WO2025159592A1 - 배터리 정보 생성 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 정보 생성 장치 및 방법

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WO2025159592A1
WO2025159592A1 PCT/KR2025/001528 KR2025001528W WO2025159592A1 WO 2025159592 A1 WO2025159592 A1 WO 2025159592A1 KR 2025001528 W KR2025001528 W KR 2025001528W WO 2025159592 A1 WO2025159592 A1 WO 2025159592A1
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battery
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negative
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김영덕
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LG Energy Solution Ltd
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    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
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    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery

Definitions

  • the present invention relates to a battery information generating device and method, and more particularly, to a battery information generating device and method that generate battery information that more accurately reflects the state of a battery.
  • lithium batteries are receiving attention for their advantages of being able to charge and discharge freely, having a very low self-discharge rate, and having a high energy density, as they have almost no memory effect compared to nickel-based batteries.
  • the present invention provides a battery information generation device and method capable of generating a more accurate profile that can be used for battery condition diagnosis.
  • a battery information providing device may include a profile obtaining unit configured to obtain a battery profile indicating a correspondence between a capacity and a voltage of a battery; and a control unit configured to set a positive voltage section corresponding to the battery based on a preset negative voltage section, adjust a preset reference positive profile and a reference negative profile based on the positive voltage section to correspond to the battery profile, and generate a positive profile and a negative profile of the battery based on the adjustment result.
  • the control unit may be configured to set the positive voltage section based on a target voltage section corresponding to the negative flat section and an end voltage of the battery profile.
  • the control unit may be configured to set the sum of the lower limit voltage of the target voltage section and the end voltage as the lower limit voltage of the positive voltage section, and to set the sum of the upper limit voltage of the target voltage section and the end voltage as the upper limit voltage of the positive voltage section.
  • the control unit may be configured to adjust the reference positive electrode profile and the reference negative electrode profile so that the end voltage of the positive electrode profile is included in the positive electrode voltage range.
  • the above cathode flat section can be preset as a capacity section in which the rate of change of voltage with respect to capacity in the above reference cathode profile is less than or equal to a preset reference ratio.
  • the above cathode flat section can be preset as a capacity section greater than or equal to the capacity of the target peak included in the reference anode profile and the reference differential profile based on the reference cathode profile.
  • the above target peak may be set as the maximum point with the largest corresponding differential voltage among the multiple maximum points included in the reference differential profile.
  • the control unit may be configured to provide information about the battery by outputting the positive electrode profile and the negative electrode profile to the outside.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include a battery information generating device according to one aspect of the present invention.
  • a vehicle according to another aspect of the present invention may include a battery information generating device according to one aspect of the present invention.
  • a battery information generation method may include a profile acquisition step of acquiring a battery profile indicating a correspondence between a capacity and a voltage of a battery; a positive voltage section setting step of setting a positive voltage section corresponding to the battery based on a preset negative voltage section; a profile adjustment step of adjusting a preset reference positive profile and a reference negative profile based on the positive voltage section to correspond to the battery profile; and a profile generation step of generating a positive profile and a negative profile of the battery based on an adjustment result of the profile adjustment step.
  • a non-transitory computer-readable storage medium may store a computer program for executing a battery information generation method, including a profile acquisition step of acquiring a battery profile indicating a correspondence between a capacity and a voltage of a battery; an anode voltage section setting step of setting a cathode voltage section corresponding to the battery based on a preset cathode flat section; a profile adjustment step of adjusting a preset reference cathode profile and a reference cathode profile based on the cathode voltage section to correspond to the battery profile; and a profile generation step of generating a cathode profile and a cathode profile of the battery based on an adjustment result of the profile adjustment step.
  • a battery information generation device can drastically shorten the time for generating a positive profile and a negative profile corresponding to a battery by adjusting a reference positive profile and a reference negative profile by adding a limiting condition that the end voltage of the positive profile is included in the positive voltage range.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a battery information generation device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a battery profile according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a reference anode profile and a reference cathode profile according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an adjustment result according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a reference differential profile according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic drawing of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a schematic drawing of a vehicle according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a battery information generation method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a battery information generation device (100) according to one embodiment of the present invention.
  • the battery information generation device (100) may include a profile acquisition unit (110) and a control unit (120).
  • the battery which is the target of information generation, refers to a physically separable, independent cell having a negative terminal and a positive terminal.
  • a lithium-ion battery or a lithium polymer battery may be considered a battery.
  • the battery may be of a cylindrical, prismatic, or pouch type.
  • the battery may refer to a battery bank, battery module, or battery pack in which multiple cells are connected in series and/or parallel.
  • the battery is described below as referring to a single, independent cell.
  • the profile acquisition unit (110) may be configured to acquire a battery profile (BP) indicating a correspondence between the capacity and voltage of the battery.
  • BP battery profile
  • a battery profile is a profile that represents the relationship between voltage (V) and capacity (Q) when the battery's SOC is charged from a preset start SOC or 0% to a preset end SOC or 100%.
  • a battery profile (BP) may represent the relationship between voltage (V) and capacity (Q) when the battery's SOC is discharged from a preset start SOC or 100% to a preset end SOC or 0%.
  • BP battery profile
  • the profile acquisition unit (110) can directly read or receive the battery profile (BP) of the battery from the outside.
  • the profile acquisition unit (110) can acquire the battery profile (BP) by being connected to the outside via wire and/or wirelessly to read or receive the battery profile (BP).
  • the profile acquisition unit (110) may generate a battery profile (BP) based on battery information regarding the voltage and capacity of the battery.
  • the profile acquisition unit (110) may acquire a battery profile (BP) by directly generating the battery profile (BP) based on the battery information.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a battery profile (BP) according to one embodiment of the present invention.
  • the battery profile (BP) can be expressed as an X-Y graph in which the horizontal X-axis is set to capacity (Q, capacity) and the vertical Y-axis is set to voltage (V, voltage).
  • the starting voltage (e.g., the charging start voltage of the battery) of the battery profile (BP) is Vi[V]
  • the ending voltage e.g., the charging end voltage of the battery
  • the starting capacity (e.g., the charging start capacity of the battery) of the battery profile (BP) is Qi[Ah]
  • the ending capacity e.g., the charging end capacity of the battery
  • the starting voltage (Vi) of the battery profile (BP) is 3.0 [V]
  • the ending voltage (Vf) is 4.0 [V].
  • the starting capacity (Qi) of the battery profile (BP) is 5 [Ah]
  • the ending capacity (Qf) is 45 [Ah].
  • the profile acquisition unit (110) may be connected to the control unit (120) so as to be able to communicate with it.
  • the profile acquisition unit (110) may be connected to the control unit (120) via a wire and/or wireless connection. Through this connection, the profile acquisition unit (110) may transmit the acquired battery profile (BP) to the control unit (120).
  • the control unit (120) may read the battery profile (BP) from the profile acquisition unit (110) at a necessary time.
  • the control unit (120) may be configured to set a positive voltage section (PR) corresponding to the battery based on a preset negative voltage plateau section (RR).
  • PR positive voltage section
  • RR preset negative voltage plateau section
  • the cathode plateau region (RR) refers to a capacity region where the voltage change of the cathode is minimal as the capacity of the cathode increases. This condition can be preset. For example, a capacity region where the voltage change relative to the capacity is below a certain level can be preset as the cathode plateau region (RR). Examples of the cathode plateau region (RR) will be described later.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a reference positive electrode profile (Rp) and a reference negative electrode profile (Rn) according to one embodiment of the present invention.
  • a capacity range 35 [Ah] to about 60 [Ah]
  • RR negative electrode flat range
  • control unit (120) can be configured to set a negative voltage section (NR) corresponding to a negative flat section (RR) and a positive voltage section (PR) based on the end voltage of the battery profile (BP).
  • NR negative voltage section
  • PR positive voltage section
  • a lower limit capacity and an upper limit capacity of a cathode plateau section (RR) can be set for a preset reference cathode profile (Rn).
  • a cathode voltage section (NR) can be set as a voltage section including a voltage corresponding to the upper limit capacity of the cathode plateau section (RR) and a voltage corresponding to the lower limit capacity.
  • the cathode voltage section (NR) can be set to a voltage section of Va to Vb.
  • control unit (120) can set the positive voltage section (PR) based on the voltage included in the negative voltage section (NR) and the battery voltage by considering the correlation among the battery voltage, positive voltage, and negative voltage.
  • the capacity at which the negative reaction ends during the charging process of the battery is included in the negative plateau section (RR).
  • the capacity at which the negative reaction starts during the discharging process of the battery is included in the negative plateau section (RR).
  • the negative voltage corresponding to the end voltage (Vf) of the battery profile (BP) is included in the negative voltage section (NR).
  • the positive voltage corresponding to the end voltage (Vf) of the battery profile (BP) may be included in the positive voltage section (PR) which is the sum of the end voltage (Vf) of the battery profile (BP) and the negative voltage section (NR). Therefore, the control unit (120) may set the positive voltage section (PR) by adding the negative voltage section (NR) corresponding to the negative plateau section (RR) and the end voltage (Vf) of the battery profile (BP).
