WO2025178356A1 - 배터리 용량 추정 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 용량 추정 장치 및 방법

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WO2025178356A1
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김영덕
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최순주
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Definitions

  • the present invention provides a battery capacity estimation device and method for estimating the capacity of a battery using a non-destructive method.
  • a battery capacity estimation device may include a measuring unit configured to measure a pack capacity of a battery pack and a voltage of each of a plurality of batteries included in the battery pack during a charging/discharging process; and a control unit configured to calculate a relative capacity ratio between the plurality of batteries based on a voltage section of each of the plurality of batteries, and to estimate a capacity of each of the plurality of batteries based on the pack capacity and the relative capacity ratio.
  • the control unit may be configured to determine a voltage range of each of the plurality of batteries, adjust the determined plurality of voltage ranges to correspond to each other, calculate a change rate of each of the plurality of batteries, and calculate the relative capacity ratio for each of the plurality of batteries based on the calculated plurality of change rates.
  • the control unit may be configured to set one of the plurality of voltage sections as a reference voltage section and adjust the plurality of voltage sections to correspond to the reference voltage section to calculate the plurality of change ratios.
  • the control unit may be configured to set one of the plurality of change ratios as a reference change ratio, and calculate the relative capacity ratio for each of the plurality of batteries based on the plurality of change ratios and the reference change ratio.
  • the control unit may be configured to calculate the ratio of the reference change ratio to each of the plurality of change ratios to obtain the relative capacity ratio for each of the plurality of batteries.
  • the above control unit may be configured to set the largest value among the plurality of change ratios as the reference change ratio.
  • the control unit may be configured to estimate the capacity of each of the plurality of batteries by multiplying the pack capacity and the relative capacity ratio.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include a battery capacity estimation device according to one aspect of the present invention.
  • a vehicle according to another aspect of the present invention may include a battery capacity estimation device according to one aspect of the present invention.
  • a battery capacity estimation method may include a measuring step of measuring a pack capacity of a battery pack and the voltage of each of a plurality of batteries included in the battery pack during a charging/discharging process; a relative capacity ratio calculation step of calculating a relative capacity ratio between the plurality of batteries based on a voltage section of each of the plurality of batteries; and a capacity estimation step of estimating the capacity of each of the plurality of batteries based on the pack capacity and the relative capacity ratio.
  • a non-transitory computer-readable storage medium can store a program for executing a battery capacity estimation method, including a measuring step of measuring a pack capacity of a battery pack and a voltage of each of a plurality of batteries included in the battery pack during a charging/discharging process; a relative capacity ratio calculation step of calculating a relative capacity ratio between the plurality of batteries based on a voltage section of each of the plurality of batteries; and a capacity estimation step of estimating a capacity of each of the plurality of batteries based on the pack capacity and the relative capacity ratio.
  • the capacity (maximum capacity) of each of the plurality of batteries can be accurately estimated.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a battery capacity estimation device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the capacities of the first to third batteries according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a drawing showing in more detail the capacities of the first to third batteries according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic drawing of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic drawing of a vehicle according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a battery capacity estimation method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a battery capacity estimation device (100) according to one embodiment of the present invention.
  • a battery capacity estimation device (100) may include a measuring unit (110) and a control unit (120).
  • the measuring unit (110) may be configured to measure the pack capacity (Qp) of the battery pack and the voltage of each of the plurality of batteries included in the battery pack during the charging and discharging process.
  • the measuring unit (110) is described below as measuring the pack capacity (Qp) of the battery pack and the voltage of each of the plurality of batteries during the charging process.
  • a battery is a physically separate, independent cell with a positive and negative terminal.
  • a lithium-ion battery or a lithium polymer battery may be considered a battery.
  • Batteries may be cylindrical, prismatic, or pouch-shaped.
  • the term "battery" will be used herein to refer to a single, independent cell.
  • a battery pack may directly include a plurality of battery cells.
  • a battery pack may include one or more battery banks and/or one or more battery modules, each of which includes a plurality of battery cells.
  • a battery pack may be a battery bank or a battery module, each of which includes a plurality of battery cells.
  • the term "battery pack" in this specification may be applied without limitation to any cell group that includes a plurality of battery cells.
  • the plurality of batteries included in the battery pack may be configured to be connected in series and/or parallel with each other.
  • the battery pack may include a plurality of batteries connected in series.
  • the measuring unit (110) can calculate the charging current applied to the battery pack until the voltage (or SOC) of the battery pack reaches a preset charging start voltage (or charging start SOC) and a preset charging end voltage (or charging end SOC). In addition, the measuring unit (110) can calculate the pack capacity (Qp) of the battery pack by integrating the charging current calculated during the charging process.
  • the measuring unit (110) can measure the first voltage and the second voltage of each of the plurality of batteries included in the battery pack.
  • the first voltage is the voltage of each battery when charging of the battery pack begins
  • the second voltage is the voltage of each battery when charging of the battery pack ends.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the capacities of first to third batteries (B1, B2, B3) according to one embodiment of the present invention.
  • the first battery (B1), the second battery (B2), and the third battery (B3) are battery cells included in a specific battery pack and are connected in series with each other.
  • the first voltage of the first battery (B1) is Vi1 [V], and the second voltage is Vf1 [V].
  • the voltage of the first battery (B1) may increase from Vi1 [V] to Vf1 [V].
  • the first voltage of the second battery (B2) is Vi2 [V]
  • the second voltage is Vf2 [V].
  • the first voltage of the third battery (B3) is Vi3 [V]
  • the second voltage is Vf3 [V].
  • the first to third batteries (B1, B2, B3) are connected in series with each other, so that the capacity of the first to third batteries (B1, B2, B3) is equal to the pack capacity (Qp) of the battery pack.
  • the control unit (120) may be configured to calculate a relative capacity ratio between the plurality of batteries (B1, B2, B3) based on the voltage range of each of the plurality of batteries (B1, B2, B3).
  • the control unit (120) may be configured to determine a voltage range of each of the plurality of batteries (B1, B2, B3).
  • the voltage range refers to a voltage range of the battery while charging and discharging of the battery pack is in progress.
  • the ranges of the first voltage and the second voltage correspond to the voltage ranges of the batteries.
  • the voltage range of the first battery (B1) is Vi1[V] to Vf1[V]
  • the voltage range of the second battery (B2) is Vi2[V] to Vf2[V]
  • the voltage range of the third battery (B3) is Vi3[V] to Vf3[V].
