WO2024106668A1

WO2024106668A1 - 배터리 충전 제어 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 시스템

Info

Publication number: WO2024106668A1
Application number: PCT/KR2023/009736
Authority: WO
Inventors: 김태수
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2022-11-15
Filing date: 2023-07-10
Publication date: 2024-05-23
Also published as: KR20240070995A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 제어 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 시스템은, 충전하고자 하는 배터리의 충전 상태 정보에 따라, 해당 구간에 속하는 기정의된 충전 전류의 크기로 배터리를 충전하고, 충전 도중 배터리의 전압이 기정의된 임계 값에 도달할 경우, 다음 구간의 충전 전류의 크기로 하향 조정하여 배터리를 충전하며, 배터리가 완충될 때까지 배터리의 충전 상태 정보가 아닌, 실시간 전압 정보에 기초하여 구간별 충전 전류의 크기를 결정하여 배터리를 충전함으로써, 급속 충전에 따른 리튬 석출 및 배터리의 퇴화를 방지함과 동시에, 충전 시간이 단축될 수 있다.

Description

배터리 충전 제어 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 시스템

본 출원은, 2022년 11월 15일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2022-0152598호의 출원일의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 배터리 충전 제어 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 배터리의 충전 상태 정보 및 배터리의 전압 값을 바탕으로 배터리를 충전하기 위한 충전 전류의 크기를 제어하는 배터리 충전 제어 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것이다.

화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격이 상승하고, 환경오염에 대한 관심이 증폭되면서 친환경 대체 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다.

이러한 이차전지는 반복적인 충전과 재생이 가능한 점에서, 오늘날 환경 규제 및 고유가 이슈에 대한 대응책으로 모바일, 노트북 등의 소형 기기에서부터 자동차, 로봇, 에너지 저장 장치 등 대형 산업 분야에 적용되고 있다.

이차전지 중에서도 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 없고 자가 방전율이 낮으며 에너지 밀도가 높다는 등의 장점으로 인해 각광을 받고 있다.

종래에는 리튬 배터리의 사용 빈도가 증가함에 따라, 배터리의 신속한 충전을 위한 급속 충전 기술이 소개되고 있다.

종래의 급속 충전 기술은, 급속 충전 맵을 이용하여, 충전하고자 하는 배터리의 온도 및 충전 상태(State of Charge, SOC)를 기준으로 급속 충전을 위한 충전 전류의 크기 정보를 획득하여, 배터리를 급속 충전하는 방식이 있다.

그러나, 종래의 급속 충전 맵에서는 충전하고자 하는 배터리의 전압 상태를 고려하지 않으므로, 배터리의 퇴화가 진행되어 효율이 저하되는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 배터리 충전 제어 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 배터리 충전 제어 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 배터리 충전 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 충전을 제어하는 배터리 충전 제어 장치는, 메모리 및 상기 메모리 내 저장된 적어도 하나의 명령을 수행하는 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 명령은, 충전하고자 하는 배터리의 충전 상태 정보(State Of Charge, SOC)를 모니터링하도록 하는 명령, 상기 배터리의 충전 상태 정보(SOC)에 기초하여 기정의된 충전 전류 값에 따라 상기 배터리가 충전되도록 하는 명령, 상기 배터리의 충전 과정에서 상기 배터리의 전압 값이 기설정된 임계 값에 도달할 경우, 상기 충전 상태 정보(SOC)와 무관하게, 상기 배터리의 전압 값에 기초하여 상기 충전 전류 값을 결정하도록 하는 명령, 및 상기 결정된 충전 전류 값에 따라 상기 배터리가 충전되도록 하는 명령을 포함한다.

이때, 상기 기정의된 충전 전류 값에 따라 상기 배터리가 충전되도록 하는 명령은, 상기 배터리의 SOC가 속하는 제N 구간을 확인하도록 하는 명령 및 상기 제N 구간에 대응되어 저장된 충전 전류 값으로 상기 배터리가 충전되도록 하는 명령을 포함할 수 있다.

여기서, 제N 구간에 대응되는 충전 전류의 값은, 제N-1 구간에 대응되는 충전 전류의 값보다 작은 값으로 정의될 수 있다.

한편, 상기 충전 전류 값을 결정하도록 하는 명령은, 상기 배터리의 전압 값이 상기 제N 구간에 대응되어 저장된 전압 임계 값에 도달하는지의 여부를 모니터링 하는 명령을 포함할 수 있다.

이때, 상기 충전 전류 값을 결정하도록 하는 명령은, 상기 배터리의 전압 값이 상기 제N 구간에 대응되는 상기 전압 임계 값에 도달하면, 제N+1 구간에 대응되어 저장된 충전 전류 값을 배터리 충전을 위한 충전 전류 값으로 결정하는 명령을 포함할 수 있다.

여기서, 제N 구간에 대응되는 상기 전압 임계 값은 제N-1 구간에 대응되는 상기 전압 임계 값보다 큰 값으로 정의될 수 있다.