  • control unit (120) may be configured to set the sum of the lower limit voltage of the negative voltage section (NR) and the end voltage of the battery profile (BP) as the lower limit voltage of the positive voltage section (PR).
  • control unit (120) may be configured to set the sum of the upper limit voltage of the negative voltage section (NR) and the end voltage of the battery profile (BP) as the upper limit voltage of the positive voltage section (PR).
  • the end voltage of the battery profile (BP) is Vf[V]
  • the lower limit voltage of the negative voltage section (NR) is Va[V]
  • the upper limit voltage of the negative voltage section (NR) is Vb[V].
  • the control unit (120) can set the sum of the end voltage (Vf) of the battery profile (BP) and the lower limit voltage (Va) of the negative voltage section (NR) as the lower limit voltage (Vc) of the positive voltage section (PR).
  • the control unit (120) can set the sum of the end voltage (Vf) of the battery profile (BP) and the upper limit voltage (Vb) of the negative voltage section (NR) as the upper limit voltage (Vd) of the positive voltage section (PR).
  • the control unit (120) may be configured to adjust a preset reference positive profile (Rp) and a reference negative profile (Rn) based on a positive voltage section (PR) to correspond to a battery profile (BP), and to generate a positive profile and a negative profile of the battery according to the adjustment result.
  • Rp preset reference positive profile
  • Rn reference negative profile
  • the reference positive electrode profile (Rp) may be a profile indicating a correspondence between the capacity and voltage of a reference positive electrode cell preset to correspond to the positive electrode of the battery.
  • the reference positive electrode cell may be a positive coin half cell or a positive electrode of a three-electrode cell.
  • the reference negative electrode profile (Rn) may be a profile indicating a correspondence between the capacity and voltage of a reference negative electrode cell preset to correspond to the negative electrode of the battery.
  • the reference negative electrode cell may be a negative coin half cell or a negative electrode of a three-electrode cell.
  • the reference positive profile (Rp) may include a positive engagement start point (pi0) and a positive engagement end point (pf0)
  • the reference negative profile (Rn) may include a negative engagement start point (ni0) and a negative engagement end point (nf0).
  • the start voltage of the reference profile (R) corresponds to the voltage difference between the positive engagement start point (pi0) and the negative engagement start point (ni0)
  • the end voltage of the reference profile (R) corresponds to the voltage difference between the positive engagement end point (pf0) and the negative engagement end point (nf0).
  • the capacity of the negative engagement end point (nf0) may be included in the negative plateau section (RR).
  • the voltage of the positive engagement end point (pf0) may be included in the positive voltage section (PR).
  • the control unit (120) can adjust the reference positive electrode profile (Rp) and the reference negative electrode profile (Rn) to correspond to the battery profile (BP). For example, the control unit (120) can adjust the reference positive electrode profile (Rp) and the reference negative electrode profile (Rn) to generate an adjusted positive electrode profile (Rp') and an adjusted negative electrode profile (Rn'). In addition, the control unit (120) can generate a comparison profile (R') from the adjusted positive electrode profile (Rp') and the adjusted negative electrode profile (Rn'). The control unit (120) can repeatedly adjust the reference positive electrode profile (Rp) and the reference negative electrode profile (Rn) until the comparison profile (R') corresponds to the battery profile (BP).
  • control unit (120) can generate a plurality of comparison profiles (R') by shifting or capacity scaling the reference positive profile (Rp) and the reference negative profile (Rn), and can specify a comparison profile (R') among the plurality of comparison profiles (R') that has a minimum error (e.g., root mean squared error (RMSE)) with respect to the battery profile (BP). Then, the control unit (120) can set an adjusted positive profile (Rp') corresponding to the specified comparison profile (R') as the positive profile of the battery. Then, the control unit (120) can set an adjusted negative profile (Rn') corresponding to the specified comparison profile (R') as the negative profile of the battery. For example, the adjusted positive profile (Rp') and the adjusted negative profile (Rn') corresponding to the specified comparison profile (R') can be estimated as the positive profile and negative profile of the battery, respectively.
  • RMSE root mean squared error
  • control unit (120) may be configured to adjust the reference positive profile (Rp) and the reference negative profile (Rn) such that the end voltage of the positive profile falls within the positive voltage interval (PR).
  • control unit (120) may adjust the reference positive profile (Rp) and the reference negative profile (Rn) such that the voltage of the positive participation end point of the adjusted positive profile (Rp') falls within the positive voltage interval (PR).
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an adjustment result according to one embodiment of the present invention.
  • a reference positive profile (Rp) may be adjusted to generate an adjusted positive profile (Rp'), and a reference negative profile (Rn) may be adjusted to generate an adjusted negative profile (Rn').
  • the adjusted positive profile (Rp') includes a positive engagement start point (pi') and a positive engagement end point (pf'), and the adjusted negative profile (Rn') includes a negative engagement start point (ni') and a negative engagement end point (nf').
  • the start voltage of the comparison profile (R') corresponds to the voltage difference between the positive engagement start point (pi') and the negative engagement start point (ni')
  • the end voltage of the comparison profile (R') corresponds to the voltage difference between the positive engagement end point (pf') and the negative engagement end point (nf').
  • the voltage of the positive engagement end point (pf') of the adjusted positive profile (Rp') may be included in the positive voltage section (PR).
  • a battery information generation device (100) can adjust a reference positive electrode profile (Rp) and a reference negative electrode profile (Rn) by adding a limiting condition that the end voltage of the positive electrode profile is included in a positive voltage section (PR).
  • Rp reference positive electrode profile
  • Rn reference negative electrode profile
  • the battery information generation device (100) since the battery information generation device (100) does not consider a case in which the end voltage of the positive profile falls outside the positive voltage section (PR) in the process of adjusting the reference positive profile (Rp) and the reference negative profile (Rn), the time for generating the positive profile and the negative profile can be dramatically shortened compared to a case in which the end voltage of the positive profile is not limited. This is because the number of a plurality of comparison profiles (R') to be compared with the battery profile (BP) is reduced due to the limitation condition that the end voltage of the positive profile is included in the positive voltage section (PR).
  • the voltage of the negative participation end point (nf') of the negative profile (Rn') is limited to within the negative voltage section (NR)
  • the voltage of the positive participation end point (pf') of the positive profile (Rp') may be included within the positive voltage section (PR).
  • the capacity difference between the negative participation start point (ni') and the negative termination end point (nf') of the negative profile (Rn') must correspond to the capacity (Qf-Qi) of the battery, the negative participation start point (ni') may be located on an excessively high voltage (or low capacity) side, or the scale of the reference negative profile (Rn) may be excessively changed (e.g., increased).
  • the positive electrode participation start point (pi') since the voltage difference between the positive electrode participation start point (pi') and the negative electrode participation start point (ni') must correspond to the starting voltage (Vi) of the battery profile, the positive electrode participation start point (pi') may be located on the high voltage (or high capacity) side, or the scale of the reference positive electrode profile (Rp) may be excessively changed (e.g., increased).
  • the battery information generation device (100) can generate the positive electrode profile of the battery more quickly and accurately by setting the adjustment conditions for the positive electrode profile instead of the negative electrode profile.
  • the profile acquisition unit (110) and/or control unit (120) provided in the battery information generation device (100) may optionally include a processor, an application-specific integrated circuit (ASIC), another chipset, a logic circuit, a register, a communication modem, a data processing device, etc. known in the art to execute various control logics performed in the present invention.
  • the control logic when the control logic is implemented in software, the profile acquisition unit (110) and/or the control unit (120) may be implemented as a set of program modules.
  • the program modules may be stored in a memory and executed by the profile acquisition unit (110) and/or the control unit (120).
  • the memory may be located inside or outside the profile acquisition unit (110) and/or the control unit (120), and may be connected to the profile acquisition unit (110) and/or the control unit (120) by various well-known means.
  • the battery information generation device (100) may further include a storage unit (130).
  • the storage unit (130) may store data or programs required for each component of the battery information generation device (100) to perform operations and functions, or data generated in the process of performing operations and functions.
  • the storage unit (130) is not particularly limited in type as long as it is a known information storage means known to be capable of recording, erasing, updating, and reading data.
  • the information storage means may include a random access memory (RAM), a flash memory, a read-only memory (ROM), an electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), a register, etc.
  • the storage unit (130) may store program codes defining processes executable by the profile acquisition unit (110) and the control unit (120).
  • the storage unit (130) may have information indicating the voltages of each of the reference positive electrode participation start point (pi0), the reference positive electrode participation end point (pf0), the reference negative electrode participation start point (ni0), and the reference negative electrode participation end point (nf0) pre-recorded.
  • the voltage difference between the reference positive electrode participation start point (pi0) and the reference negative electrode participation start point (ni0) may be equal to a first set voltage (e.g., 3.0 [V]).