  • the control unit (120) can be configured to adjust a plurality of determined voltage sections to correspond to each other and calculate a change ratio of each of the plurality of batteries (B1, B2, B3).
  • control unit (120) may be configured to set one of the voltage sections for each of the plurality of batteries (B1, B2, B3) as a reference voltage section.
  • control unit (120) may be configured to calculate a change rate for each of the plurality of batteries (B1, B2, B3) by adjusting the plurality of voltage sections to correspond to the set reference voltage section.
  • control unit (120) can adjust the first and second voltages of the plurality of voltage sections to correspond to the first and second voltages of the preset reference voltage section, and calculate the rate at which each of the plurality of voltage sections changes during the adjustment process.
  • the rate of change is a scale factor of the voltage sections for the plurality of batteries (B1, B2, B3) with respect to the preset reference voltage section.
  • control unit (120) calculates the change ratio of each of the plurality of batteries (B1, B2, B3).
  • the control unit (120) may be configured to calculate a relative capacity ratio for each of the plurality of batteries (B1, B2, B3) based on the calculated plurality of change ratios.
  • the relative capacity ratio represents the relative capacity ratio between the plurality of batteries (B1, B2, B3). For example, the larger the relative capacity ratio, the larger the capacity of the corresponding battery, and the smaller the relative capacity ratio, the smaller the capacity of the corresponding battery.
  • control unit (120) may be configured to set any one of a plurality of change ratios as a reference change ratio (CSref).
  • control unit (120) may be configured to calculate a relative capacity ratio for each of the plurality of batteries (B1, B2, B3) based on the plurality of change ratios and the preset reference change ratio (CSref).
  • control unit (120) may be configured to calculate a ratio of a reference change ratio (CSref) to each of the change ratios of the plurality of batteries (B1, B2, B3) to produce a relative capacity ratio for each of the plurality of batteries.
  • CSref a reference change ratio
  • the plurality of batteries (B1, B2, B3) can be charged by the pack capacity (Qp) of the battery pack.
  • the charge capacity of each of the plurality of batteries (B1, B2, B3) is the same.
  • the capacity (maximum capacity) of each of the plurality of batteries (B1, B2, B3) may be different from each other. Therefore, the control unit (120) can estimate the maximum capacity of each of the plurality of batteries (B1, B2, B3) based on the pack capacity (Qp) and the relative capacity ratio.
  • the battery capacity estimation device (100) can estimate the capacity (maximum capacity) of each of the plurality of batteries (B1, B2, B3) connected in series based on the pack capacity (Qp) and the relative capacity ratio.
  • the battery capacity estimation device (100) has the advantage of being able to accurately estimate the capacity (maximum capacity) of each of the plurality of batteries (B1, B2, B3) even without individually charging and discharging the plurality of batteries (B1, B2, B3).
  • the control unit (120) provided in the battery capacity estimation device (100) may optionally include a processor, an application-specific integrated circuit (ASIC), various chipsets, logic circuits, registers, communication modems, data processing devices, etc. known in the art to execute various control logics performed in the present invention.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • 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 control unit (120).
  • the memory may be located inside or outside the control unit (120) and may be connected to the control unit (120) by various well-known means.
  • the battery capacity estimation 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 capacity estimation 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 RAM (Random Access Memory), a flash memory, a ROM (Read-Only Memory), an EEPROM (Electronically-Erasable Programmable Read-Only Memory), a register, etc.
  • the storage unit (130) may store program codes defining processes executable by the control unit (120).
  • information about the pack capacity (Qp) of the battery pack measured by the measuring unit (110) and the voltages of the plurality of batteries (B1, B2, B3) can be stored in the storage unit (130). Then, the control unit (120) can access the storage unit (130) and obtain information used to estimate the capacities of the plurality of batteries (B1, B2, B3).
  • control unit (120) can calculate a change rate of each of the plurality of batteries (B1, B2, B3) by adjusting the sizes of the plurality of voltage sections to correspond to the sizes of the preset reference voltage sections.
  • control unit (120) may be configured to calculate an interval value representing the size of each of a plurality of voltage intervals. For example, the control unit (120) may calculate the interval value of a voltage interval by calculating the difference between a first voltage and a second voltage of the voltage interval.
  • control unit (120) can calculate the difference between the first voltage (Vi1) and the second voltage (Vf1) of the first battery (B1) and calculate the interval value as R1 [V].
  • the control unit (120) can calculate the difference between the first voltage (Vi2) and the second voltage (Vf2) of the second battery (B2) and calculate the interval value as R2 [V].
  • the control unit (120) can calculate the difference between the first voltage (Vi3) and the second voltage (Vf3) of the third battery (B3) and calculate the interval value as R3 [V].
  • the reference interval value of the reference voltage interval is greater than the interval value of the first voltage interval, less than the interval value of the second voltage interval, and equal to the third voltage interval. Since the interval value of the first voltage interval must increase to correspond to the reference interval value of the reference voltage interval, the change ratio of the first voltage interval may exceed 100%. In addition, since the interval value of the second voltage interval must decrease to correspond to the reference interval value of the reference voltage interval, the change ratio of the second voltage interval may be less than 100%. In addition, since the interval value of the third voltage interval is equal to the reference interval value of the reference voltage interval, the change ratio of the third voltage interval is 100%.
  • control unit (120) can calculate the change ratio of the first battery (B1) as CS1[%] by calculating the formula “R1 ⁇ Rref”, calculate the change ratio of the second battery (B2) as CS2[%] by calculating the formula “R2 ⁇ Rref”, and calculate the change ratio of the third battery (B3) as CS3[%] by calculating the formula “R3 ⁇ Rref”.
  • control unit (120) calculates the relative capacity ratio of multiple batteries.
  • the control unit (120) may be configured to set the largest value among multiple change ratios as the reference change ratio (CSref).
  • Charging of a battery pack ends when the most degraded battery among the multiple batteries is fully charged.
  • the pack capacity (Qp) of the battery pack corresponds to the capacity of the most degraded battery among the multiple batteries.
  • the charging of the most degraded battery is completed first, so the section value and change rate of the most degraded battery are greater than those of other batteries.
  • control unit (120) can set the largest value among the multiple change ratios as the reference change ratio (CSref).