한편, 적어도 하나의 명령은, 상기 배터리 전압 값이 마지막 구간의 전압 임계 값에 도달할 경우, 상기 배터리의 충전을 종료하도록 제어하는 명령을 더 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리의 충전을 제어하는 배터리 충전 제어 방법은 충전하고자 하는 배터리의 충전 상태 정보(State Of Charge, SOC)를 모니터링하는 단계, 상기 배터리의 충전 상태 정보(SOC)에 기초하여 기정의된 충전 전류 값에 따라 상기 배터리가 충전되도록 하는 단계, 상기 배터리의 충전 과정에서 상기 배터리의 전압 값이 기설정된 임계 값에 도달할 경우, 상기 배터리의 전압 값에 기초하여 상기 충전 전류 값을 결정하도록 하는 단계 및 상기 결정된 충전 전류 값에 따라 상기 배터리가 충전되도록 하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 기정의된 충전 전류 값에 따라 상기 배터리가 충전되도록 하는 단계는, 상기 배터리의 SOC가 속하는 제N 구간을 확인하는 단계 및 상기 제N 구간에 대응되어 저장된 충전 전류 값으로 상기 배터리가 충전되도록 하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 상기 충전 전류 값을 결정하는 단계는, 상기 배터리의 전압 값이 상기 제N 구간에 대응되어 저장된 전압 임계 값에 도달하는지의 여부를 모니터링 하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 충전 전류 값을 결정하도록 하는 명령은, 상기 배터리의 전압 값이 상기 제N 구간에 대응되는 상기 전압 임계 값에 도달하면, 제N+1 구간에 대응되어 저장된 충전 전류 값을 배터리 충전을 위한 충전 전류 값으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 상기 배터리 전압 값이 마지막 구간의 전압 임계 값에 도달할 경우, 상기 배터리의 충전을 종료하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 실시예에 따른 배터리의 충전을 제어하는 배터리 충전 시스템은 배터리, 상기 배터리에 충전 전류를 인가하여 상기 배터리를 충전시키는 충전 장치 및 상기 충전 장치에 의해 제공되는 상기 충전 전류의 크기를 제어하는 배터리 충전 제어 장치를 포함하고, 상기 배터리 충전 제어 장치는, 충전하고자 하는 배터리의 충전 상태 정보(State Of Charge, SOC)를 모니터링하고, 상기 배터리의 충전 상태 정보(SOC)에 기초하여 기정의된 충전 전류 값에 따라 상기 배터리가 충전되도록 제어하고, 상기 배터리의 충전 과정에서 상기 배터리의 전압 값이 기설정된 임계 값에 도달할 경우, 상기 배터리의 전압 값에 기초한 상기 충전 전류 값을 결정하고, 및 상기 충전 전류 값에 따라 상기 배터리를 충전되도록 제어한다.

이때, 상기 배터리 충전 제어 장치는, 상기 배터리의 SOC가 속하는 제N 구간을 확인하고, 상기 제N 구간에 대응되어 저장된 충전 전류 값으로 상기 배터리가 충전되도록 상기 충전 장치를 제어할 수 있다.

한편, 상기 배터리 충전 제어 장치는, 상기 배터리의 전압 값이 상기 제N 구간에 대응되어 저장된 전압 임계 값에 도달하는지의 여부를 모니터링 할 수 있다.

이때, 상기 배터리 충전 제어 장치는, 상기 배터리의 전압 값이 상기 제N 구간에 대응되는 상기 전압 임계 값에 도달하면, 제N+1 구간에 대응되어 저장된 충전 전류 값을 배터리 충전을 위한 충전 전류 값으로 결정할 수 있다.

한편, 상기 배터리 충전 제어 장치는, 상기 배터리 전압 값이 마지막 구간의 전압 임계 값에 도달할 경우, 상기 배터리의 충전을 종료하도록 상기 충전 장치를 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 배터리 시스템의 블록 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 시스템의 블록 구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 제어 장치의 블록 구성도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 제어 장치 내 프로세서에 의해 동작되는 배터리의 충전 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 제어 방법 중 배터리 충전 제어 장치 내 배터리의 상태 정보를 정리한 테이블 표이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 도 5의 테이블 표에 기초한 배터리 충전 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

도 7은 본 발명의 비교예에 따른 배터리 충전 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

1000: 배터리 3000: 충전 장치

5000: 배터리 충전 제어 장치

100: 메모리 200: 프로세서

300: 송수신 장치 400: 입력 인터페이스 장치

500: 출력 인터페이스 장치 600: 저장 장치

700: 버스

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1을 참조하면, 배터리(Battery)는 직렬 연결된 복수의 배터리 모듈(Module) 또는 셀(Cell)을 포함하여 구성될 수 있다. 배터리 셀 또는 모듈은 양극 단자 및 음극 단자를 통해 부하와 연결되어 충방전 동작을 수행할 수 있다. 가장 일반적으로 사용되는 배터리 셀은 리튬 이온(Li-Ion) 배터리 셀이다.

이러한 배터리 셀 또는 배터리 모듈은 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)와 연동될 수 있다.