  • the voltage difference between the reference positive electrode participation end point (pf0) and the reference negative electrode participation end point (nf0) may be equal to a second set voltage (e.g., 4.0 [V]).
  • the capacity interval after the target peak (tp) is known to be a region where the anode is the dominant reactant, while the cathode is less involved in the reaction. Due to this different reaction participation of the anode and cathode, the rate of change in voltage relative to capacity is not significant during the cathode plateau (RR).
  • the cathode plateau section (RR) can be preset as a capacity section in which the rate of change of voltage with respect to capacity is less than or equal to a preset reference ratio in the reference cathode profile (Rn).
  • the voltage change rate may be less than the reference rate in the capacity range of 35 [Ah] to about 60 [Ah]. Therefore, the capacity range of 35 [Ah] to about 60 [Ah] may be set as the cathode plateau range (RR).
  • the cathode plateau section (RR) may be preset as a capacity section greater than or equal to the capacity of a target peak (tp) included in a reference differential profile (DR) based on the reference anode profile (Rp) and the reference cathode profile (Rn).
  • the target peak (tp) may be set as a maximum point having the largest corresponding differential voltage among a plurality of maximum points included in the reference differential profile (DR).
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a reference differential profile (DR) according to one embodiment of the present invention.
  • the reference differential profile (DR) is a profile representing the correspondence between a capacity (Q) and a differential voltage (dV/dQ).
  • the differential voltage (dV/dQ) is a value obtained by differentiating the voltage (V) with respect to the capacity (Q), and represents the instantaneous rate of change of the voltage with respect to the capacity.
  • the reference differential profile (DR) according to the embodiment of Fig. 5 is a profile derived by differentiating the reference profile (R) according to the embodiment of Fig. 3 with respect to capacity.
  • the reference differential profile (DR) may include multiple minima and multiple maxima.
  • the local maxima with the largest corresponding differential voltage may be set as the target peak (tp).
  • the local maxima corresponding to the capacity Qk[Ah] may be determined as the target peak (tp).
  • the local maxima with the largest corresponding differential voltage may be set as the target peak (tp).
  • the target peak (tp) may be determined among multiple local maxima included in a capacity section greater than or equal to Qn[Ah].
  • control unit (120) adjusts the reference positive electrode profile (Rp) and the reference negative electrode profile (Rn) is described.
  • control unit (120) can generate an adjusted positive electrode profile (Rp') by shrinking or expanding the reference positive electrode profile (Rp) so that the size of the capacity range between two points (pi0, pf0) of the reference positive electrode profile (Rp) matches the size of the capacity range of the battery profile (BP). Accordingly, the capacity difference between the two points (pi', pf') of the adjusted positive electrode profile (Rp') can match the capacity range of the battery profile (BP).
  • control unit (120) can generate an adjusted negative profile (Rn') by shrinking or expanding the reference negative profile (Rn) so that the size of the capacity range between two points (ni, nf) of the reference negative profile (Rn) matches the size of the capacity range of the battery profile (BP). Accordingly, the capacity difference between the two points (ni', nf') of the adjusted negative profile (Rn') can match the capacity range of the battery profile (BP).
  • the adjusted anode profile (Rp') is a result of the contraction of the reference anode profile (Rp)
  • the adjusted cathode profile (Rn') is a result of the expansion of the reference cathode profile (Rn).
  • the positive participation end point (pf') on the adjusted positive profile (Rp') corresponds to the positive participation end point (pf) on the reference positive profile (Rp).
  • the negative participation end point (nf') on the adjusted negative profile (Rn') corresponds to the negative participation end point (nf) on the reference negative profile (Rn).
  • the capacity difference between the positive engagement start point (pi') and the positive engagement end point (pf') of the adjusted positive electrode profile (Rp') corresponds to the size of the capacity range of the battery profile (BP).
  • the capacity difference between the negative engagement start point (ni') and the negative engagement end point (nf') of the adjusted negative electrode profile (Rn') corresponds to the size of the capacity range of the battery profile (BP).
  • the capacity range by the two points (pi', pf') of the adjusted positive electrode profile (Rp') matches the capacity range by the two points (ni', nf') of the adjusted negative electrode profile (Rn').
  • the control unit (120) can generate a comparison profile (R') by subtracting the profile between the two points (pi', pf') of the adjusted positive electrode profile (Rp') from the profile between the two points (ni', nf') of the adjusted negative electrode profile (Rn').
  • the control unit (120) can calculate the error (profile error) between the battery profile (BP) and the comparison profile (R').
  • the control unit (120) can adjust the reference positive electrode profile (Rp) and the reference negative electrode profile (Rn) to generate a plurality of comparison profiles (R'), and calculate an error between each of the plurality of comparison profiles (R') and the battery profile (BP). Then, the control unit (120) can specify a comparison profile (R') having the smallest calculated error among the plurality of comparison profiles (R'). Finally, the control unit (120) can set the adjusted positive electrode profile (Rp') corresponding to the specified comparison profile (R') as the positive electrode profile of the battery, and set the corresponding adjusted negative electrode profile (Rn') as the negative electrode profile of the battery.
  • control unit (120) can map at least two of the adjusted positive profile (Rp'), the adjusted negative profile (Rn'), the positive engagement start point (pi'), the positive engagement end point (pf'), the negative engagement start point (ni'), the negative engagement end point (nf'), the first scale factor, the second scale factor, the comparison profile (R'), and the profile error to each other and record them in the storage unit (130).
  • the first scale factor may represent the ratio of the capacity difference between two points (pi', pf') to the capacity difference between two points (pi0, pf0).
  • the second scale factor may represent the ratio of the capacity difference between two points (ni', nf') to the capacity difference between two points (ni0, nf0).
  • the first scale factor is the ratio of the change of the adjusted anode profile (Rp') to the reference anode profile (Rp), which is the anode change ratio.
  • the second scale factor is the ratio of the change of the adjusted cathode profile (Rn') to the reference cathode profile (Rn), which is the cathode change ratio.
  • the control unit (120) can be configured to provide information about the battery by outputting the positive and negative profiles to the outside.
  • control unit (120) may be connected to an external device capable of diagnosing the condition of the battery, such that the control unit (120) can communicate with it via wired and/or wireless communication.
  • the control unit (120) may transmit a positive profile and/or a negative profile to the external device via wired and/or wireless communication.
  • the external device may include a diagnostic device or a server, and any device capable of diagnosing the condition of the battery by analyzing the positive profile and/or the negative profile may be applied without limitation.
  • the state of the battery can be diagnosed based on the positive profile and negative profile.
  • the battery information generation device (100) can improve the accuracy of battery status diagnosis by generating a positive profile and a negative profile used to diagnose the status of the battery.
  • the battery information generation device (100) according to the present invention can be applied to a BMS (Battery Management System).
  • the BMS according to the present invention can include the battery information generation device (100) described above.
  • at least some of the components of the battery information generation device (100) can be implemented by supplementing or adding to the functions of the components included in a conventional BMS.
  • the profile acquisition unit (110), control unit (120), and storage unit (130) of the battery information generation device (100) can be implemented as components of the BMS.
  • the battery information generation device (100) according to the present invention may be provided in a battery pack.
  • the battery pack according to the present invention may include the battery information generation device (100) described above and one or more battery cells.
  • the battery pack may further include electrical components (relays, fuses, etc.) and a case.
  • FIG. 6 is a drawing illustrating an exemplary configuration of a battery pack (10) including a battery information generation device (100) according to one embodiment of the present invention.
  • the positive terminal of the battery (11) can be connected to the positive terminal (P+) of the battery pack (10), and the negative terminal of the battery (11) can be connected to the negative terminal (P-) of the battery pack (10).
  • the measuring unit (12) can be connected to a first sensing line (SL1), a second sensing line (SL2), and a third sensing line (SL3).
  • the measuring unit (12) can be connected to a positive terminal of the battery (11) through the first sensing line (SL1), and can be connected to a negative terminal of the battery (11) through the second sensing line (SL2).
  • the measuring unit (12) can measure the voltage of the battery (11) based on the voltage measured at each of the first sensing line (SL1) and the second sensing line (SL2).
  • the measuring unit (12) can be connected to the current measuring unit (A) through the third sensing line (SL3).
  • the current measuring unit (A) can be an ammeter or a shunt resistor capable of measuring the charging current and discharging current of the battery (11).
  • the measuring unit (12) can measure the charging current of the battery (11) through the third sensing line (SL3) to calculate the charging amount.
  • the measuring unit (12) can measure the discharging current of the battery (11) through the third sensing line (SL3) to calculate the discharging amount.
  • the profile acquisition unit (110) can read or receive battery information regarding the voltage and current of the battery from the measurement unit (12). Then, the profile acquisition unit (110) can generate a battery profile (BP) based on the battery information.
  • BP battery profile
  • the profile acquisition unit (110) can read or receive a battery profile (BP) from the measurement unit (12).
