WO2025188166A1 - 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 관리 장치 및 방법

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WO2025188166A1
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LG Energy Solution Ltd
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    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
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    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements

Definitions

  • the present invention relates to a battery management device and method, and more particularly, to a battery management device and method capable of more accurately estimating 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 has been devised to solve the above problems, and aims to provide a battery management device and method capable of more accurately estimating the SOH (State of health) and SOC (State of charge) of a battery.
  • a battery management device may include: a measuring unit configured to measure voltage and current of a battery bank including a plurality of battery cells during a charging process of the battery bank; and a control unit configured to estimate a first SOH of the battery bank based on a charging capacity accumulated from the measured current, determine a second SOH based on a time during which a circulating current flows through the plurality of battery cells from a charging termination time of the battery bank, and estimate the SOH of the battery bank based on the first SOH and the second SOH.
  • the control unit may be configured to calculate a charge capacity of the battery bank by accumulating the measured current, and estimate a first SOH of the battery bank based on the calculated charge capacity.
  • the above control unit may be configured to calculate the time for which the circulating current flows based on the voltage of the battery bank from the time of termination of the charging.
  • the above control unit may be configured to determine the second SOH using an SOH table in which an SOH value corresponding to the time during which the circulating current flows is preset.
  • the control unit may be configured to determine the voltage of the battery bank at the time of charging termination and the second SOH corresponding to the time by using an SOH table in which the SOH value corresponding to the time at which the circulating current flows and the voltage of the battery bank after the circulating current flows are preset.
  • the control unit may be configured to calculate a difference between the first SOH and the second SOH to produce a third SOH, and estimate the produced third SOH as the SOH of the battery bank.
  • the control unit may be configured to determine the second SOH when a difference between the first SOH and the previously estimated SOH of the battery bank is greater than or equal to a preset threshold value.
  • the above plurality of battery cells may be configured to be connected in parallel with each other.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include a battery management device according to one aspect of the present invention.
  • a vehicle according to another aspect of the present invention may include a battery management device according to one aspect of the present invention.
  • a battery management method may include a measuring step of measuring voltage and current of a battery bank including a plurality of battery cells during a charging process of the battery bank; a first SOH estimation step of estimating a first SOH of the battery bank based on a charging capacity accumulated from the measured current; a second SOH calculation step of determining a second SOH based on a time during which a circulating current flows through the plurality of battery cells from a charging termination time of the battery bank; and an SOH estimation step of estimating the SOH of the battery bank based on the first SOH and the second SOH.
  • the SOH of a battery bank can be more accurately estimated by considering the time during which a circulating current flows between a plurality of battery cells.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a battery management device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a battery bank according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an SOH table according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an SOH table according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic drawing of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic drawing of a vehicle according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an ESS according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a battery management method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a battery management device (100) according to one embodiment of the present invention.
  • a battery management device (100) may include a measurement unit (110) and a control unit (120).
  • the measuring unit (110) can be configured to measure the voltage and current of the battery bank (BB) during the charging process of the battery bank (BB) including a plurality of battery cells.
  • a battery cell refers to a physically separate, independent cell having a negative terminal and a positive terminal.
  • a lithium-ion battery or a lithium polymer battery may be considered a battery cell.
  • the battery type may be cylindrical, prismatic, or pouch-type.
  • a battery bank may include multiple battery cells connected in parallel. If it includes multiple battery cells connected in parallel, the battery bank (BB) may also be referred to as a battery module or battery pack.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a battery bank (BB) according to one embodiment of the present invention.
  • the battery bank (BB) may include a first battery cell (B1), a second battery cell (B2), and a third battery cell (B3).
  • the first battery cell (B1), the second battery cell (B2), and the third battery cell (B3) may be connected in parallel with each other.
  • the measuring unit (110) has one end connected to the positive terminal of the battery bank (BB) and can measure the positive potential of the battery bank (BB). Furthermore, the measuring unit (110) has the other end connected to the negative terminal of the battery bank (BB) and can measure the negative potential of the battery bank (BB). Furthermore, the measuring unit (110) can measure the voltage of the battery bank (BB) based on the difference between the positive potential and the negative potential.
  • the measuring unit (110) can be connected to the charge/discharge path of the battery bank (BB) to measure the charge/discharge current of the battery bank (BB).
  • the measuring unit (110) can be connected to a current measuring unit provided in the high current path of the battery bank (BB) to measure the charge current applied to the battery bank (BB) and the discharge current output from the battery bank (BB).
  • the control unit (120) may be configured to estimate the first SOH of the battery bank (BB) based on the charging capacity accumulated from the measured current.
  • control unit (120) may be configured to calculate the charge capacity of the battery bank (BB) by integrating the measured current.
  • the control unit (120) may calculate the charge capacity of the battery bank (BB) during the charging process by integrating the current measured by the measurement unit (110) from the start time of charging of the battery bank (BB) to the end time of charging.