배터리 관리 시스템(BMS)은 자신이 관장하는 각 배터리 셀 또는 모듈의 전류, 전압 및 온도를 모니터링하고, 모니터링 결과에 근거하여 SOC(Status Of Charge)를 산출하고 충방전을 제어할 수 있다. 여기서, SOC(State of Charge; 충전율)은 배터리의 현재 충전된 상태를 비율[%]로 표현한 것이고, SOH(State of Health; 배터리 수명 상태)은 배터리의 현재 퇴화 상태를 비율[%]로 표현한 것이다.

이처럼 배터리 관리 시스템(BMS)은 배터리 셀들을 모니터링하며 셀 전압을 읽고 배터리와 연결된 다른 시스템에 전달할 수 있다.

또한, 배터리 관리 시스템(BMS)은 배터리 시스템을 구성하는 적어도 하나의 전장 부품을 모니터링 함으로써, 이들의 상태 데이터를 다른 시스템에 전달할 수 있다. 이를 위해 배터리 관리 시스템(BMS)은, 배터리 시스템에 포함된 장치 내의 다른 시스템과 통신하기 위한 통신 모듈을 포함할 수 있다.

배터리 관리 시스템(BMS)의 통신 모듈은 CAN(Controller Area Network)을 이용해 장치 내 다른 시스템과 통신할 수 있다. 이 경우 배터리 관리 시스템(BMS) 내 전장 부품, 모듈 또는 시스템들은 CAN 버스를 통해 서로 연결된다. 이에 따라, 배터리 관리 시스템(BMS)은 CAN 통신을 이용하여, 배터리 팩 또는 모듈 그리고, 배터리 관리 시스템(BMS)을 구성하는 적어도 하나의 전장 부품의 모니터링을 통해 획득한 상태 데이터를 다른 시스템으로 원격 전송할 수 있다.

한편, 배터리 관리 시스템(BMS)은 배터리 시스템의 수명을 연장하기 위해 배터리 셀의 전하를 균등하게 밸런싱한다.

이와 같은 동작을 수행하기 위해 배터리 관리 시스템(BMS)은 퓨즈, 전류센싱 소자, 써미스터, 스위치, 밸런서 등 다양한 구성요소들을 포함할 수 있는데, 이들과 연동하고 제어하기 위한 MCU(Micro Controller Unit) 또는 BMIC(Battery Monitoring Integrated Chip)를 추가로 포함하는 경우가 대부분이다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 시스템은 배터리 관리 시스템(BMS)의 구성요소로 제공되어, 배터리의 급속 충전을 제어할 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 배터리 충전 시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하겠다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 시스템은 배터리의 급속 충전을 제어하는 시스템일 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 배터리 충전 시스템은 배터리(1000), 충전 장치(3000) 및 배터리 충전 제어 장치(5000)를 포함할 수 있다.

배터리(1000)는 복수개의 배터리 셀들이 연결된 형태로 제공될 수 있다. 배터리(1000)는 후술될 충전 장치(3000)와 연결되어, 상기 충전 장치(3000)로부터 인가되는 충전 전류에 의해 충전될 수 있다. 여기서, 충전 전류는 후술될 배터리 충전 제어 장치(5000)에 의해, 상기 배터리(1000)의 충전 상태 정보(State Of Charge, SOC)를 고려하여, 리튬 석출이 방지되는 충전 전류의 크기로 조정되어 제공될 수 있다.

충전 장치(3000)는, 배터리(1000)와 전기적으로 연결되어, 배터리(1000)를 충전할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 충전 장치(3000)는, 배터리(1000)의 양극(+) 및 음극(-)과 전기적으로 연결되어, 상기 배터리(1000)를 충전할 수 있다.

한편, 충전 장치(3000)는 배터리 충전 제어 장치(5000)와 연결될 수 있다. 실시예에 따르면, 충전 장치(3000)는 배터리 충전 제어 장치(5000)와 캔(CAN) 통신에 의해 연결될 수 있다. 이에 따라, 충전 장치(3000)는, 앞서 설명한 바와 같이, 배터리 충전 제어 장치(5000)로부터 수신된 충전 전류 값에 따라, 상기 배터리(1000)에 충전 전류를 제공할 수 있다. 다시 말해, 충전 장치(3000)는 배터리 충전 제어 장치(5000)에 의해 결정된 크기의 충전 전류를 배터리(1000)에 인가하여, 상기 배터리(1000)를 충전시킬 수 있다.

배터리 충전 제어 장치(5000)는 배터리(1000)의 적어도 하나의 상태 정보를 수신하여, 상기 배터리(1000)를 모니터링할 수 있다. 실시예에 따르면, 상태 정보는 배터리(1000)의 충전 상태 정보(SOC), 전압(V), 전류(I) 중 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다.

배터리 충전 제어 장치(5000)는 배터리(1000)의 충전 상태 정보의 구간별로 제공되는 충전 전류 값들의 정보를 포함할 수 있다. 이에 따라, 배터리 충전 제어 장치(5000)는 앞서 설명한 바와 같이, 충전 장치(3000)와 연결되어, 배터리(1000)의 충전 상태 정보가 속하는 구간에서의 충전 전류 값을 확인하여 충전 장치(3000)로 전송할 수 있다.