  • BP battery profile
  • An external device may be connected to the positive terminal (P+) and negative terminal (P-) of the battery pack (10).
  • the external device may be a charging device or a load.
  • the positive terminal of the battery (11), the positive terminal (P+) of the battery pack (10), the external device, the negative terminal (P-) of the battery pack (10), and the negative terminal of the battery (11) may be electrically connected.
  • FIG. 7 is a schematic drawing of a vehicle (700) according to another embodiment of the present invention.
  • a battery pack (710) may be included in a vehicle (700), such as an electric vehicle (EV) or a hybrid vehicle (HV). Furthermore, the battery pack (710) may drive the vehicle (700) by supplying power to a motor through an inverter provided in the vehicle (700).
  • the battery pack (710) may include a battery information generation device (100).
  • the vehicle (700) may include a battery information generation device (100).
  • the battery information generation device (100) may be an onboard device included in the vehicle (700).
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a battery information generation method according to another embodiment of the present invention.
  • a battery information generation method may include a profile acquisition step (S100), a positive voltage section setting step (S200), a profile adjustment step (S300), and a profile generation step (S400).
  • Each step of the battery information generation method can be performed by the battery information generation device (100).
  • the battery information generation device (100) For convenience of explanation, any content that overlaps with the previously described content will be omitted or briefly described.
  • the profile acquisition step (S100) is a step of acquiring a battery profile (BP) indicating a correspondence between the capacity and voltage of a battery, and can be performed by a profile acquisition unit (110).
  • the profile acquisition unit (110) can directly read or receive a battery profile (BP) from the outside.
  • the profile acquisition unit (110) can acquire a battery profile (BP) by reading or receiving a battery profile (BP) while being connected to the outside via wire and/or wirelessly.
  • the profile acquisition unit (110) may generate a battery profile (BP) based on battery information regarding the voltage and capacity of the battery.
  • the profile acquisition unit (110) may acquire a battery profile (BP) by directly generating the battery profile (BP) based on the battery information.
  • the positive voltage section setting step (S200) is a step of setting a positive voltage section (PR) corresponding to the battery based on a preset negative voltage flat section (RR), and can be performed by the control unit (120).
  • the control unit (120) may be configured to set a negative voltage section (NR) corresponding to a negative plateau section (RR) and a positive voltage section (PR) based on the end voltage of the battery profile (BP).
  • NR negative voltage section
  • PR positive voltage section
  • control unit (120) may be configured to set the sum of the lower limit voltage of the negative voltage section (NR) and the end voltage of the battery profile (BP) as the lower limit voltage of the positive voltage section (PR).
  • control unit (120) may be configured to set the sum of the upper limit voltage of the negative voltage section (NR) and the end voltage of the battery profile (BP) as the upper limit voltage of the positive voltage section (PR).
  • the profile adjustment step (S300) is a step of adjusting a preset reference positive profile (Rp) and a reference negative profile (Rn) to correspond to a battery profile (BP) based on a positive voltage section (PR), and can be performed by the control unit (120).
  • the control unit (120) can adjust the reference anode profile (Rp) and the reference cathode profile (Rn) so that the voltage of the anode participation end point of the adjusted anode profile (Rp') is included within the anode voltage range (PR).
  • the profile creation step (S400) is a step of creating a positive profile and a negative profile of the battery based on the adjustment result of the profile adjustment step, and can be performed by the control unit (120).
  • control unit (120) can generate a plurality of comparison profiles (R') by shifting or capacity scaling the reference positive profile (Rp) and the reference negative profile (Rn), and can specify a comparison profile (R') among the plurality of comparison profiles (R') that has a minimum error with the battery profile (BP). Then, the control unit (120) can set an adjusted positive profile (Rp') corresponding to the specified comparison profile (R') as the positive profile of the battery. Then, the control unit (120) can set an adjusted negative profile (Rn') corresponding to the specified comparison profile (R') as the negative profile of the battery. For example, the adjusted positive profile (Rp') and the adjusted negative profile (Rn') corresponding to the specified comparison profile (R') can be estimated as the positive profile and negative profile of the battery, respectively.
  • the embodiments of the present invention described above are not implemented only through devices and methods, but may also be implemented through a program that realizes a function corresponding to the configuration of the embodiments of the present invention or a recording medium on which the program is recorded, and such implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs based on the description of the embodiments described above.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 정보 생성 장치는 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하도록 구성된 프로파일 획득부; 및 미리 설정된 음극 평탄 구간에 기반하여 상기 배터리에 대응되는 양극 전압 구간을 설정하고, 상기 양극 전압 구간에 기반하여, 미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 배터리 프로파일에 대응되도록 조정하며, 조정 결과에 따라 상기 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 정보 생성 장치 및 방법
본 출원은 2024년 1월 26일자 한국 특허 출원 제10-2024-0012350호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 배터리 정보 생성 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 상태를 보다 정확하게 반영하는 배터리 정보를 생성하는 배터리 정보 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 배터리는 고용량화 및 고밀도화 측면에서 많은 연구가 진행되고 있지만 수명과 안전성 향상 측면도 중요하다. 배터리의 안전성을 향상하기 위하여, 배터리의 현재 상태를 정확하게 진단하는 기술이 요구된다.
본 발명은, 배터리 상태 진단에 이용될 수 있는 보다 정확한 프로파일을 생성할 수 있는 배터리 정보 생성 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 여러 양태들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 여러 양태들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 정보 제공 장치는 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하도록 구성된 프로파일 획득부; 및 미리 설정된 음극 평탄 구간에 기반하여 상기 배터리에 대응되는 양극 전압 구간을 설정하고, 상기 양극 전압 구간에 기반하여, 미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 배터리 프로파일에 대응되도록 조정하며, 조정 결과에 따라 상기 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 음극 평탄 구간에 대응된 타겟 전압 구간과 상기 배터리 프로파일의 종료 전압에 기반하여 상기 양극 전압 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 타겟 전압 구간의 하한 전압과 상기 종료 전압을 합한 값을 상기 양극 전압 구간의 하한 전압으로 설정하고, 상기 타겟 전압 구간의 상한 전압과 상기 종료 전압을 합한 값을 상기 양극 전압 구간의 상한 전압으로 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 양극 프로파일의 종료 전압이 상기 양극 전압 구간에 포함되도록 상기 기준 양극 프로파일 및 상기 기준 음극 프로파일을 조정하도록 구성될 수 있다.
상기 음극 평탄 구간은, 상기 기준 음극 프로파일에서 용량에 대한 전압의 변화율이 미리 설정된 기준 비율 이하인 용량 구간으로 미리 설정될 수 있다.
상기 음극 평탄 구간은, 상기 기준 양극 프로파일과 상기 기준 음극 프로파일에 기반한 기준 미분 프로파일에 포함된 타겟 피크의 용량 이상의 용량 구간으로 미리 설정될 수 있다.
상기 타겟 피크는, 상기 기준 미분 프로파일에 포함된 복수의 극대점 중에서 대응되는 미분 전압이 가장 큰 극대점으로 설정될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 양극 프로파일 및 상기 음극 프로파일을 외부로 출력함으로써 상기 배터리에 대한 정보를 제공하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 정보 생성 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 자동차는 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 정보 생성 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 정보 생성 방법은 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하는 프로파일 획득 단계; 미리 설정된 음극 평탄 구간에 기반하여 상기 배터리에 대응되는 양극 전압 구간을 설정하는 양극 전압 구간 설정 단계; 상기 양극 전압 구간에 기반하여, 미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 배터리 프로파일에 대응되도록 조정하는 프로파일 조정 단계; 및 상기 프로파일 조정 단계의 조정 결과에 따라 상기 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하는 프로파일 생성 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하는 프로파일 획득 단계; 미리 설정된 음극 평탄 구간에 기반하여 상기 배터리에 대응되는 양극 전압 구간을 설정하는 양극 전압 구간 설정 단계; 상기 양극 전압 구간에 기반하여, 미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 배터리 프로파일에 대응되도록 조정하는 프로파일 조정 단계; 및 상기 프로파일 조정 단계의 조정 결과에 따라 상기 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하는 프로파일 생성 단계를 포함하는 배터리 정보 생성 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 정보 생성 장치는 양극 프로파일의 종료 전압이 양극 전압 구간에 포함되는 한정 조건을 부가하여 기준 양극 프로파일과 기준 음극 프로파일을 조정함으로써, 배터리에 대응되는 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하는 시간을 획기적으로 단축할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 정보 생성 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조정 결과를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 정보 생성 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 정보 생성 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 정보 생성 장치(100)는 프로파일 획득부(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.
여기서, 정보 생성의 타겟이 되는 배터리는 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지가 배터리로 간주될 수 있다. 또한, 배터리의 종류는 원통형(cylindrical type), 각형(prismatic type) 또는 파우치형(pouch type)일 수 있다. 또한, 배터리는 복수의 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 뱅크(battery bank), 배터리 모듈(battery module) 또는 배터리 팩(battery pack)을 의미할 수도 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 배터리가 하나의 독립된 셀을 의미하는 것으로 설명한다.