  • control unit (120) can calculate the ratio of the reference change ratio (CSref) to the change ratio of each of the plurality of batteries, thereby calculating the relative capacity ratio of each of the plurality of batteries.
  • a battery capacity estimation device (100) can estimate the capacity of each remaining battery based on the capacity of the most degraded battery (pack capacity (Qp)) by setting the largest value among multiple change rates as a reference change rate (CSref). In this way, the battery capacity estimation device (100) has the advantage of being able to accurately estimate the capacity of multiple batteries by taking into account the charge/discharge characteristics of batteries connected in series.
  • FIG. 3 is a drawing showing in more detail the capacities of the first to third batteries (B1, B2, B3) according to one embodiment of the present invention.
  • the first voltage of the first battery (B1) is 3 [V]
  • the second voltage is 4.17 [V]
  • the interval value is 1.17 [V].
  • the first voltage of the second battery (B2) is 3 [V]
  • the second voltage is 4.2 [V]
  • the interval value is 1.2 [V].
  • the first voltage of the third battery (B3) is 3 [V]
  • the second voltage is 4.19 [V]
  • the interval value is 1.19 [V].
  • the pack capacity (Qp) of the battery pack is 13,165 mAh.
  • the control unit (120) sets the section value (1.17 [V]) of the first battery (B1) among the section values of the first to third batteries (B1, B2, B3) as the reference section value (Rref), and calculates the ratio of each section value to the reference section value (Rref) to calculate the change ratio of the first to third batteries (B1, B2, B3).
  • the reference section value (Rref) is arbitrarily set among the section values of the first to third batteries (B1, B2, B3), and may be set as the section value of the second battery (B2) or the section value of the third battery (B3).
  • control unit (120) can calculate the formula "1.17 ⁇ 1.17” to calculate the change ratio of the first battery (B1) as 100%.
  • the control unit (120) can calculate the formula "1.2 ⁇ 1.17” to calculate the change ratio of the second battery (B2) as 102.56%.
  • the control unit (120) can calculate the formula "1.19 ⁇ 1.17” to calculate the change ratio of the third battery (B3) as 101.71%.
  • control unit (120) sets the change ratio of the second battery (B2) as the reference change ratio (CSref) because the change ratio of the second battery (B2) is the largest at 102.56%, and calculates the ratio of the reference change ratio (CSref) for each change ratio to calculate the relative capacity ratio of the first to third batteries (B1, B2, B3).
  • control unit (120) can calculate the formula of "102.56 ⁇ 100” to calculate the relative capacity ratio of the first battery (B1) as 102.56%, and can calculate the formula of "102.56 ⁇ 102.56” to calculate the relative capacity ratio of the second battery (B2) as 100[%].
  • the control unit (120) can calculate the formula of "102.56 ⁇ 101.71” to calculate the relative capacity ratio of the third battery (B3) as 100.84%.
  • the capacity of the first battery (B1) is 2.56% larger than the capacity of the second battery (B2)
  • the capacity of the third battery (B3) is 0.84% larger than the capacity of the second battery (B2).
  • the control unit (120) can calculate the capacity of each of the plurality of batteries by multiplying the pack capacity (Qp) of 13,165 mAh by the relative capacity ratio of each of the plurality of batteries.
  • control unit (120) can calculate the formula "13,165 ⁇ 102.56%” to calculate the capacity of the first battery (B1) as 13,502.6 mAh.
  • control unit (120) can calculate the formula "13,165 ⁇ 100%” to calculate the capacity of the second battery (B2) as 13,165 mAh.
  • the control unit (120) can calculate the formula "13,165 ⁇ 100.84%" to calculate the capacity of the third battery (B3) as 13,275.6 mAh.
  • the battery capacity estimation 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 capacity estimation device (100) described above.
  • at least some of the components of the battery capacity estimation device (100) can be implemented by supplementing or adding to the functions of the components included in a conventional BMS.
  • the measurement unit (110), control unit (120), and storage unit (130) of the battery capacity estimation device (100) can be implemented as components of the BMS.
  • the battery capacity estimation device (100) according to the present invention may be installed in a battery pack.
  • the battery pack according to the present invention may include the battery capacity estimation 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. 4 is a schematic drawing of a battery pack (10) according to another embodiment of the present invention.
  • the battery pack (10) may include a plurality of batteries (B).
  • the plurality of batteries (B) include a first battery (B1), a second battery (B2), and a third battery (B3).
  • the first battery (B1), the second battery (B2), and the third battery (B3) may be connected in series with each other.
  • the positive terminal of the first battery (B1) can be connected to the positive terminal (P+) of the battery pack (10), and the negative terminal of the third battery (B3) can be connected to the negative terminal (P-) of the battery pack (10).
  • the measuring unit (110) can be connected to the first to fifth sensing lines (SL1 to SL5).
  • the measuring unit (110) can measure the voltage of the first battery (B1) through the first sensing line (SL1) and the second sensing line (SL2).
  • the measuring unit (110) can measure the voltage of the second battery (B2) through the second sensing line (SL2) and the third sensing line (SL3).
  • the measuring unit (110) can measure the voltage of the third battery (B3) through the third sensing line (SL3) and the fourth sensing line (SL4).
  • the measuring unit (110) can be connected to the current measuring unit (A) through the fifth sensing line (SL5).
  • the current measuring unit (A) can be an ammeter or a shunt resistor capable of measuring the charging current and the discharging current of the plurality of batteries (B).
  • the measuring unit (110) can measure the charging current of the plurality of batteries (B) through the fifth sensing line (SL5) to calculate the charging amount.
  • the measuring unit (110) can measure the discharging current of the plurality of batteries (B) through the fifth sensing line (SL5) to calculate the discharging amount.
  • FIG. 5 is a schematic drawing of a vehicle (500) according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a battery capacity estimation method according to another embodiment of the present invention.
  • Each step of the battery capacity estimation method of the present invention can be performed by the battery capacity estimation device (100).
  • the battery capacity estimation device 100.
  • any content that overlaps with the previously described content will be omitted or briefly described.