배터리 충전 제어 장치(5000)는 배터리의 충전이 진행됨에 따라, 충전 전류 값은 리튬 석출을 방지하기 위해 하향 조정될 수 있다. 다시 말해, 충전 상태 정보(SOC)가 높아지면, 충전 전류 값은 낮아질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 제어 장치(5000)는 배터리의 실시간 충전 상태 정보(SOC)에 따라 그에 해당되는 충전 전류의 값을 제어하여 충전 장치(3000)에 의해 조정된 크기의 충전 전류를 배터리(1000)에 제공함으로써, 리튬 석출이 방지되어 안정적으로 배터리를 충전할 수 있다.

한편, 배터리 충전 제어 장치(5000)는 배터리의 충전 상태 정보의 구간별로 제공되는 배터리의 전압 임계 값 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리의 전압 임계 값은 배터리의 퇴화를 방지하기 위해 설정된 정보일 수 있다.

실시예에 따르면, 배터리 충전 제어 장치(5000)는 충전 장치(3000)에 의한 배터리(1000)의 충전 중, 모니터링에 의해 획득된 배터리(1000)의 실시간 전압 상태를 확인할 수 있다. 이에 따라, 배터리 충전 제어 장치(5000)는 상기 배터리(1000)의 전압 값이 기설정된 전압 임계 값에 도달할 경우, 상기 충전 상태 정보(SOC)와 무관하게, 상기 배터리의 전압 값에 기초하여 상기 충전 전류 값을 결정할 수 있다.

배터리 충전 제어 장치(5000)의 충전 전류 제어 방법은 후술될 배터리의 충전 제어 방법의 설명 시 보다 자세히 설명하겠다.

도 3을 참조하면, 배터리 충전 제어 장치(1000)를 구성별로 보다 자세히 설명하면, 배터리 충전 제어 장치(1000)는 메모리(100), 프로세서(200), 송수신 장치(300), 입력 인터페이스 장치(400), 출력 인터페이스 장치(500) 및 저장 장치(600)를 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 제어부(4000)에 포함된 각각의 구성 요소들(100, 200, 300, 400, 500, 600)은 버스(bus, 700)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.

상기 구성들(100, 200, 300, 400, 500, 600) 중 메모리(100) 및 저장 장치(600)는 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(100) 및 저장 장치(600)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

이 중에서도 메모리(100)는, 프로세서(200)에 의해 실행되는 적어도 하나의 명령을 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 명령은, 충전하고자 하는 배터리의 충전 상태 정보(State Of Charge, SOC)를 모니터링하도록 하는 명령, 상기 배터리의 충전 상태 정보(SOC)에 기초하여 기정의된 충전 전류 값에 따라 상기 배터리가 충전되도록 하는 명령, 상기 배터리의 충전 과정에서 상기 배터리의 전압 값이 기설정된 임계 값에 도달할 경우, 상기 충전 상태 정보(SOC)와 무관하게, 상기 배터리의 전압 값에 기초하여 상기 충전 전류 값을 결정하도록 하는 명령, 및 상기 결정된 충전 전류 값에 따라 상기 배터리가 충전되도록 하는 명령을 포함한다.

또한, 적어도 하나의 명령은, 상기 배터리 전압 값이 마지막 구간의 전압 임계 값에 도달할 경우, 상기 배터리의 충전을 종료하도록 제어하는 명령을 더 포함할 수 있다.

한편, 프로세서(200)는 중앙 처리 장치(cenTsal processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다.

프로세서(200)는 앞서 설명한 바와 같이, 메모리(100)에 저장된 적어도 하나의 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 제어 장치를 포함하는 배터리 충전 시스템에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 제어 장치의 프로세서 동작에 의해 수행되는 배터리의 충전 제어 방법에 대해 보다 자세히 설명하겠다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 제어 장치(5000)는 상기 프로세서(200)의 동작에 따라, 상기 배터리(1000)의 충전 상태 정보(SOC)를 확인할 수 있다(S1000).

일 실시예에 따르면, 배터리 충전 제어 장치(5000)는 배터리(1000)의 상태 정보를 실시간으로 모니터링하여, 충전 상태 정보(SOC)를 획득하여 확인할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 배터리 충전 제어 장치(5000)는 별도의 모니터링 장치(미도시)로부터 배터리(1000)의 상태 정보를 실시간으로 제공 받을 수 있다. 이에 따라, 배터리 충전 제어 장치(5000)는 모니터링 장치로부터 수신된 상태 정보 중 배터리(1000)의 충전 상태 정보(SOC)를 확인할 수 있다.

이후, 상기 배터리 충전 제어 장치(5000)는 상기 충전 상태 정보(SOC)가 속하는 구간을 확인하여, 상기 구간에 해당되는 충전 전류 값을 확인할 수 있다(S2000).