프로파일 획득부(110)는 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일(BP)을 획득하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 배터리 프로파일(BP)은 배터리의 SOC가 미리 설정된 충전 시작 SOC 또는 0%에서 미리 설정된 충전 종료 SOC 또는 100%까지 충전될 때의 전압(V)과 용량(Q) 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일이다. 다른 예로, 배터리 프로파일(BP)은 배터리의 SOC가 미리 설정된 방전 시작 SOC 또는 100%에서 미리 설정된 방전 종료 SOC 또는 0%까지 방전될 때의 전압(V)과 용량(Q) 간의 대응 관계를 나타낼 수도 있다.
예컨대, 배터리 프로파일(BP)을 생성하기 위한 충전 또는 방전에서의 C-rate에 특별한 제한은 없다. 다만, 보다 정확한 배터리 프로파일(BP)을 획득하기 위해서는 저율로 배터리를 충전 또는 방전시켜야 한다. 예컨대, 0.05C로 배터리를 충전 또는 방전시키는 과정에서, 배터리 프로파일(BP)이 생성될 수 있다.
예컨대, 프로파일 획득부(110)는 외부로부터 배터리의 배터리 프로파일(BP)을 직접 판독하거나 수신할 수 있다. 예컨대, 프로파일 획득부(110)는 외부와 유선 및/또는 무선으로 연결되어 배터리 프로파일(BP)을 판독하거나 수신함으로써, 배터리 프로파일(BP)을 획득할 수 있다.
다른 예로, 프로파일 획득부(110)는 배터리의 전압과 용량에 대한 배터리 정보에 기반하여 배터리 프로파일(BP)을 생성할 수 있다. 예를 들면, 프로파일 획득부(110)는 배터리 정보에 기반하여 배터리 프로파일(BP)을 직접 생성함으로써, 배터리 프로파일(BP)을 획득할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 프로파일(BP)을 개략적으로 도시한 도면이다. 배터리 프로파일(BP)은 가로축인 X축이 용량(Q, capacity)으로 설정되고, 세로축인 Y축이 전압(V, voltage)으로 설정된 X-Y 그래프로 표현될 수 있다.
예를 들면, 배터리 프로파일(BP)의 시작 전압(예컨대, 배터리의 충전 시작 전압)은 Vi[V]이고, 종료 전압(예컨대, 배터리의 충전 종료 전압)은 Vf[V]이다. 배터리 프로파일(BP)의 시작 용량(예컨대, 배터리의 충전 시작 용량)은 Qi[Ah]이고, 종료 용량(예컨대, 배터리의 충전 종료 용량)은 Qf[Ah]이다.
도 2의 실시예에서, 배터리 프로파일(BP)의 시작 전압(Vi)은 3.0[V]이고, 종료 전압(Vf)은 4.0[V]이다. 그리고, 배터리 프로파일(BP)의 시작 용량(Qi)은 5[Ah]이고, 종료 용량(Qf)은 45[Ah]이다.
프로파일 획득부(110)는 제어부(120)와 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 예컨대, 프로파일 획득부(110)는 제어부(120)와 유선 및/또는 무선으로 연결될 수 있다. 이 같은 연결을 통해 프로파일 획득부(110)는 획득한 배터리 프로파일(BP)을 제어부(120)로 송신할 수 있다. 다른 예로서, 제어부(120)는 필요한 시점에 프로파일 획득부(110)로부터 배터리 프로파일(BP)을 읽어올 수 있다.
제어부(120)는 미리 설정된 음극 평탄 구간(RR)에 기반하여 배터리에 대응되는 양극 전압 구간(PR)을 설정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 음극 평탄 구간(RR)은 음극의 용량 증가에 따른 음극의 전압 변화가 미미한 용량 구간으로 이 같은 구건은 미리 설정될 수 있다. 예컨대, 용량에 대한 전압의 변화가 일정 수준 이하인 용량 구간이 음극 평탄 구간(RR)으로 미리 설정될 수 있다. 음극 평탄 구간(RR)에 대한 실시예는 후술한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 개략적으로 도시한 도면이다. 예컨대, 도 3의 실시예에서, 기준 음극 프로파일(Rn)에서 용량에 대한 음극 전압의 변화가 일정 수준 이하인 용량 구간(35[Ah] 내지 약 60[Ah])이 음극 평탄 구간(RR)으로 미리 설정될 수 있다.
먼저, 제어부(120)는 음극 평탄 구간(RR)에 대응된 음극 전압 구간(NR)과 배터리 프로파일(BP)의 종료 전압에 기반하여 양극 전압 구간(PR)을 설정하도록 구성될 수 있다.
미리 설정된 기준 음극 프로파일(Rn)에 대하여 음극 평탄 구간(RR)의 하한 용량 및 상한 용량이 설정될 수 있다. 그리고, 음극 전압 구간(NR)은 음극 평탄 구간(RR)의 상한 용량에 대응되는 전압부터 하한 용량에 대응되는 전압을 포함하는 전압 구간으로 설정될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 음극 평탄 구간(RR)의 하한 용량은 35[Ah]이고, 상한 용량은 약 60[Ah]이다. 그리고, 하한 용량에 대응되는 전압은 Vb[V]이고, 상한 용량에 대응되는 전압은 Va[V]이다. 따라서, 음극 전압 구간(NR)은 Va 내지 Vb의 전압 구간으로 설정될 수 있다.
동일한 용량을 기준으로 양극 전압과 음극 전압의 차이는 배터리의 전압을 나타낸다. 다른 말로 설명하면, 동일한 용량을 기준으로 배터리의 전압과 음극 전압이 합은 양극 전압을 나타낸다. 따라서, 제어부(120)는 배터리의 전압, 양극 전압 및 음극 전압의 상관 관계를 고려하여, 음극 전압 구간(NR)에 포함된 전압과 배터리의 전압에 따라 양극 전압 구간(PR)을 설정할 수 있다.
일반적으로, 배터리의 충전 과정에서 음극의 반응이 종료되는 용량은 음극 평탄 구간(RR)에 포함된다. 또한, 배터리의 방전 과정에서 음극의 반응이 시작되는 용량은 음극 평탄 구간(RR)에 포함된다. 예컨대, 배터리 프로파일(BP)의 종료 전압(Vf)에 대응되는 음극 전압은 음극 전압 구간(NR)에 포함된다. 여기서, 양극 전압은 배터리의 전압과 음극 전압을 합한 값이기 때문에, 배터리 프로파일(BP)의 종료 전압(Vf)에 대응되는 양극 전압은 배터리 프로파일(BP)의 종료 전압(Vf)과 음극 전압 구간(NR)을 합한 양극 전압 구간(PR)에 포함될 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 음극 평탄 구간(RR)에 대응되는 음극 전압 구간(NR)과 배터리 프로파일(BP)의 종료 전압(Vf)을 합하여 양극 전압 구간(PR)을 설정할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 음극 전압 구간(NR)의 하한 전압과 배터리 프로파일(BP)의 종료 전압을 합한 값을 양극 전압 구간(PR)의 하한 전압으로 설정하도록 구성될 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 음극 전압 구간(NR)의 상한 전압과 배터리 프로파일(BP)의 종료 전압을 합한 값을 양극 전압 구간(PR)의 상한 전압으로 설정하도록 구성될 수 있다.
도 2 및 도 3의 실시예에서, 배터리 프로파일(BP)의 종료 전압은 Vf[V]이고, 음극 전압 구간(NR)의 하한 전압은 Va[V]이며, 음극 전압 구간(NR)의 상한 전압은 Vb[V]이다. 제어부(120)는 배터리 프로파일(BP)의 종료 전압(Vf)과 음극 전압 구간(NR)의 하한 전압(Va)을 합한 값을 양극 전압 구간(PR)의 하한 전압(Vc)로 설정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 배터리 프로파일(BP)의 종료 전압(Vf)과 음극 전압 구간(NR)의 상한 전압(Vb)을 합한 값을 양극 전압 구간(PR)의 상한 전압(Vd)로 설정할 수 있다. 예를 들면, "Vc=Vf+Va"의 수식에 따라 양극 전압 구간(PR)의 하한 전압(Vc)이 설정되고, "Vd=Vf+Vb"의 수식에 따라 양극 전압 구간(PR)의 상한 전압(Vd)이 설정될 수 있다.