  • the control unit (120) may be configured to estimate the capacity of each of the plurality of batteries (B1, B2, B3) by multiplying the pack capacity (Qp) and the relative capacity ratio of each battery.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 용량 추정 장치는 충방전 과정에서 배터리 팩의 팩 용량 및 상기 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 각각의 전압을 측정하도록 구성된 측정부; 및 상기 복수의 배터리 각각의 전압 구간에 기반하여 상기 복수의 배터리 간의 상대 용량 비율을 산출하고, 상기 팩 용량과 상기 상대 용량 비율에 따라 상기 복수의 배터리 각각의 용량을 추정하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 용량 추정 장치 및 방법
본 출원은 2024년 02월 21일 자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2024-0025269호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 용량 추정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 용량을 추정하는 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.
배터리는 사용될수록 상태가 퇴화되는 특성이 있기 때문에, 배터리의 상태(또는 수명)를 진단(또는 예측 진단)하기 위해서는 배터리의 현재 상태를 정확하게 파악하는 것이 필요하다. 하지만, 배터리가 제조된 이후에는, 배터리를 분해하여 분석하는 것이 용이하지 않기 때문에, 배터리의 현재 상태를 정확하게 측정 및 진단하는 데에 어려움이 있다.
따라서, 비파괴적인 방식을 이용하여 배터리의 현재 상태를 보다 정확하게 추정할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명은 비파괴적인 방식을 이용하여 배터리의 용량을 추정하는 배터리 용량 추정 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 용량 추정 장치는 충방전 과정에서 배터리 팩의 팩 용량 및 상기 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 각각의 전압을 측정하도록 구성된 측정부; 및 상기 복수의 배터리 각각의 전압 구간에 기반하여 상기 복수의 배터리 간의 상대 용량 비율을 산출하고, 상기 팩 용량과 상기 상대 용량 비율에 따라 상기 복수의 배터리 각각의 용량을 추정하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 각각의 전압 구간을 결정하고, 결정된 복수의 전압 구간을 서로 대응되도록 조정하여 상기 복수의 배터리 각각의 변경 비율을 산출하며, 산출된 복수의 변경 비율에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각에 대한 상기 상대 용량 비율을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 전압 구간 중 어느 하나를 기준 전압 구간으로 설정하고, 상기 복수의 전압 구간을 상기 기준 전압 구간에 대응되도록 조정하여 상기 복수의 변경 비율을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 전압 구간 각각의 크기를 나타내는 구간값을 산출하고, 상기 복수의 전압 구간 각각의 구간값에 대한 상기 기준 전압 구간의 구간값의 비율을 계산하여 상기 복수의 변경 비율을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 변경 비율 중 어느 하나를 기준 변경 비율로 설정하고, 상기 복수의 변경 비율과 상기 기준 변경 비율에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각에 대한 상기 상대 용량 비율을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 변경 비율 각각에 대한 상기 기준 변경 비율의 비율을 계산하여 상기 복수의 배터리 각각에 대한 상기 상대 용량 비율을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 변경 비율 중에서 가장 큰 값을 상기 기준 변경 비율로 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 팩 용량과 상기 상대 용량 비율을 곱하여 상기 복수의 배터리 각각의 용량을 추정하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 배터리는, 서로 직렬로 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 용량 추정 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 자동차는 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 용량 추정 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 용량 추정 방법은 충방전 과정에서 배터리 팩의 팩 용량 및 상기 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 각각의 전압을 측정하는 측정 단계; 상기 복수의 배터리 각각의 전압 구간에 기반하여 상기 복수의 배터리 간의 상대 용량 비율을 산출하는 상대 용량 비율 산출 단계; 및 상기 팩 용량과 상기 상대 용량 비율에 따라 상기 복수의 배터리 각각의 용량을 추정하는 용량 추정 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 충방전 과정에서 배터리 팩의 팩 용량 및 상기 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 각각의 전압을 측정하는 측정 단계; 상기 복수의 배터리 각각의 전압 구간에 기반하여 상기 복수의 배터리 간의 상대 용량 비율을 산출하는 상대 용량 비율 산출 단계; 및 상기 팩 용량과 상기 상대 용량 비율에 따라 상기 복수의 배터리 각각의 용량을 추정하는 용량 추정 단계를 포함하는 배터리 용량 추정 방법을 실행하기 위한 프로그램을 저장할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 배터리의 충방전이 개별적으로 진행되지 않더라도, 복수의 배터리 각각의 용량(최대 용량)이 정확하게 추정될 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 용량 추정 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제3 배터리의 용량을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제3 배터리의 용량을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 용량 추정 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 가장 바람직한 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 구체적인 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 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 용량 추정 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 용량 추정 장치(100)는 측정부(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.
측정부(110)는 충방전 과정에서 배터리 팩의 팩 용량(Qp) 및 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 각각의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 측정부(110)가 충전 과정에서의 배터리 팩의 팩 용량(Qp)과 복수의 배터리 각각의 전압을 측정하는 것으로 설명한다.
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. 배터리의 종류는 원통형(cylindrical type), 각형(prismatic type) 또는 파우치형(pouch type)일 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 배터리는 하나의 독립된 셀을 의미하는 것으로 설명한다.
예컨대, 배터리 팩은 복수의 배터리 셀을 직접 포함할 수 있다. 다른 예로, 배터리 팩은 복수의 배터리 셀을 포함하는 하나 이상의 배터리 뱅크 및/또는 하나 이상의 배터리 모듈을 포함할 수도 있다. 또 다른 예로, 배터리 팩은 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 뱅크(battery bank) 또는 배터리 모듈(battery module)일 수도 있다. 이와 같이, 본 명세서에서의 배터리 팩은 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 그룹이라면 제한 없이 적용될 수 있다.
배터리 팩에 포함된 복수의 배터리는 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 따라, 배터리 팩은 직렬로 연결된 복수의 배터리를 포함할 수 있다.
측정부(110)는 배터리 팩의 전압(또는 SOC)이 미리 설정된 충전 시작 전압(또는 충전 시작 SOC)부터 미리 설정된 충전 종료 전압(또는 충전 종료 SOC)에 도달할 때까지 배터리 팩으로 인가되는 충전 전류를 산출할 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 충전 과정에서 산출된 충전 전류를 적산하여 배터리 팩의 팩 용량(Qp)을 산출할 수 있다.
측정부(110)는 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 각각의 제1 전압과 제2 전압을 측정할 수 있다. 여기서, 제1 전압은 배터리 팩의 충전이 시작될 때의 각 배터리의 전압이고, 제2 전압은 배터리 팩의 충전이 종료될 때의 각 배터리의 전압이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제3 배터리(B1, B2, B3)의 용량을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 제1 배터리(B1), 제2 배터리(B2) 및 제3 배터리(B3)는 특정한 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀로서, 서로 직렬로 연결되어 있다.