이후, 상기 배터리 충전 제어 장치(5000)는 확인된 충전 전류 값을 충전 장치(3000)로 전송할 수 있다(S3000). 이에 따라, 상기 충전 장치(3000)는 충전 전류 값에 대응하는 크기의 충전 전류를 상기 배터리(1000)에 인가하여, 상기 배터리(1000)를 충전시킬 수 있다.

이후, 상기 배터리 충전 제어 장치(5000)는, 상기 충전 전류 값에 따른 상기 배터리(1000)의 충전 중, 상기 배터리(1000)의 실시간 모니터링을 통해 획득되는 전압 값을 확인할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 배터리(1000)의 전압 값이 상기 충전 전류 값이 설정된 충전 상태 정보(SOC) 구간인, 제N 구간에 대응되는 전압 임계 값에 도달할 경우(S4000), 상기 배터리 충전 제어 장치(5000)는 확인된 상기 충전 전류의 값을 조정할 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 충전 제어 장치(5000)는 충전 장치(3000)로 충전 충전 상태 정보(SOC)의 제 N+1 구간에 대응되는 충전 전류 값을 재전송할 수 있다(S5000). 이에 따라, 충전 장치(3000)의 충전 전류의 크기가 제 N 구간에 대응하는 충전 전류 값에서 제 N+1 구간에 대응되는 충전 전류 값으로 변경될 수 있다.

이때, 충전 전류 값의 크기는, 앞서 설명한 바와 같이, 충전 상태 정보(SOC)의 크기가 증가할수록 작아질 수 있다. 이에 따라, 상기 배터리(1000)의 전압 값이 상기 충전 전류 값이 설정된 충전 상태 정보(SOC) 구간인, 제N 구간에 대응되는 전압 임계 값에 도달할 경우, 상기 배터리 충전 제어 장치(5000)는, 상기 충전 장치의 충전 전류의 크기를 하향 조정할 수 있다.

이후, 상기 배터리 충전 제어 장치(5000)는, 상기 배터리(1000)의 충전이 완료될 때까지, 배터리(1000)의 충전 상태 정보(SOC) 변화를 고려하지 않고, 배터리의 전압 상태를 기준으로 충전 전류 값을 결정하고, 결정된 충전 전류 값을 충전 장치(3000)로 전송할 수 있다(S6000).

실시예에 따르면, 배터리 충전 제어 장치(5000)은 충전 전류 값의 결정 시 배터리의 충전 상태 정보(SOC)를 기준으로 구간별로 기설정된 충전 전류 값 및 전압 임계 값 정보를 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 정보는 하기 도 5와 같이, 테이블(table)화된 충전 맵(map) 형태로 제공될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 제어 방법 중 배터리 충전 제어 장치 내 배터리의 상태 정보를 정리한 테이블 표이고, 도 6은 도 5의 테이블 표에 따른 배터리 충전 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 제어 장치 내 충전 맵은 충전 상태 정보(SOC)를 기준으로 상기 배터리의 충전 전류 값 및 전압 임계 값이 구간별로 기설정될 수 있다.

실시예에 따르면, 충전 상태 정보(SOC)가 10% 이상 내지 20% 미만인, 제1 구간에서는 충전 전류의 값이 250A로 제공될 수 있으며, 이때의 전압 임계 값은 3.5V로 설정될 수 있다.

또한, 충전 상태 정보(SOC)가 20% 이상 내지 30% 미만인, 제2 구간에서는 충전 전류의 값이 200A로 제공될 수 있으며, 이때의 전압 임계 값은 3.6V로 설정될 수 있다.

충전 상태 정보(SOC)가 30% 이상 내지50% 미만인, 제3 구간에서는 충전 전류의 값이 150A로 제공될 수 있으며, 이때의 전압 임계 값은 3.8V로 설정될 수 있다.

충전 상태 정보(SOC)가 50% 이상 내지 70% 미만인, 제4 구간에서는 충전 전류의 값이 100A로 제공될 수 있으며, 이때의 전압 임계 값은 4.0V로 설정될 수 있다.

마지막으로, 충전 상태 정보(SOC)가 70% 이상 내지 90% 미만인, 제5 구간에서는 충전 전류의 값이 75A로 제공될 수 있으며, 이때의 전압 임계 값은 4.1V로 설정될 수 있다.

정리하면, 배터리(1000)의 충전을 위한 충전 전류 값의 크기는 충전 상태 정보(SOC) 및 전압 임계 값에 따라 구간별로 제어될 수 있다.

실시예에 따르면, 충전 전류 값은, 앞서 설명한 바와 같이, 배터리의 급속 충전 시 배터리의 음극 표면에 발생될 수 있는 리튬 석출(Lithum Plating)을 방지하기 위해, 구간이 높아질수록 감소될 수 있다.

한편, 전압 임계 값은, 배터리 퇴화를 방지하고자, 구간이 높아질수록 증가할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 상기 배터리 충전 제어 장치(5000)는, 도 6에서와 같이, 배터리의 실시간 충전 상태 정보(SOC)를 기준으로, 특정 구간(제 N구간)에 속하는 리튬 석출을 방지하기 위한 충전 전류 값을 설정하고, 배터리의 실시간 전압 측정 값을 모니터링하여, 해당 구간(제N 구간)에서의 기정의된 전압 임계 값에 도달할 경우, 배터리의 퇴화를 방지하기 위해 다음 구간(제N+1 구간)에서의 충전 전류 값으로, 앞서 설정된 충전 전류 값을 하향 조정할 수 있다.