  • the control unit (120) may calculate the charge capacity of the battery bank (BB) by using a current integration method (Coulomb counting, Ampere counting).
  • the control unit (120) may be configured to estimate the first SOH of the battery bank (BB) based on the calculated charge capacity. Specifically, the control unit (120) may estimate the first SOH of the battery bank (BB) by calculating the ratio of the charge capacity to a preset reference capacity.
  • the reference capacity may be preset to correspond to the initial capacity of the battery bank (BB).
  • the reference capacity may be preset to the capacity of the battery bank (BB) in the BOL (Beginning of Life) state.
  • the control unit (120) can calculate the charging capacity based on the current of the battery bank (BB) measured by the measurement unit (110). In addition, the control unit (120) can estimate the first SOH of the battery bank (BB) by calculating the ratio between the calculated charging capacity and a preset reference capacity corresponding to the battery bank (BB). For example, the control unit (120) can estimate the first SOH of the battery bank (BB) by calculating the formula “calculated charging capacity ⁇ preset reference capacity.”
  • the control unit (120) may be configured to determine the second SOH based on the time during which circulating current flows through the plurality of battery cells from the time of termination of charging of the battery bank (BB).
  • control unit (120) can be configured to calculate the time for which the circulating current flows based on the voltage of the battery bank (BB) from the time of charging termination.
  • the measuring unit (110) can measure the voltage of the battery bank (BB) according to the measurement cycle even after the charging of the battery bank (BB) is terminated.
  • the control unit (120) can calculate the time for which the circulating current flows through the plurality of battery cells based on the voltage of the battery bank (BB) at the time of termination of charging and the voltage of the battery bank (BB) measured by the measuring unit (110) after the termination of charging.
  • the capacities of the multiple battery cells may differ immediately after charging the battery bank (BB).
  • BB battery bank
  • a circulating current flows between the multiple battery cells, balancing their capacities and voltages. This phenomenon is called self-balancing or self-energy balancing.
  • the control unit (120) may calculate the time from the time when charging of the battery bank (BB) is completed to the time when the voltage change of the battery bank (BB) is completed as the time during which the circulating current flows through the plurality of battery cells.
  • the circulating current is the current that flows directly between the plurality of battery cells
  • the time for the circulating current to flow between the plurality of battery cells and the time for the plurality of battery cells to reach a resting state are different times.
  • the control unit (120) can be configured to determine the second SOH using an SOH table in which an SOH value corresponding to the time at which the circulating current flows is preset.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an SOH table according to one embodiment of the present invention.
  • the SOH table may be preset with corresponding SOH values for each time period during which circulating current flows.
  • the time period is 0 seconds, no circulating current flows between the plurality of battery cells, and therefore the SOH value is 0%.
  • the control unit (120) can determine an SOH value corresponding to the calculated time using the SOH table. Then, the control unit (120) can determine the determined SOH value as a second SOH for the battery bank (BB).
  • the second SOH may be a correction value used to correct the estimated first SOH for the battery bank (BB).
  • the second SOH is a value that converts the difference in deterioration between multiple battery cells into SOH.
  • the second SOH is an internal error value for correcting the SOH of the battery bank (BB).
  • the second SOH may be proportional to the time over which the circulating current flows. For example, as the difference in degradation between the multiple battery cells increases, the time over which the circulating current flows between the multiple battery cells may increase. Accordingly, as the time over which the circulating current flows increases, the second SOH value for the battery bank (BB) may increase.
  • the control unit (120) can determine an SOH value corresponding to t seconds from the SOH table and determine the determined SOH value as the second SOH for the battery bank (BB).
  • the control unit (120) may be configured to estimate the SOH of the battery bank (BB) based on the first SOH and the second SOH.
  • control unit (120) may be configured to calculate the difference between the first SOH and the second SOH to produce a third SOH, and estimate the produced third SOH as the SOH of the battery bank (BB).
  • control unit (120) can calculate the formula of “first SOH - second SOH” to produce a third SOH, and estimate the produced third SOH as the SOH of the battery bank (BB).
  • control unit (120) can estimate the first SOH of the battery bank (BB) by calculating the charge capacity of the battery bank (BB), and determine the second SOH based on the time for which the circulating current flows between the plurality of battery cells (B1, B2, B3).
  • control unit (120) can estimate the SOH of the battery bank (BB) by calculating the difference between the first SOH and the second SOH.
  • a battery management device (100) can estimate the SOH of the battery bank (BB) more accurately by correcting the SOH of the battery bank (BB) by taking into account an internal error of the battery bank (BB) (difference in deterioration between multiple battery cells).
  • the battery management device (100) can estimate the SOH of the battery bank (BB) more accurately by correcting the first SOH of the battery bank (BB) using the second SOH based on the difference between the plurality of battery cells.
