tremain)까지 계속 프리차징할 수 있다. 여기서 잔여 시간(Tremain)은 아래의 [수학식 1]을 참고하여 설명한다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2023013096-appb-img-000002
여기서 a는 환경 변수, 즉 커패시터(C)의 특성 값을 의미한다. V_max는 커패시터(C)의 최대 충전 전압값으로 예를 들어, 1.8V가 될 수 있다. V_adc는 아날로그 디지털 컨버터로부터 획득한 커패시터(C) 각각의 전압값을 의미한다. 또한 여기서 T_adc는 복수의 커패시터(C)를 프리차징한 프리차징 시간을 의미한다. V_init는 프리차징을 시작할 때의 복수의 커패시터(C)의 전압값을 의미한다.
S205 단계에서, 컨트롤러(220)는 [수학식 1]에 기초하여 잔여 시간(T_remain)을 산출할 수 있고, 복수의 커패시터(C)를 잔여 시간(T_remain)동안 계속 프리차징할 수 있다.
S206 단계에서, 컨트롤러(220)는 프리차징 시간이 임계 시간 이상인 경우, 일정 시간이 지난 후, 복수의 커패시터(C) 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부를 재판단할 수 있다. S206 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부를 임계 횟수까지 재판단할 수 있다.
S207 단계에서, 컨트롤러(220)는 커패시터(C) 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부를 임계 횟수까지 재판단한 경우, 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 이상 신호를 생성할 수 있다. S207 단계에서, 예를 들어, 컨트롤러(220) 는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부를 임계 횟수인 3회까지 재판단한 경우, 에러 신호를 생성할 수 있다.
S208 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 커패시터(C) 각각의 전압이 임계 범위 이내인 경우, 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 임피던스를 측정하는 제어 신호를 생성하여 복수의 측정부(210)에 전달할 수 있다.
S208 단계에서, 복수의 측정부(210) 각각은 컨트롤러(220)의 제어 신호에 기초하여 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 임피던스를 측정할 수 있다. S208 단계에서, 복수의 측정부(210)는 예를 들어, 전기 화학 임피던스 분광법(EIS)을 이용하여 복수의 배터리(10, 20, 30, 40)의 임피던스를 측정할 수 있다.
도 7은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 구현하는 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템(3000)은 MCU(3100), 메모리(3200), 입출력 I/F(3300) 및 통신 I/F(3400)를 포함할 수 있다.
MCU(3100)는 메모리(3200)에 저장되어 있는 각종 프로그램(예를 들면, 커패시터 전압 산출 프로그램)을 실행시키고, 이러한 프로그램들을 통해 복수의 배터리 셀의 SOC, SOH 등을 포함한 각종 데이터를 처리하며, 전술한 도 1을 참조하여 설명한 배터리 관리 장치(200)의 기능들을 수행하도록 하는 프로세서 또는 도 4를 참조하여 설명한 배터리 관리 장치의 동작 방법을 실행하는 프로세서일 수 있다.
메모리(3200)는 복수의 배터리의 임피던스 산출에 관한 각종 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(3200)는 배터리 각각의 SOC, SOH 데이터 등 각종 데이터를 저장할 수 있다.
이러한 메모리(3200)는 필요에 따라서 복수 개 마련될 수도 있을 것이다. 메모리(3200)는 휘발성 메모리일 수도 있으며 비휘발성 메모리일 수 있다. 휘발성 메모리로서의 메모리(3200)는 RAM, DRAM, SRAM 등이 사용될 수 있다. 비휘발성 메모리로서의 메모리(3200)는 ROM, PROM, EAROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리 등이 사용될 수 있다. 상기 열거한 메모리(220)들의 예를 단지 예시일 뿐이며 이들 예로 한정되는 것은 아니다.
입출력 I/F(3300)는, 키보드, 마우스, 터치 패널 등의 입력 장치(미도시)와 디스플레이(미도시) 등의 출력 장치와 MCU(3100) 사이를 연결하여 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 인터페이스를 제공할 수 있다.