이후, 본 발명의 실시예에 따른 상기 배터리 충전 제어 장치(5000)는, 도 4의 S6000 단계에서와 같이, 배터리(1000)의 충전 상태 정보(SOC) 변화를 고려하지 않고, 배터리의 전압 상태를 기준으로 충전 전류 값을 결정하고, 결정된 충전 전류 값을 충전 장치(3000)로 전송할 수 있다.

예를 들어 보다 구체적으로 설명하면, 배터리 충전 제어 장치는, 배터리(1000)의 실시간 충전 상태 정보(SOC)가 15%로 제1 구간에 속할 경우(P1), 제1 구간에 속하는 250A를 배터리의 충전 전류 값으로 결정하여 충전 장치(3000)로 전송할 수 있다. 이에 따라, 배터리(1000)는 250A의 충전 전류로 충전될 수 있다.

이후, 250A의 충전 전류로 충전 중인 배터리(1000)의 상태 정보를 모니터링 할 수 있다. 이때, 배터리(1000)의 전압 값이 3.4V로 제1 구간에서의 전압 임계 값 이하인 반면, 충전 상태 정보(SOC)가 20%에 도달하여 제2 구간에 진입될 경우(P2), 배터리 충전 제어 장치(5000)는 상기 배터리(1000)가 제2 구간에 대응하는 충전 전류 값인 200A로 충전되도록 상기 충전 장치(3000)에 상기 충전 전류 값의 변경 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, 배터리(1000)는 200A의 충전 전류로 충전될 수 있다.

이후, 200A의 충전 전류로 충전 중인 배터리(1000)의 상태 정보를 모니터링 할 수 있다. 이때, 배터리(1000)의 전압 값이 3.5V로 제2 구간에서의 전압 임계 값 이하인 반면, 충전 상태 정보(SOC)가 30%에 도달하여 제3 구간에 집입될 경우(P3), 배터리 충전 제어 장치(5000)는 상기 배터리(1000)가 제3 구간에 대응하는 충전 전류 값인 150A로 충전되도록 상기 충전 장치(3000)에 상기 충전 전류 값의 변경 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, 배터리(1000)는 150A의 충전 전류로 충전될 수 있다.

이후, 150A의 충전 전류로 충전 중인 배터리(1000)의 상태 정보를 모니터링 할 수 있다. 이때, 배터리(1000)의 전압 값이 제3 구간에서의 전압 임계 값인 3.8V에 도달하는 반면, 충전 상태 정보(SOC)가 45%로 여전히 제3 구간에 유지될 경우(P4), 배터리 충전 제어 장치(5000)는 상기 배터리(1000)가 제4 구간에 대응하는 충전 전류 값인 100A로 충전되도록 상기 충전 장치(3000)에 상기 충전 전류 값의 변경 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, 배터리(1000)는 100A의 충전 전류로 충전될 수 있다.

이후, 100A의 충전 전류로 충전 중인 배터리(1000)의 상태 정보를 모니터링 할 수 있다. 이때, 배터리(1000)의 전압 값이 3.9V로 여전히 제4 구간에서의 전압 임계 값 이하인 반면, 충전 상태 정보(SOC)가 75%로 증가하여 제5 구간에 대응될 경우(P5), 배터리 충전 제어 장치(5000)는 상기 충전 상태 정보(SOC)가 제 5 구간에 대응됨에도 불구하고, 상기 배터리(1000)가 제4 구간에 속하는 충전 전류 값인 100A로 변동 없이 유지되어 충전되도록 할 수 있다.

이후, 100A의 충전 전류로 충전 중인 배터리(1000)의 상태 정보를 모니터링을 진행하여, 배터리(1000)의 전압 값이 4.0V에 도달하여 제5 구간으로 진입될 경우(P6), 배터리 충전 제어 장치(5000)는 상기 충전 상태 정보(SOC)와 관계 없이, 상기 배터리(1000)가 제5 구간에 대응하는 충전 전류 값인 75A 로 충전되도록 상기 충전 장치(3000)에 상기 충전 전류 값의 변경 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, 배터리(1000)는 75A의 충전 전류로 충전될 수 있다.

이후, 75A의 충전 전류로 충전 중인 배터리(1000)의 상태 정보를 모니터링을 진행하여, 배터리(1000)의 전압 값이, 마지막 구간인 제5 구간의 전압 임계 값인 4.1V에 도달하면(P7), 배터리 충전 제어 장치(5000)는 상기 충전 장치(3000)로 충전 종료 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, 배터리(1000)의 충전이 종료될 수 있다.