제어부(120)는 양극 전압 구간(PR)에 기반하여, 미리 설정된 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 배터리 프로파일(BP)에 대응되도록 조정하고, 조정 결과에 따라 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
여기서, 기준 양극 프로파일(Rp)이란, 배터리의 양극에 대응되도록 미리 설정된 기준 양극 셀의 용량 및 전압 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일일 수 있다. 예컨대, 기준 양극 셀은 양극 코인 하프 셀 또는 3 전극 셀의 양극일 수 있다. 그리고, 기준 음극 프로파일(Rn)이란, 배터리의 음극에 대응되도록 미리 설정된 기준 음극 셀의 용량 및 전압 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일일 수 있다. 예컨대, 기준 음극 셀은 음극 코인 하프 셀 또는 3 전극 셀의 음극일 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 기준 양극 프로파일(Rp)에는 양극 참여 개시점(pi0) 및 양극 참여 종료점(pf0)이 포함되고, 기준 음극 프로파일(Rn)에는 음극 참여 개시점(ni0) 및 음극 참여 종료점(nf0)이 포함될 수 있다. 그리고, 기준 프로파일(R)의 시작 전압은 양극 참여 개시점(pi0)과 음극 참여 개시점(ni0) 간의 전압차에 대응되고, 기준 프로파일(R)의 종료 전압은 양극 참여 종료점(pf0)과 음극 참여 종료점(nf0) 간의 전압차에 대응된다. 여기서, 음극 참여 종료점(nf0)의 용량은 음극 평탄 구간(RR)에 포함될 수 있다. 그리고, 양극 참여 종료점(pf0)의 전압은 양극 전압 구간(PR)에 포함될 수 있다.
제어부(120)는 배터리 프로파일(BP)에 대응되도록 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정할 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정하여, 조정 양극 프로파일(Rp')과 조정 음극 프로파일(Rn')을 생성할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 조정 양극 프로파일(Rp')과 조정 음극 프로파일(Rn')로부터 비교 프로파일(R')을 생성할 수 있다. 제어부(120)는 비교 프로파일(R')이 배터리 프로파일(BP)에 대응될 때까지 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)을 반복적으로 조정할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)을 시프트(Shift)하거나 용량 스케일링을 하여 복수의 비교 프로파일(R')을 생성하고, 복수의 비교 프로파일(R') 중에서 배터리 프로파일(BP)과의 오차(예컨대, 평균 제곱근 오차(RMSE, root mean squared error))가 최소가 되는 비교 프로파일(R')을 특정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 특정된 비교 프로파일(R')에 대응되는 조정 양극 프로파일(Rp')을 배터리의 양극 프로파일로 설정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 특정된 비교 프로파일(R')에 대응되는 조정 음극 프로파일(Rn')을 배터리의 음극 프로파일로 설정할 수 있다. 예컨대, 특정된 비교 프로파일(R')에 대응된 조정 양극 프로파일(Rp') 및 조정 음극 프로파일(Rn') 각각이 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일로 추정될 수 있다.
일 실시예에 따라, 제어부(120)는 양극 프로파일의 종료 전압이 양극 전압 구간(PR)에 포함되도록 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 조정 양극 프로파일(Rp')의 양극 참여 종료점의 전압이 양극 전압 구간(PR) 내에 포함되도록 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조정 결과를 개략적으로 도시한 도면이다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 기준 양극 프로파일(Rp)이 조정되어 조정 양극 프로파일(Rp')이 생성되고, 기준 음극 프로파일(Rn)이 조정되어 조정 음극 프로파일(Rn')이 생성될 수 있다. 조정 양극 프로파일(Rp')에는 양극 참여 개시점(pi') 및 양극 참여 종료점(pf')이 포함되고, 조정 음극 프로파일(Rn')에는 음극 참여 개시점(ni') 및 음극 참여 종료점(nf')이 포함된다. 그리고, 비교 프로파일(R')의 시작 전압은 양극 참여 개시점(pi')과 음극 참여 개시점(ni') 간의 전압차에 대응되고, 비교 프로파일(R')의 종료 전압은 양극 참여 종료점(pf')과 음극 참여 종료점(nf') 간의 전압차에 대응된다. 여기서, 조정 양극 프로파일(Rp')의 양극 참여 종료점(pf')의 전압은 양극 전압 구간(PR)에 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 정보 생성 장치(100)는 양극 프로파일의 종료 전압이 양극 전압 구간(PR)에 포함되는 한정 조건을 부가하여 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 배터리 정보 생성 장치(100)는 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)의 조정 과정에서 양극 프로파일의 종료 전압이 양극 전압 구간(PR)을 벗어나는 경우는 고려하지 않기 때문에, 양극 프로파일의 종료 전압이 한정되지 않은 경우보다 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하는 시간을 획기적으로 단축할 수 있다. 이는, 양극 프로파일의 종료 전압이 양극 전압 구간(PR)에 포함되는 한정 조건에 의하여 배터리 프로파일(BP)과 비교되는 복수의 비교 프로파일(R')의 개수가 줄어들기 때문이다.
그리고, 도 2 및 4를 참조하면, 음극 전압 구간(NR)과 양극 전압 구간(PR)의 크기가 동일하더라도, 대응되는 용량 구간은 상당한 차이가 있다. 이는, 용량에 대한 양극 전압의 변화에 비하면, 용량에 대한 음극 전압의 변화가 매우 작기 때문이다. 예를 들면, 음극 프로파일의 종료 전압을 음극 전압 구간(NR) 내에서 한정하는 것보다 양극 프로파일의 종료 전압을 양극 전압 구간(PR) 내에서 한정하는 것이, 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)의 조정 조건을 더욱 한정하는 것이다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 음극 프로파일(Rn')의 음극 참여 종료점(nf')의 전압을 음극 전압 구간(NR) 내로 한정된다면, 양극 프로파일(Rp')의 양극 참여 종료점(pf')의 전압은 양극 전압 구간(PR) 내에 포함될 수 있다. 하지만, 음극 프로파일(Rn')의 음극 참여 개시점(ni')과 음극 종료 종료점(nf')의 용량차는 배터리의 용량(Qf-Qi)에 대응되어야 하기 때문에, 음극 참여 개시점(ni')이 지나치게 고전압(또는 저용량) 측에 위치하거나, 기준 음극 프로파일(Rn)의 스케일이 지나치게 변경(예컨대, 증가)될 수 있다. 그리고, 양극 참여 개시점(pi')과 음극 참여 개시점(ni')의 전압차는 배터리 프로파일의 시작 전압(Vi)에 대응되어야 하기 때문에, 양극 참여 개시점(pi')은 고전압(또는 고용량) 측에 위치하거나, 기준 양극 프로파일(Rp)의 스케일이 지나치게 변경(예컨대, 증가)될 수 있다. 예컨대, 음극 평탄 구간(RR)에서는 용량에 대한 음극 전압의 변화율이 매우 작기 때문에, 음극 프로파일(Rn')의 음극 참여 종료점(nf')의 전압을 음극 전압 구간(NR) 내로 한정한다면 비교 프로파일(R')의 도출이 용이하지 않다. 따라서, 배터리 정보 생성 장치(100)는 음극 프로파일 대신 양극 프로파일에 대한 조정 조건을 설정함으로써, 배터리의 양음극 프로파일을 보다 신속하고 정확하게 생성할 수 있다.
한편, 배터리 정보 생성 장치(100)에 구비된 프로파일 획득부(110) 및/또는 제어부(120)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 프로파일 획득부(110) 및/또는 제어부(120)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 프로파일 획득부(110) 및/또는 제어부(120)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 프로파일 획득부(110) 및/또는 제어부(120) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로파일 획득부(110) 및/또는 제어부(120)와 연결될 수 있다.
또한, 배터리 정보 생성 장치(100)는 저장부(130)를 더 포함할 수 있다. 저장부(130)는 배터리 정보 생성 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장부(130)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM(Random access memory), 플래쉬 메모리, ROM(Read-only memory), EEPROM(Electrically erasable programmable read-only memory), 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(130)는 프로파일 획득부(110) 및 제어부(120)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 저장부(130)에는 기준 양극 참여 개시점(pi0), 기준 양극 참여 종료점(pf0), 기준 음극 참여 개시점(ni0), 기준 음극 참여 종료점(nf0) 각각의 전압을 나타내는 정보가 미리 기록되어 있을 수 있다. 그리고, 기준 양극 참여 개시점(pi0)과 기준 음극 참여 개시점(ni0) 간의 전압차는 제1 설정 전압(예, 3.0[V])과 동일할 수 있다. 기준 양극 참여 종료점(pf0) 및 기준 음극 참여 종료점(nf0) 간의 전압차는 제2 설정 전압(예, 4.0[V])과 동일할 수 있다.
이하에서는 도 3 및 도 5를 참조하여, 음극 평탄 구간(RR)을 설명한다.
일반적으로, 타겟 피크(tp) 이후의 용량 구간에서는 양극이 주도적으로 반응하고, 음극은 반응에 덜 참여하는 구간으로 알려져 있다. 이 같은 양극과 음극의 상이한 반응 참여도에 기인하여, 음극 평탄 구간(RR)에서는 용량에 대한 전압의 변화율이 크지 않게 나타난다.
일 실시예에서, 음극 평탄 구간(RR)은 기준 음극 프로파일(Rn)에서 용량에 대한 전압의 변화율이 미리 설정된 기준 비율 이하인 용량 구간으로 미리 설정될 수 있다.