도 2를 참조하면, 제1 배터리(B1)의 제1 전압은 Vi1[V]이고, 제2 전압은 Vf1[V]이다. 배터리 팩의 충전 과정에서, 제1 배터리(B1)의 전압은 Vi1[V]부터 Vf1[V]까지 증가될 수 있다. 마찬가지로, 제2 배터리(B2)의 제1 전압은 Vi2[V]이고, 제2 전압은 Vf2[V]이다. 또한, 제3 배터리(B3)의 제1 전압은 Vi3[V]이고, 제2 전압은 Vf3[V]이다.
일 실시예에 따라, 제1 내지 제3 배터리(B1, B2, B3)는 서로 직렬로 연결되어 있으므로, 제1 내지 제3 배터리(B1, B2, B3)의 용량은 배터리 팩의 팩 용량(Qp)과 동일하다.
제어부(120)는 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 전압 구간에 기반하여 복수의 배터리(B1, B2, B3) 간의 상대 용량 비율을 산출하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따라 제어부(120)는 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 전압 구간을 결정하도록 구성될 수 있다. 여기서, 전압 구간은 배터리 팩의 충방전이 진행되는 동안의 배터리의 전압 구간을 의미한다. 예컨대, 도 2의 실시예에서, 제1 전압 내지 제2 전압의 구간이 배터리의 전압 구간에 해당한다. 제1 배터리(B1)의 전압 구간은 Vi1[V] 내지 Vf1[V]이고, 제2 배터리(B2)의 전압 구간은 Vi2[V] 내지 Vf2[V]이며, 제3 배터리(B3)의 전압 구간은 Vi3[V] 내지 Vf3[V]이다.
제어부(120)는 결정된 복수의 전압 구간을 서로 대응되도록 조정하여 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 변경 비율을 산출하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 제어부(120)는 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각에 대한 전압 구간 중 어느 하나를 기준 전압 구간으로 설정하도록 구성될 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 복수의 전압 구간을 설정된 기준 전압 구간에 대응되도록 조정하여 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각에 대한 변경 비율을 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 복수의 전압 구간의 제1 전압과 제2 전압을 미리 설정된 기준 전압 구간의 제1 전압과 제2 전압에 대응되도록 조정하고, 조정 과정에서 복수의 전압 구간 각각이 변경되는 비율을 산출할 수 있다. 예를 들면, 변경 비율은 미리 설정된 기준 전압 구간에 대한 복수의 배터리(B1, B2, B3)에 대한 전압 구간의 스케일 팩터이다.
제어부(120)가 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 변경 비율을 산출하는 실시예는 후술한다.
제어부(120)는 산출된 복수의 변경 비율에 기반하여 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각에 대한 상대 용량 비율을 산출하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상대 용량 비율은 복수의 배터리(B1, B2, B3) 간의 용량 비율을 상대적으로 나타낸 것이다. 예컨대, 상대 용량 비율이 클수록 해당 배터리의 용량이 크고, 상대 용량 비율이 작을수록 해당 배터리의 용량이 작다.
일 실시예에 따라, 제어부(120)는 복수의 변경 비율 중 어느 하나를 기준 변경 비율(CSref)로 설정하도록 구성될 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 복수의 변경 비율과 미리 설정된 기준 변경 비율(CSref)에 기반하여 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각에 대한 상대 용량 비율을 산출하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 제어부(120)는 복수의 배터리(B1, B2, B3)의 변경 비율 각각에 대한 기준 변경 비율(CSref)의 비율을 계산하여 복수의 배터리 각각에 대한 상대 용량 비율을 산출하도록 구성될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 배터리(B1)의 변경 비율(CS1), 제2 배터리(B2)의 변경 비율(CS2) 및 제3 배터리(B3)의 변경 비율(CS3) 중 어느 하나를 기준 변경 비율(CSref)로 설정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 "CSref÷CS1"의 수식을 계산하여, 제1 배터리(B1)의 상대 용량 비율을 RC1[%]로 산출할 수 있다. 제어부(120)는 "CSref÷CS2"의 수식을 계산하여, 제2 배터리(B2)의 상대 용량 비율을 RC2[%]로 산출할 수 있다. 제어부(120)는 "CSref÷CS3"의 수식을 계산하여, 제3 배터리(B3)의 상대 용량 비율을 RC3[%]로 산출할 수 있다.
다른 예로, 제어부(120)는 제1 배터리(B1)의 변경 비율(CS1), 제2 배터리(B2)의 변경 비율(CS2) 및 제3 배터리(B3)의 변경 비율(CS3)의 평균값을 기준 변경 비율(CSref)로 설정할 수도 있다.
제어부(120)는 팩 용량(Qp)과 상대 용량 비율에 따라 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 용량을 추정하도록 구성될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 복수의 배터리(B1, B2, B3)는 서로 직렬로 연결되었기 때문에, 배터리 팩의 팩 용량(Qp)만큼 복수의 배터리(B1, B2, B3)가 충전될 수 있다. 예를 들면, 배터리 팩의 충전이 종료된 시점에서 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 충전 용량은 동일하다. 다만, 복수의 배터리(B1, B2, B3)는 서로 퇴화도가 상이할 수 있기 때문에, 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 용량(최대 용량)은 서로 상이할 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 팩 용량(Qp)과 상대 용량 비율에 기반하여 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 최대 용량을 추정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 제어부(120)는 팩 용량(Qp)과 상대 용량 비율을 곱하여 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 용량을 추정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 배터리 팩의 팩 용량을 Qp라고 가정한다. 제어부(120)는 "Qp×RC1"의 수식을 계산하여, 제1 배터리(B1)의 용량을 Q1[mAh]로 추정할 수 있다. 제어부(120)는 "Qp×RC2"의 수식을 계산하여, 제2 배터리(B2)의 용량을 Q2[mAh]로 추정할 수 있다. 제어부(120)는 "Qp×RC3"의 수식을 계산하여, 제3 배터리(B3)의 용량을 Q3[mAh]로 추정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 용량 추정 장치(100)는 팩 용량(Qp)과 상대 용량 비율에 기반하여, 서로 직렬로 연결된 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 용량(최대 용량)을 추정할 수 있다. 또한, 배터리 용량 추정 장치(100)는 복수의 배터리(B1, B2, B3)의 충방전을 개별적으로 진행하지 않더라도, 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 용량(최대 용량)을 정확하게 추정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 배터리 용량 추정 장치(100)에 의해 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 용량이 추정되기 때문에, 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 퇴화도가 추정될 수 있다. 예컨대, 설계 용량과 현재 용량 간의 비교를 통해 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 퇴화도가 추정될 수 있다. 이와 같이, 배터리 용량 추정 장치(100)에 따르면, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 용량 및 퇴화도가 추정될 수 있기 때문에, 각각의 배터리의 상태가 보다 정확하게 진단될 수 있다.