다시 말해, 배터리 충전 제어 장치(5000)는 P1 내지 P3의 경우와 같이, 배터리의 전압 값이 구간별로 기정의된 임계 값에 도달하지 않을 경우, 배터리(1000)의 충전 상태 정보(SOC)에 기초하여 단계적으로 충전 전류 값을 결정할 수 있다.

한편, 배터리의 충전 제어 장치(SOC)는 P4와 같이, 배터리의 충전 상태 정보의 구간 변동이 없으나 배터리의 전압 값이 해당 구간에서의 기정의된 임계 값에 도달한 경우, 배터리(1000)의 전압 값에 기초하여 충전 전류 값을 변경할 수 있다. 그리고, 이후 구간에서의 배터리의 충전 제어 장치(SOC)는 P5 및 P6와 같이, 배터리(1000)의 충전 상태 정보(SOC)를 고려하지 않고, 배터리(1000)의 전압 값에 기초하여 단계적으로 충전 전류 값을 결정하다가, P7과 같이, 배터리(1000)의 전압 값이 최종 마지막 구간에서의 임계 값에 도달할 경우 충전 종료 신호를 전달할 수 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 배터리 충전 제어 장치(5000)가 배터리의 퇴화를 방지하기 위해 해당 구간(제N 구간)에서만 일시적으로 충전 전류 값을 하향 조정하여 충전 장치(3000)의 충전 전류를 제어할 경우, A 면적만큼의 충전 전류를 인가하지 못함으로써, 충전 시간이 증가되어 충전 효율이 저하될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 제어 장치(5000)는 충전 전류의 하향 조정 이후에, 배터리(1000)의 전압 값을 기준으로 구간별 충전 전류의 값을 결정함으로써, 구간별로 기정의된 전압 임계 값에 도달할 때까지 충전 전류 값이 감소되지 않고 유지될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 제어 장치(5000)는, 충전 전류 값의 하향 조정에 의해 발생된 제N 구간에서의 A 면적만큼의 충전 손실을, A' 와 같이, 제N 구간 이후의 충전 상태 정보(SOC) 구간에서 보상 받음으로써, 급속 충전에 따른 리튬 석출 및 배터리의 퇴화를 방지함과 동시에, 충전 시간이 단축될 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 제어 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 시스템을 설명하였다.

본 발명의 실시예 및 실험예에 따른 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.

본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

배터리의 충전을 제어하는 배터리 충전 제어 장치로서,

메모리; 및

상기 메모리 내 저장된 적어도 하나의 명령을 수행하는 프로세서를 포함하고,

상기 적어도 하나의 명령은,

충전하고자 하는 배터리의 충전 상태 정보(State Of Charge, SOC)를 모니터링하도록 하는 명령,

상기 배터리의 충전 상태 정보(SOC)에 기초하여 기정의된 충전 전류 값에 따라 상기 배터리가 충전되도록 하는 명령,

상기 배터리의 충전 과정에서 상기 배터리의 전압 값이 기설정된 임계 값에 도달할 경우, 상기 충전 상태 정보(SOC)와 무관하게, 상기 배터리의 전압 값에 기초하여 상기 충전 전류 값을 결정하도록 하는 명령, 및

상기 결정된 충전 전류 값에 따라 상기 배터리가 충전되도록 하는 명령을 포함하는, 배터리 충전 제어 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 기정의된 충전 전류 값에 따라 상기 배터리가 충전되도록 하는 명령은,

상기 배터리의 SOC가 속하는 제N 구간을 확인하도록 하는 명령, 및

상기 제N 구간에 대응되어 저장된 충전 전류 값으로 상기 배터리가 충전되도록 하는 명령을 포함하는, 배터리 충전 제어 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 제N 구간에 대응되는 충전 전류의 값은,

제N-1 구간에 대응되는 충전 전류의 값보다 작은 값으로 정의되는, 배터리 충전 제어 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 충전 전류 값을 결정하도록 하는 명령은,

상기 배터리의 전압 값이 상기 제N 구간에 대응되어 저장된 전압 임계 값에 도달하는지의 여부를 모니터링 하는 명령을 포함하는, 배터리 충전 제어 장치.
청구항 4에 있어서,

상기 충전 전류 값을 결정하도록 하는 명령은,

상기 배터리의 전압 값이 상기 제N 구간에 대응되는 상기 전압 임계 값에 도달하면, 제N+1 구간에 대응되어 저장된 충전 전류 값을 배터리 충전을 위한 충전 전류 값으로 결정하는 명령을 포함하는, 배터리 충전 제어 장치.
청구항 5에 있어서,

상기 제N 구간에 대응되는 상기 전압 임계 값은,

상기 제N-1 구간에 대응되는 상기 전압 임계 값보다 큰 값으로 정의되는, 배터리 충전 제어 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 적어도 하나의 명령은,

상기 배터리 전압 값이 마지막 구간의 전압 임계 값에 도달할 경우, 상기 배터리의 충전을 종료하도록 제어하는 명령을 더 포함하는, 배터리 충전 제어 장치.
배터리의 충전을 제어하는 배터리 충전 제어 방법으로서,

충전하고자 하는 배터리의 충전 상태 정보(State Of Charge, SOC)를 모니터링하는 단계;