도 3의 실시예에서, 35[Ah]부터 약 60[Ah]의 용량 구간에서는 전압의 변화율이 기준 비율 이하일 수 있다. 따라서, 35[Ah]부터 약 60[Ah]의 용량 구간이 음극 평탄 구간(RR)으로 설정될 수 있다.
다른 실시예에서, 음극 평탄 구간(RR)은 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)에 기반한 기준 미분 프로파일(DR)에 포함된 타겟 피크(tp)의 용량 이상의 용량 구간으로 미리 설정될 수 있다. 여기서, 타겟 피크(tp)는 기준 미분 프로파일(DR)에 포함된 복수의 극대점 중에서 대응되는 미분 전압이 가장 큰 극대점으로 설정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 미분 프로파일(DR)을 개략적으로 도시한 도면이다. 기준 미분 프로파일(DR)은 용량(Q)과 미분 전압(dV/dQ) 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일이다. 여기서, 미분 전압(dV/dQ)은 전압(V)을 용량(Q)으로 미분한 값으로, 용량에 대한 전압의 순간 변화율을 의미한다.
도 5의 실시예에 따른 기준 미분 프로파일(DR)은 도 3의 실시예에 따른 기준 프로파일(R)을 용량에 대해 미분하여 도출되는 프로파일이다. 기준 미분 프로파일(DR)에는 복수의 극소점 및 복수의 극대점이 포함될 수 있다.
예컨대, 복수의 극대점 중에서 대응되는 미분 전압이 가장 큰 극대점이 타겟 피크(tp)로 설정될 수 있다. 도 5의 실시예에서, 복수의 극대점 중에서 용량 Qk[Ah]에 대응되는 극대점이 타겟 피크(tp)로 결정될 수 있다.
다른 예로, 복수의 극소점 중에서 대응되는 미분 전압이 가장 작은 극소점의 용량 이상의 용량 구간에서, 대응되는 미분 전압이 가장 큰 극대점이 타겟 피크(tp)로 설정될 수 있다. 도 5의 실시예에서, 복수의 극소점 중에서 용량 Qn[Ah]에 대응되는 극소점의 미분 전압이 가장 작다. 따라서, Qn[Ah] 이상의 용량 구간에 포함된 복수의 극대점 중에서 타겟 피크(tp)가 결정될 수 있다.
이하에서는 제어부(120)가 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정하는 실시예를 설명한다.
도 4를 참조하면, 제어부(120)는, 기준 양극 프로파일(Rp)의 두 지점(pi0, pf0) 간의 용량 범위의 사이즈가 배터리 프로파일(BP)의 용량 범위의 사이즈에 일치하도록, 기준 양극 프로파일(Rp)을 수축 또는 확대하여, 조정 양극 프로파일(Rp')을 생성할 수 있다. 이에 따라, 조정 양극 프로파일(Rp')의 두 지점(pi', pf') 간의 용량차는 배터리 프로파일(BP)의 용량 범위에 일치하게 될 수 있다.
또한, 제어부(120)는, 기준 음극 프로파일(Rn)의 두 지점(ni, nf) 간의 용량 범위의 사이즈도 배터리 프로파일(BP)의 용량 범위의 사이즈에 일치하도록, 기준 음극 프로파일(Rn)을 수축 또는 확대하여, 조정 음극 프로파일(Rn')을 생성할 수 있다. 이에 따라, 조정 음극 프로파일(Rn')의 두 지점(ni', nf') 간의 용량차는 배터리 프로파일(BP)의 용량 범위에 일치하게 될 수 있다.
도 4에 있어서, 조정 양극 프로파일(Rp')은 기준 양극 프로파일(Rp)이 수축된 결과이고, 조정 음극 프로파일(Rn')은 기준 음극 프로파일(Rn)이 확대된 결과이다.
조정 양극 프로파일(Rp') 상의 양극 참여 종료점(pf')은 기준 양극 프로파일(Rp) 상의 양극 참여 종료점(pf)에 대응한다. 조정 음극 프로파일(Rn') 상의 음극 참여 종료점(nf')은 기준 음극 프로파일(Rn) 상의 음극 참여 종료점(nf)에 대응한다.
조정 양극 프로파일(Rp')의 양극 참여 개시점(pi')과 양극 참여 종료점(pf') 간의 용량차는, 배터리 프로파일(BP)의 용량 범위의 사이즈에 일치한다. 마찬가지로, 조정 음극 프로파일(Rn')의 음극 참여 개시점(ni')과 음극 참여 종료점(nf') 간의 용량차는, 배터리 프로파일(BP)의 용량 범위의 사이즈에 일치한다.
또한, 조정 양극 프로파일(Rp')의 두 지점(pi', pf')에 의한 용량 범위는 조정 음극 프로파일(Rn')의 두 지점(ni', nf')에 의한 용량 범위에 일치한다. 제어부(120)는, 조정 양극 프로파일(Rp')의 두 지점(pi', pf') 사이의 프로파일을 조정 음극 프로파일(Rn')의 두 지점(ni', nf') 사이의 프로파일로부터 차감하여, 비교 프로파일(R')을 생성할 수 있다.
제어부(120)는 배터리 프로파일(BP)과 비교 프로파일(R') 간의 오차(프로파일 오차)를 연산할 수 있다.
제어부(120)는 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정하며 복수의 비교 프로파일(R')을 생성하고, 복수의 비교 프로파일(R') 각각과 배터리 프로파일(BP) 간의 오차를 연산할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 복수의 비교 프로파일(R') 중 연산된 오차가 가장 작은 비교 프로파일(R')을 특정할 수 있다. 마지막으로, 제어부(120)는 특정된 비교 프로파일(R')에 대응되는 조정 양극 프로파일(Rp')을 배터리의 양극 프로파일로 설정하고, 대응되는 조정 음극 프로파일(Rn')을 배터리의 음극 프로파일로 설정할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 조정 양극 프로파일(Rp'), 조정 음극 프로파일(Rn'), 양극 참여 개시점(pi'), 양극 참여 종료점(pf'), 음극 참여 개시점(ni'), 음극 참여 종료점(nf'), 제1 스케일 팩터, 제2 스케일 팩터, 비교 프로파일(R') 및 프로파일 오차 중 적어도 둘을 상호 매핑하여, 저장부(130)에 기록할 수 있다.
제1 스케일 팩터는, 두 지점(pi0, pf0) 간의 용량차에 대한 두 지점(pi', pf') 간의 용량차의 비율을 나타낼 수 있다. 제2 스케일 팩터는, 두 지점(ni0, nf0) 간의 용량차에 대한 두 지점(ni', nf') 간의 용량차의 비율을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 제1 스케일 팩터는 기준 양극 프로파일(Rp)에 대한 조정 양극 프로파일(Rp')의 변경 비율로서, 양극 변경 비율이다. 제2 스케일 팩터는 기준 음극 프로파일(Rn)에 대한 조정 음극 프로파일(Rn')의 변경 비율로서, 음극 변경 비율이다.
제어부(120)는 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 외부로 출력함으로써 배터리에 대한 정보를 제공하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 제어부(120)는 배터리의 상태를 진단할 수 있는 외부 장치와 유선 및/또는 무선으로 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 제어부(120)는 유선 및/또는 무선 통신을 통해 외부 장치로 양극 프로파일 및/또는 음극 프로파일을 송신할 수 있다. 예컨대, 외부 장치는 진단 장치 또는 서버를 포함하며, 양극 프로파일 및/또는 음극 프로파일을 분석하여 배터리의 상태를 진단할 수 있는 장치라면 제한 없이 적용될 수 있다.
양극 프로파일 및 음극 프로파일은 배터리의 현재 상태를 나타내는 것으로 추정되는 프로파일이기 때문에, 양극 프로파일 및 음극 프로파일에 기반하여 배터리의 상태가 진단될 수 있다.
이와같이, 배터리 정보 생성 장치(100)는 배터리의 상태를 진단하는데 이용되는 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성함으로써, 배터리의 상태 진단의 정확도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 정보 생성 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 정보 생성 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 정보 생성 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 정보 생성 장치(100)의 프로파일 획득부(110), 제어부(120) 및 저장부(130)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 정보 생성 장치(100)는, 배터리 팩에 구비될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 정보 생성 장치(100) 및 하나 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 정보 생성 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(10)의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
배터리(11)의 양극 단자는 배터리 팩(10)의 양극 단자(P+)와 연결되고, 배터리(11)의 음극 단자는 배터리 팩(10)의 음극 단자(P-)와 연결될 수 있다.
측정부(12)는 제1 센싱 라인(SL1), 제2 센싱 라인(SL2) 및 제3 센싱 라인(SL3)과 연결될 수 있다. 예를 들면, 측정부(12)는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 배터리(11)의 양극 단자에 연결되고, 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 배터리(11)의 음극 단자에 연결될 수 있다. 측정부(12)는 제1 센싱 라인(SL1)과 제2 센싱 라인(SL2) 각각에서 측정된 전압에 기반하여, 배터리(11)의 전압을 측정할 수 있다.