배터리 용량 추정 장치(100)에 구비된 제어부(120)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다양한 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(120)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(120)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(120) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(120)와 연결될 수 있다.
배터리 용량 추정 장치(100)는 저장부(130)를 더 포함할 수 있다. 저장부(130)는 배터리 용량 추정 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 (Flash Memory), ROM (Read-Only Memory), EEPROM (Electronically-Erasable Programmable Read-Only Memory), 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(130)는 제어부(120)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 측정부(110)에 의해 측정되는 배터리 팩의 팩 용량(Qp) 및 복수의 배터리(B1, B2, B3)의 전압 등에 대한 정보가 저장부(130)에 저장될 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 저장부(130)에 접근(access)하여 복수의 배터리(B1, B2, B3)의 용량을 추정하는 데 이용되는 정보들을 획득할 수 있다.
이하에서는, 제어부(120)가 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 변경 비율을 산출하는 실시예를 설명한다.
일 실시예에 따라, 제어부(120)는 복수의 전압 구간의 크기를 미리 설정된 기준 전압 구간의 구간 크기에 대응되도록 조정하여, 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 변경 비율을 산출할 수 있다.
먼저, 제어부(120)는 복수의 전압 구간 각각의 크기를 나타내는 구간값을 산출하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 전압 구간의 제1 전압과 제2 전압 간의 차이를 계산하여, 전압 구간의 구간값을 산출할 수 있다.
도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 배터리(B1)의 제1 전압(Vi1)과 제2 전압(Vf1)의 차이를 계산하여, 구간값을 R1[V]로 산출할 수 있다. 제어부(120)는 제2 배터리(B2)의 제1 전압(Vi2)과 제2 전압(Vf2)의 차이를 계산하여, 구간값을 R2[V]로 산출할 수 있다. 제어부(120)는 제3 배터리(B3)의 제1 전압(Vi3)과 제2 전압(Vf3)의 차이를 계산하여, 구간값을 R3[V]로 산출할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 미리 설정된 기준 전압 구간의 기준 구간값(Rref)에 대한 복수의 전압 구간 각각의 구간값의 비율을 계산하여 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각에 대한 변경 비율을 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 기준 전압 구간의 기준 구간값이 제1 전압 구간의 구간값보다 크고, 제2 전압 구간의 구간값보다 작고, 제3 전압 구간과 동일하다고 가정한다. 제1 전압 구간의 구간값은 기준 전압 구간의 기준 구간값에 대응되도록 증가해야 하므로, 제1 전압 구간의 변경 비율은 100%를 초과할 수 있다. 그리고, 제2 전압 구간의 구간값은 기준 전압 구간의 기준 구간값에 대응되도록 감소해야 하므로, 제2 전압 구간의 변경 비율은 100% 미만일 수 있다. 그리고, 제3 전압 구간의 구간값은 기준 전압 구간의 기준 구간값과 동일하므로, 제3 전압 구간의 변경 비율은 100%이다.
도 2의 실시예에서, 제1 내지 제3 배터리(B1, B2, B3)의 전압 구간 중 어느 하나가 기준 전압 구간으로 설정되었다고 가정한다. 제어부(120)는 제1 내지 제3 배터리(B1, B2, B3) 각각의 전압 구간의 구간값을 기준 전압 구간의 기준 구간값(Rref)으로 나누어서, 제1 내지 제3 배터리(B1, B2, B3) 각각의 변경 비율을 산출할 수 있다. 예를 들면, 제어부(120)는 "R1÷Rref"의 수식을 계산하여 제1 배터리(B1)의 변경 비율을 CS1[%]로 산출하고, "R2÷Rref"의 수식을 계산하여 제2 배터리(B2)의 변경 비율을 CS2[%]로 산출하며, "R3÷Rref"의 수식을 계산하여 제3 배터리(B3)의 변경 비율을 CS3[%]로 산출할 수 있다.
이하에서는, 제어부(120)가 복수의 배터리의 상대 용량 비율을 산출하는 실시예를 설명한다.
제어부(120)는 복수의 변경 비율 중에서 가장 큰 값을 기준 변경 비율(CSref)로 설정하도록 구성될 수 있다.
배터리 팩의 충전은 복수의 배터리 중 가장 퇴화된 배터리의 충전이 종료되는 시점에서 종료된다. 배터리 팩의 충전이 종료되면, 가장 퇴화된 배터리는 충전이 완료된 상태이지만, 나머지 배터리들은 충전이 완료되지 않은 상태이다. 이와 같이, 복수의 배터리가 서로 직렬로 연결되어 있기 때문에, 배터리 팩의 팩 용량(Qp)은 복수의 배터리 중 가장 퇴화된 배터리의 용량에 해당한다.
그리고, 변경 비율은 구간값에 비례한 값으로서, 구간값이 클수록 크게 산출되는 값이다. 여기서, 구간값이 크다는 것은 동일한 충전 시간 동안 전압 변화가 크다는 것을 의미한다. 예를 들면, 복수의 배터리 중에서 변경 비율이 가장 큰 배터리는 가장 퇴화된(가장 용량이 작은) 배터리이다.
예를 들면, 배터리 팩의 충전 과정에서 가장 퇴화된 배터리의 충전이 가장 먼저 완료되기 때문에, 가장 퇴화된 배터리의 구간값과 변경 비율은 다른 배터리의 구간값과 변경 비율보다 큰 것이다.