통신 I/F(3300)는 서버와 각종 데이터를 송수신할 수 있는 구성으로서, 유선 또는 무선 통신을 지원할 수 있는 각종 장치일 수 있다. 예를 들면, 통신 I/F(3300)를 통해 별도로 마련된 외부 서버로부터 배터리 셀의 SOH 산출이나 대상의 판정을 위한 프로그램이나 각종 데이터 등을 송수신할 수 있다.
이와 같이, 본 문서에 개시된 일 실시 예에 따른 배터리 보호 장치의 동작 방법은 메모리(3200)에 기록되고, MCU(3100)에 의해 실행될 수 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.
[부호의 설명]
10, 20, 30, 40: 복수의 배터리
1000: 배터리 교환 스테이션
100: 배터리 슬롯부
200: 배터리 관리 장치
C: 커패시터
210: 측정부
220: 컨트롤러
300: 충전기
2000: 배터리 팩
R: 릴레이
M1, M2, M3, M4: 배터리 모듈
3000: 컴퓨팅 시스템
3100: MCU
3200: 메모리
3300: 입출력 I/F
3400: 통신 I/F

Claims (14)

  1. 적어도 하나의 배터리와 각각 연결되는 적어도 하나의 커패시터; 및
    상기 적어도 하나의 커패시터에 전류를 인가하여 프리차징하고, 상기 적어도 하나의 커패시터 각각의 전압을 측정하고, 상기 적어도 하나의 커패시터의 전압이 임계 범위 이내인지 여부에 기초하여 상기 적어도 하나의 배터리의 임피던스 측정 을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리의 임피던스를 측정하는 적어도 하나의 측정부를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 측정부는 상기 컨트롤러의 제어 신호에 기초하여 상기 배터리의 임피던스를 측정하고,
    상기 컨트롤러는 상기 커패시터 각각의 전압이 임계 범위 이내인 경우, 상기 배터리의 임피던스를 측정하는 제어 신호를 생성하여 상기 적어도 하나의 측정부에 전달하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 커패시터 각각의 전압이 임계 범위 이외인 경우, 상기 적어도 하나의 커패시터를 프리차징한 프리차징 시간의 임계 시간 이상 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 커패시터 각각의 전압이 임계 범위 이외인 경우, 상기 커패시터를 프리차징한 프리차징 시간의 임계 시간 이상 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 프리차징 시간이 상기 임계 시간 이상인 경우, 상기 커패시터 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부를 재판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 커패시터 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부를 임계 횟수까지 재판단한 경우, 상기 배터리의 이상 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 프리차징 시간이 상기 임계 시간 미만인 경우, 상기 커패시터를 프리차징하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 배터리와 연결되는 커패시터에 전류를 인가하여 상기 커패시터를 프리차징(Pre- Charging)하는 단계;
    상기 커패시터 각각의 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 커패시터 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부에 기초하여 상기 배터리의 임피던스를 측정하는 단계를 포함하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 커패시터 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부에 기초하여 상기 배터리의 임피던스를 측정하는 단계는
    상기 커패시터 각각의 전압이 임계 범위 이내인 경우, 상기 배터리의 임피던스를 측정하는 제어 신호를 생성하여 상기 적어도 하나의 커패시터에 전달하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 커패시터 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부에 기초하여 상기 배터리의 임피던스를 측정하는 단계는
    상기 커패시터 각각의 전압이 임계 범위 이외인 경우, 상기 커패시터를 프리차징한 프리차징 시간의 임계 시간 이상 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 커패시터를 프리차징한 프리차징 시간의 임계 시간 이상 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 커패시터를 프리차징한 프리차징 시간의 임계 시간 이상 여부를 판단하는 단계는
    상기 프리차징 시간이 상기 임계 시간 이상인 경우, 상기 커패시터 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부를 재판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 커패시터를 프리차징한 프리차징 시간의 임계 시간 이상 여부를 판단하는 단계는
    상기 커패시터 각각의 전압의 임계 범위 이내인지 여부를 임계 횟수까지 재판단한 경우, 상기 배터리의 이상 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 커패시터를 프리차징한 프리차징 시간의 임계 시간 이상 여부를 판단하는 단계는
    상기 프리차징 시간이 상기 임계 시간 미만인 경우, 상기 커패시터를 프리차징하는 제어 신호를 생성하여 상기 적어도 하나의 커패시터에 전달하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
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