그리고, 측정부(12)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 전류 측정 유닛(A)과 연결될 수 있다. 예컨대, 전류 측정 유닛(A)은 배터리(11)의 충전 전류 및 방전 전류를 측정할 수 있는 전류계 또는 션트 저항일 수 있다. 측정부(12)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해서 배터리(11)의 충전 전류를 측정하여 충전량을 산출할 수 있다. 또한, 측정부(12)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해서 배터리(11)의 방전 전류를 측정하여 방전량을 산출할 수 있다.
예컨대, 프로파일 획득부(110)는 측정부(12)로부터 배터리의 전압 및 전류에 대한 배터리 정보를 판독하거나 수신할 수 있다. 그리고, 프로파일 획득부(110)는 배터리 정보에 기반하여 배터리 프로파일(BP)을 생성할 수 있다.
다른 예로, 프로파일 획득부(110)는 측정부(12)로부터 배터리 프로파일(BP)을 판독하거나 수신할 수 있다.
배터리 팩(10)의 양극 단자(P+)와 음극 단자(P-)에는 외부 장치가 연결될 수 있다. 예컨대, 외부 장치는 충전 장치 또는 부하일 수 있다. 그리고, 배터리(11)의 양극 단자, 배터리 팩(10)의 양극 단자(P+), 외부 장치, 배터리 팩(10)의 음극 단자(P-) 및 배터리(11)의 음극 단자는 전기적으로 연결될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차(700)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(710)은 전기 자동차(Electric vehicle, EV)나 하이브리드 자동차(Hybrid vehicle, HV)와 같은 자동차(700)에 포함될 수도 있다. 그리고, 배터리 팩(710)은 자동차(700)에 구비된 인버터를 통해 모터에 전력을 공급함으로써, 자동차(700)를 구동시킬 수 있다. 여기서, 배터리 팩(710)에는 배터리 정보 생성 장치(100)가 포함될 수 있다. 예를 들면, 자동차(700)에는 배터리 정보 생성 장치(100)가 포함될 수 있다. 이 경우, 배터리 정보 생성 장치(100)는 자동차(700)에 포함된 온 보드 장치일 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 정보 생성 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 배터리 정보 생성 방법은 프로파일 획득 단계(S100), 양극 전압 구간 설정 단계(S200), 프로파일 조정 (S300) 단계 및 프로파일 생성 단계(S400)를 포함할 수 있다.
배터리 정보 생성 방법의 각 단계는 배터리 정보 생성 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
프로파일 획득 단계(S100)는 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일(BP)을 획득하는 단계로서, 프로파일 획득부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 프로파일 획득부(110)는 외부로부터 배터리 프로파일(BP)을 직접 판독하거나 수신할 수 있다. 예컨대, 프로파일 획득부(110)는 외부와 유선 및/또는 무선으로 연결되어 배터리 프로파일(BP)을 판독하거나 수신함으로써, 배터리 프로파일(BP)을 획득할 수 있다.
다른 예로, 프로파일 획득부(110)는 배터리의 전압과 용량에 대한 배터리 정보에 기반하여 배터리 프로파일(BP)을 생성할 수 있다. 예를 들면, 프로파일 획득부(110)는 배터리 정보에 기반하여 배터리 프로파일(BP)을 직접 생성함으로써, 배터리 프로파일(BP)을 획득할 수 있다.
양극 전압 구간 설정 단계(S200)는 미리 설정된 음극 평탄 구간(RR)에 기반하여 배터리에 대응되는 양극 전압 구간(PR)을 설정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
제어부(120)는 음극 평탄 구간(RR)에 대응된 음극 전압 구간(NR)과 배터리 프로파일(BP)의 종료 전압에 기반하여 양극 전압 구간(PR)을 설정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 음극 전압 구간(NR)의 하한 전압과 배터리 프로파일(BP)의 종료 전압을 합한 값을 양극 전압 구간(PR)의 하한 전압으로 설정하도록 구성될 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 음극 전압 구간(NR)의 상한 전압과 배터리 프로파일(BP)의 종료 전압을 합한 값을 양극 전압 구간(PR)의 상한 전압으로 설정하도록 구성될 수 있다.
프로파일 조정 단계(S300)는 양극 전압 구간(PR)에 기반하여, 미리 설정된 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 배터리 프로파일(BP)에 대응되도록 조정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
제어부(120)는 조정 양극 프로파일(Rp')의 양극 참여 종료점의 전압이 양극 전압 구간(PR) 내에 포함되도록 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정할 수 있다.
프로파일 생성 단계(S400)는 프로파일 조정 단계의 조정 결과에 따라 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)을 시프트하거나 용량 스케일링을 하여 복수의 비교 프로파일(R')을 생성하고, 복수의 비교 프로파일(R') 중에서 배터리 프로파일(BP)과의 오차가 최소가 되는 비교 프로파일(R')을 특정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 특정된 비교 프로파일(R')에 대응되는 조정 양극 프로파일(Rp')을 배터리의 양극 프로파일로 설정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 특정된 비교 프로파일(R')에 대응되는 조정 음극 프로파일(Rn')을 배터리의 음극 프로파일로 설정할 수 있다. 예컨대, 특정된 비교 프로파일(R')에 대응된 조정 양극 프로파일(Rp') 및 조정 음극 프로파일(Rn') 각각이 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일로 추정될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
(부호의 설명)
10: 배터리 팩
11: 배터리
12: 측정부
100: 배터리 정보 제공 장치
110: 프로파일 획득부
120: 제어부
130: 저장부
700: 자동차
710: 배터리 팩

Claims (12)

  1. 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하도록 구성된 프로파일 획득부; 및
    미리 설정된 음극 평탄 구간에 기반하여 상기 배터리에 대응되는 양극 전압 구간을 설정하고, 상기 양극 전압 구간에 기반하여, 미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 배터리 프로파일에 대응되도록 조정하며, 조정 결과에 따라 상기 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하도록 구성된 제어부를 포함하는 배터리 정보 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 음극 평탄 구간에 대응된 타겟 전압 구간과 상기 배터리 프로파일의 종료 전압에 기반하여 상기 양극 전압 구간을 설정하도록 구성된 배터리 정보 생성 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 타겟 전압 구간의 하한 전압과 상기 종료 전압을 합한 값을 상기 양극 전압 구간의 하한 전압으로 설정하고, 상기 타겟 전압 구간의 상한 전압과 상기 종료 전압을 합한 값을 상기 양극 전압 구간의 상한 전압으로 설정하도록 구성된 배터리 정보 생성 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 양극 프로파일의 종료 전압이 상기 양극 전압 구간에 포함되도록 상기 기준 양극 프로파일 및 상기 기준 음극 프로파일을 조정하도록 구성된 배터리 정보 생성 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 음극 평탄 구간은,
    상기 기준 음극 프로파일에서 용량에 대한 전압의 변화율이 미리 설정된 기준 비율 이하인 용량 구간으로 미리 설정된 배터리 정보 생성 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 음극 평탄 구간은,
    상기 기준 양극 프로파일과 상기 기준 음극 프로파일에 기반한 기준 미분 프로파일에 포함된 타겟 피크의 용량 이상의 용량 구간으로 미리 설정된 배터리 정보 생성 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 타겟 피크는,
    상기 기준 미분 프로파일에 포함된 복수의 극대점 중에서 대응되는 미분 전압이 가장 큰 극대점으로 설정된 배터리 정보 생성 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 양극 프로파일 및 상기 음극 프로파일을 외부로 출력함으로써 상기 배터리에 대한 정보를 제공하도록 구성된 배터리 정보 생성 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 정보 생성 장치를 포함하는 배터리 팩.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 정보 생성 장치를 포함하는 자동차.
  11. 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하는 프로파일 획득 단계;
    미리 설정된 음극 평탄 구간에 기반하여 상기 배터리에 대응되는 양극 전압 구간을 설정하는 양극 전압 구간 설정 단계;
    상기 양극 전압 구간에 기반하여, 미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 배터리 프로파일에 대응되도록 조정하는 프로파일 조정 단계; 및
    상기 프로파일 조정 단계의 조정 결과에 따라 상기 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하는 프로파일 생성 단계를 포함하는 배터리 정보 생성 방법.
  12. 배터리의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 획득하는 프로파일 획득 단계;
    미리 설정된 음극 평탄 구간에 기반하여 상기 배터리에 대응되는 양극 전압 구간을 설정하는 양극 전압 구간 설정 단계;
    상기 양극 전압 구간에 기반하여, 미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 배터리 프로파일에 대응되도록 조정하는 프로파일 조정 단계; 및
    상기 프로파일 조정 단계의 조정 결과에 따라 상기 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 생성하는 프로파일 생성 단계를 포함하는 배터리 정보 생성 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
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