따라서, 제어부(120)는 복수의 변경 비율 중에서 가장 큰 값을 기준 변경 비율(CSref)로 설정할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 복수의 배터리 각각의 변경 비율에 대한 기준 변경 비율(CSref)의 비율을 계산하여, 복수의 배터리 각각의 상대 용량 비율을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 용량 추정 장치(100)는 복수의 변경 비율을 중 가장 큰 값을 기준 변경 비율(CSref)로 설정함으로써, 가장 퇴화된 배터리의 용량(팩 용량(Qp))을 기준으로 나머지 배터리 각각의 용량을 추정할 수 있다. 이와 같이, 배터리 용량 추정 장치(100)는 서로 직렬로 연결된 배터리의 충방전 특성을 고려하여 복수의 배터리의 용량을 정확하게 추정할 수 있는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제3 배터리(B1, B2, B3)의 용량을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
제1 배터리(B1)의 제1 전압은 3[V]이고, 제2 전압은 4.17[V]이며, 구간값은 1.17[V]이다.
제2 배터리(B2)의 제1 전압은 3[V]이고, 제2 전압은 4.2[V]이며, 구간값은 1.2[V]이다.
제3 배터리(B3)의 제1 전압은 3[V]이고, 제2 전압은 4.19[V]이며, 구간값은 1.19[V]이다.
그리고, 배터리 팩의 팩 용량(Qp)은 13,165mAh이다.
제어부(120)는 제1 내지 제3 배터리(B1, B2, B3)의 구간값 중에서 제1 배터리(B1)의 구간값(1.17[V])을 기준 구간값(Rref)으로 설정하고, 기준 구간값(Rref)에 대한 각각의 구간값의 비율을 계산하여 제1 내지 제3 배터리(B1, B2, B3)의 변경 비율을 산출할 수 있다. 여기서, 기준 구간값(Rref)은 제1 내지 제3 배터리(B1, B2, B3)의 구간값 중에서 임의로 설정된 것으로서, 제2 배터리(B2)의 구간값 또는 제3 배터리(B3)의 구간값으로 설정될 수도 있다.
예를 들면, 제어부(120)는 "1.17÷1.17"의 수식을 계산하여, 제1 배터리(B1)의 변경 비율을 100%로 산출할 수 있다. 제어부(120)는 "1.2÷1.17"의 수식을 계산하여, 제2 배터리(B2)의 변경 비율을 102.56%로 산출할 수 있다. 제어부(120)는 "1.19÷1.17"의 수식을 계산하여, 제3 배터리(B3)의 변경 비율을 101.71%로 산출할 수 있다.
다음으로, 제어부(120)는 제2 배터리(B2)의 변경 비율이 102.56%로 가장 크기 때문에, 제2 배터리(B2)의 변경 비율을 기준 변경 비율(CSref)로 설정하고, 각각의 변경 비율에 대한 기준 변경 비율(CSref)의 비율을 계산하여 제1 내지 제3 배터리(B1, B2, B3)의 상대 용량 비율을 산출할 수 있다.
예를 들면, 제어부(120)는 "102.56÷100"의 수식을 계산하여 제1 배터리(B1)의 상대 용량 비율을 102.56%로 산출하고, "102.56÷102.56"의 수식을 계산하여 제2 배터리(B2)의 상대 용량 비율을 100[%]로 산출할 수 있다. 제어부(120)는 "102.56÷101.71"의 수식을 계산하여 제3 배터리(B3)의 상대 용량 비율을 100.84%로 산출할 수 있다. 제1 배터리(B1)의 용량은 제2 배터리(B2)의 용량보다 2.56% 더 크고, 제3 배터리(B3)의 용량은 제2 배터리(B2)의 용량보다 0.84% 더 큰 것이다.
제어부(120)는 팩 용량(Qp)인 13,165mAh 과 복수의 배터리 각각의 상대 용량 비율을 곱하여서, 복수의 배터리 각각의 용량을 산출할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 "13,165×102.56%"의 수식을 계산하여, 제1 배터리(B1)의 용량을 13,502.6mAh로 산출할 수 있다. 또한 제어부(120)는 "13,165×100%"의 수식을 계산하여 제2 배터리(B2)의 용량을 13,165mAh로 산출할 수 있다. 제어부(120)는 "13,165×100.84%"의 수식을 계산하여 제3 배터리(B3)의 용량을 13,275.6mAh로 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 용량 추정 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 용량 추정 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 용량 추정 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 용량 추정 장치(100)의 측정부(110), 제어부(120) 및 저장부(130)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 용량 추정 장치(100)는, 배터리 팩에 구비될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 용량 추정 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 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(10)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 배터리 팩(10)에는 복수의 배터리(B)가 포함될 수 있다. 복수의 배터리(B)는 제1 배터리(B1), 제2 배터리(B2) 및 제3 배터리(B3)를 포함한다. 일 실시예에 따라, 제1 배터리(B1), 제2 배터리(B2) 및 제3 배터리(B3)는 서로 직렬로 연결될 수 있다.
제1 배터리(B1)의 양극 단자는 배터리 팩(10)의 양극 단자(P+)와 연결되고, 제3 배터리(B3)의 음극 단자는 배터리 팩(10)의 음극 단자(P-)와 연결될 수 있다.
측정부(110)는 제1 내지 제5 센싱 라인(SL1 내지 SL5)과 연결될 수 있다.
예를 들면, 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1) 및 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 제1 배터리(B1)의 전압을 측정할 수 있다. 또한 측정부(110)는 제2 센싱 라인(SL2) 및 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 제2 배터리(B2)의 전압을 측정할 수 있다. 측정부(110)는 제3 센싱 라인(SL3) 및 제4 센싱 라인(SL4)을 통해 제3 배터리(B3)의 전압을 측정할 수 있다.
그리고, 측정부(110)는 제5 센싱 라인(SL5)을 통해 전류 측정 유닛(A)과 연결될 수 있다. 일 실시예에 따라, 전류 측정 유닛(A)은 복수의 배터리(B)의 충전 전류 및 방전 전류를 측정할 수 있는 전류계 또는 션트 저항일 수 있다. 측정부(110)는 제5 센싱 라인(SL5)을 통해서 복수의 배터리(B)의 충전 전류를 측정하여 충전량을 산출할 수 있다. 또한, 측정부(110)는 제5 센싱 라인(SL5)을 통해서 복수의 배터리(B)의 방전 전류를 측정하여 방전량을 산출할 수 있다.