상기 배터리의 충전 상태 정보(SOC)에 기초하여 기정의된 충전 전류 값에 따라 상기 배터리가 충전되도록 하는 단계;

상기 배터리의 충전 과정에서 상기 배터리의 전압 값이 기설정된 임계 값에 도달할 경우, 상기 배터리의 전압 값에 기초하여 상기 충전 전류 값을 결정하도록 하는 단계; 및

상기 결정된 충전 전류 값에 따라 상기 배터리가 충전되도록 하는 단계를 포함하는, 배터리 충전 제어 방법.
청구항 8에 있어서,

상기 기정의된 충전 전류 값에 따라 상기 배터리가 충전되도록 하는 단계는,

상기 배터리의 SOC가 속하는 제N 구간을 확인하는 단계; 및

상기 제N 구간에 대응되어 저장된 충전 전류 값으로 상기 배터리가 충전되도록 하는 단계를 포함하는, 배터리 충전 제어 방법.
청구항 9에 있어서,

제N 구간에 대응되는 충전 전류의 값은,

제N-1 구간에 대응되는 충전 전류의 값보다 작은 값으로 정의되는, 배터리 충전 제어 방법.
청구항 9에 있어서,

상기 충전 전류 값을 결정하는 단계는,

상기 배터리의 전압 값이 상기 제N 구간에 대응되어 저장된 전압 임계 값에 도달하는지의 여부를 모니터링 하는 단계를 포함하는, 배터리 충전 제어 방법.
청구항 11에 있어서,

상기 충전 전류 값을 결정하도록 하는 명령은,

상기 배터리의 전압 값이 상기 제N 구간에 대응되는 상기 전압 임계 값에 도달하면, 제N+1 구간에 대응되어 저장된 충전 전류 값을 배터리 충전을 위한 충전 전류 값으로 결정하는 단계를 포함하는, 배터리 충전 제어 방법.
청구항 12에 있어서,

제N 구간에 대응되는 상기 전압 임계 값은,

제N-1 구간에 대응되는 상기 전압 임계 값보다 큰 값으로 정의되는, 배터리 충전 제어 방법.
청구항 8에 있어서,

상기 배터리 전압 값이 마지막 구간의 전압 임계 값에 도달할 경우, 상기 배터리의 충전을 종료하도록 제어하는 단계를 더 포함하는, 배터리 충전 제어 방법.
배터리의 충전을 제어하는 배터리 충전 시스템으로서,

배터리;

상기 배터리에 충전 전류를 인가하여 상기 배터리를 충전시키는 충전 장치; 및

상기 충전 장치에 의해 제공되는 상기 충전 전류의 크기를 제어하는 배터리 충전 제어 장치를 포함하고,

상기 배터리 충전 제어 장치는,

충전하고자 하는 배터리의 충전 상태 정보(State Of Charge, SOC)를 모니터링하고,

상기 배터리의 충전 상태 정보(SOC)에 기초하여 기정의된 충전 전류 값에 따라 상기 배터리가 충전되도록 제어하고,

상기 배터리의 충전 과정에서 상기 배터리의 전압 값이 기설정된 임계 값에 도달할 경우, 상기 배터리의 전압 값에 기초한 상기 충전 전류 값을 결정하고,

상기 충전 전류 값에 따라 상기 배터리를 충전되도록 제어하는, 배터리 충전 시스템.
청구항 15에 있어서,

상기 배터리 충전 제어 장치는,

상기 배터리의 SOC가 속하는 제N 구간을 확인하고,

상기 제N 구간에 대응되어 저장된 충전 전류 값으로 상기 배터리가 충전되도록 상기 충전 장치를 제어하는, 배터리 충전 시스템.
청구항 16에 있어서,

제N 구간에 대응되는 충전 전류의 값은,

제N-1 구간에 대응되는 충전 전류의 값보다 작은 값으로 정의되는, 배터리 충전 시스템.
청구항 16에 있어서,

상기 배터리 충전 제어 장치는,

상기 배터리의 전압 값이 상기 제N 구간에 대응되어 저장된 전압 임계 값에 도달하는지의 여부를 모니터링 하는, 배터리 충전 시스템.
청구항 18에 있어서,

상기 배터리 충전 제어 장치는,

상기 배터리의 전압 값이 상기 제N 구간에 대응되는 상기 전압 임계 값에 도달하면, 제N+1 구간에 대응되어 저장된 충전 전류 값을 배터리 충전을 위한 충전 전류 값으로 결정하는, 배터리 충전 시스템.
청구항 19에 있어서,

제N 구간에 대응되는 상기 전압 임계 값은,

제N-1 구간에 대응되는 상기 전압 임계 값보다 큰 값으로 정의되는, 배터리 충전 시스템.
청구항 15에 있어서,

상기 배터리 충전 제어 장치는,

상기 배터리 전압 값이 마지막 구간의 전압 임계 값에 도달할 경우, 상기 배터리의 충전을 종료하도록 상기 충전 장치를 제어하는, 배터리 충전 시스템.