한편, 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.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동차(500)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(510)은 전기 자동차(Electric vehicle, EV)나 하이브리드 자동차(Hybrid vehicle, HV)와 같은 자동차(500)에 포함될 수도 있다. 그리고, 배터리 팩(10)은 자동차(500)에 구비된 인버터를 통해 모터에 전력을 공급함으로써, 자동차(500)를 구동시킬 수 있다. 여기서, 자동차에 구비되는 배터리 팩(510)에는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 용량 추정 장치(100)가 포함될 수 있다. 즉, 자동차(500)에는 배터리 용량 추정 장치(100)가 포함될 수 있다. 이 경우, 배터리 용량 추정 장치(100)는 자동차(500)에 포함된 온 보드 장치일 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 용량 추정 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 배터리 용량 추정 방법은 측정 단계(S100), 상대 용량 비율 산출 단계(S200) 및 용량 추정 단계(S300)를 포함할 수 있다.
본 발명의 배터리 용량 추정 방법의 각 단계는 배터리 용량 추정 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
측정 단계(S100)는 충방전 과정에서 배터리 팩(10)의 팩 용량 및 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 전압을 측정하는 단계로서, 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 배터리 팩의 충전 과정에서, 측정부(110)는 배터리 팩의 팩 용량(Qp) 및 복수의 배터리(B1, B2, B3)의 전압을 측정할 수 있다.
상대 용량 비율 산출 단계(S200)는 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 전압 구간에 기반하여 복수의 배터리(B1, B2, B3) 간의 상대 용량 비율을 산출하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
제어부(120)는 측정부(110)가 측정한 배터리별 전압에 기반하여, 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 전압 구간을 결정하도록 구성될 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 복수의 배터리(B1, B2, B3)의 구간값 중 어느 하나 또는 복수의 배터리(B1, B2, B3)의 구간값의 평균값을 기준 구간값(Rref)으로 설정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 기준 구간값(Rref)에 대한 각각의 구간값의 비율을 계산하여, 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 변경 비율을 산출할 수 있다.
제어부(120)는 복수의 변경 비율 중 어느 하나를 기준 변경 비율(CSref)로 설정할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제어부(120)는 복수의 변경 비율 중 가장 큰 값을 기준 변경 비율(CSref)로 설정할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 각각의 변경 비율에 대한 기준 변경 비율(CSref)의 비율을 계산하여, 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 상대 용량 비율을 산출하도록 구성될 수 있다.
용량 추정 단계(S300)는 팩 용량(Qp)과 상대 용량 비율에 따라 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 용량을 추정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
제어부(120)는 팩 용량(Qp)과 각 배터리의 상대 용량 비율을 곱하여 복수의 배터리(B1, B2, B3) 각각의 용량을 추정하도록 구성될 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)
1: 배터리 팩
B: 복수의 배터리
B1: 제1 배터리
B2: 제2 배터리
B3: 제3 배터리
100: 배터리 용량 추정 장치
110: 측정부
120: 제어부
130: 저장부
500: 자동차
510: 배터리 팩

Claims (13)

  1. 충방전 과정에서 배터리 팩의 팩 용량 및 상기 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 각각의 전압을 측정하도록 구성된 측정부; 및
    상기 복수의 배터리 각각의 전압 구간에 기반하여 상기 복수의 배터리 간의 상대 용량 비율을 산출하고, 상기 팩 용량과 상기 상대 용량 비율에 따라 상기 복수의 배터리 각각의 용량을 추정하도록 구성된 제어부를 포함하는 배터리 용량 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 배터리 각각의 전압 구간을 결정하고, 결정된 복수의 전압 구간을 서로 대응되도록 조정하여 상기 복수의 배터리 각각의 변경 비율을 산출하며, 산출된 복수의 변경 비율에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각에 대한 상기 상대 용량 비율을 산출하도록 구성된 배터리 용량 추정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 전압 구간 중 어느 하나를 기준 전압 구간으로 설정하고, 상기 복수의 전압 구간을 상기 기준 전압 구간에 대응되도록 조정하여 상기 복수의 변경 비율을 산출하도록 구성된 배터리 용량 추정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 전압 구간 각각의 크기를 나타내는 구간값을 산출하고, 상기 복수의 전압 구간 각각의 구간값에 대한 상기 기준 전압 구간의 구간값의 비율을 계산하여 상기 복수의 변경 비율을 산출하도록 구성된 배터리 용량 추정 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 변경 비율 중 어느 하나를 기준 변경 비율로 설정하고, 상기 복수의 변경 비율과 상기 기준 변경 비율에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각에 대한 상기 상대 용량 비율을 산출하도록 구성된 배터리 용량 추정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 변경 비율 각각에 대한 상기 기준 변경 비율의 비율을 계산하여 상기 복수의 배터리 각각에 대한 상기 상대 용량 비율을 산출하도록 구성된 배터리 용량 추정 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 변경 비율 중에서 가장 큰 값을 상기 기준 변경 비율로 설정하도록 구성된 배터리 용량 추정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 팩 용량과 상기 상대 용량 비율을 곱하여 상기 복수의 배터리 각각의 용량을 추정하도록 구성된 배터리 용량 추정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리는,
    서로 직렬로 연결되도록 구성된 배터리 용량 추정 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 용량 추정 장치를 포함하는 배터리 팩.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 용량 추정 장치를 포함하는 자동차.
  12. 충방전 과정에서 배터리 팩의 팩 용량 및 상기 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 각각의 전압을 측정하는 측정 단계;
    상기 복수의 배터리 각각의 전압 구간에 기반하여 상기 복수의 배터리 간의 상대 용량 비율을 산출하는 상대 용량 비율 산출 단계; 및
    상기 팩 용량과 상기 상대 용량 비율에 따라 상기 복수의 배터리 각각의 용량을 추정하는 용량 추정 단계를 포함하는 배터리 용량 추정 방법.
  13. 충방전 과정에서 배터리 팩의 팩 용량 및 상기 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 각각의 전압을 측정하는 측정 단계;
    상기 복수의 배터리 각각의 전압 구간에 기반하여 상기 복수의 배터리 간의 상대 용량 비율을 산출하는 상대 용량 비율 산출 단계; 및
    상기 팩 용량과 상기 상대 용량 비율에 따라 상기 복수의 배터리 각각의 용량을 추정하는 용량 추정 단계를 포함하는 배터리 용량 추정 방법을 실행하기 위한 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
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