  • control unit (120) provided in the battery management 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.
  • control logic when the control logic is implemented in software, 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 management 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 management 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 RAM, flash memory, ROM, EEPROM, registers, etc.
  • the storage unit (130) may store program codes defining processes executable by the control unit (120).
  • the storage unit (130) can store the voltage and current of the battery bank (BB) measured by the SOH measurement unit (110).
  • an SOH table can be stored in the storage unit (130).
  • the control unit (120) can access the storage unit (130) to secure the SOH table.
  • the storage unit (130) can store information estimated or determined by the control unit (120).
  • the control unit (120) may be configured to determine a second SOH corresponding to the voltage and time of the battery bank (BB) at the end of charging by using an SOH table in which the SOH value corresponding to the time at which the circulating current flows and the voltage of the battery bank (BB) after the circulating current flows is preset.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an SOH table according to another embodiment of the present invention.
  • the SOH table may be preset with SOH values corresponding to the time during which a circulating current flows and the voltage of a battery bank (BB).
  • BB battery bank
  • the SOH value is 0%.
  • the second SOH may be 2%.
  • a second SOH that compensates for the first SOH should be determined more accurately.
  • the SOH table can be established by taking into account not only the time during which the circulating current flows but also the voltage of the battery bank (BB) after the circulating current flows.
  • the control unit (120) can determine a more accurate second SOH by inputting the time during which the circulating current flows and the voltage of the battery bank (BB) into the SOH table. In addition, since the first SOH is corrected by the determined second SOH, the control unit (120) can estimate the SOH of the battery bank (BB) more accurately.
  • control unit (120) estimates the first SOH of the battery bank (BB) each time the battery bank (BB) is charged, determines the second SOH based on the difference between the plurality of battery cells, and estimates the SOH of the battery bank (BB) based on the first SOH and the second SOH.
  • control unit (120) may determine the second SOH based on the difference between the first SOH estimated in the current charging process (hereinafter, referred to as “current first SOH”) and the SOH estimated in the previous charging process (hereinafter, referred to as “past SOH”).
  • control unit (120) may be configured to determine the second SOH when the difference between the first SOH and the previously estimated SOH of the battery bank (BB) is greater than or equal to a preset threshold value.
  • the control unit (120) can determine the second SOH if the difference between the current first SOH and the past SOH is greater than a threshold value.
  • the threshold value serves as a criterion for determining that the battery bank (BB) has deteriorated to the point where correction of the first SOH by the second SOH is necessary, and can be set theoretically or experimentally.
  • the threshold value can be set to a value below 10% SOH.
  • the threshold value can be set to a value below 5% SOH. More preferably, the threshold value can be set to a value below 1% SOH.
  • the threshold value is set to SOH 1%. If the difference between the current first SOH and the past SOH is 1% or more, the battery bank (BB) has deteriorated more than the time at which the past SOH was estimated, and thus the control unit (120) can determine the second SOH to compensate for the current first SOH.
  • the control unit (120) can determine a second SOH and estimate the SOH of the battery bank (BB) by calculating the difference between the current first SOH and the determined second SOH. As another example, if the difference between the current first SOH and the past SOH is less than a threshold value, the control unit (120) can estimate the current first SOH as the SOH of the battery bank (BB).
  • the control unit (120) may be configured to update the OCV table indicating the correspondence between the voltage and SOC of multiple battery cells so as to correspond to the SOH of the battery bank (BB).
  • multiple OCV tables corresponding to multiple SOHs can be stored in advance. Then, the control unit (120) can select an OCV table corresponding to the SOH of the battery bank (BB) from among the multiple OCV tables and use the selected OCV table to estimate the states of multiple battery cells.
  • the OCV table is updated to correspond to the SOH of the compensated battery bank (BB)
  • the status of multiple battery cells can be estimated more accurately according to the updated OCV table.
  • the battery management device (100) according to the present invention can be applied to a BMS (Battery Management System). That is, the BMS according to the present invention can include the battery management device (100) described above. In this configuration, at least some of the components of the battery management device (100) can be implemented by supplementing or adding to the functions of the components included in a conventional BMS. For example, the measurement unit (110), control unit (120), and storage unit (130) of the battery management device (100) can be implemented as components of the BMS.
  • the battery management device (100) according to the present invention may be installed in a battery bank (BB). That is, the battery bank (BB) according to the present invention may include the battery management device (100) described above and one or more battery cells. In addition, the battery bank (BB) may further include electrical components (relays, fuses, etc.) and a case, etc.
  • FIG. 5 is a schematic drawing of a battery pack (1) according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module (10) may include a plurality of battery banks (11, 12, 13) connected in series with each other.
  • the plurality of battery banks (11, 12, 13) may each include a plurality of battery cells connected in parallel. That is, the battery module (10) may include a plurality of battery cells connected in series and parallel.
  • the measuring unit (110) can be connected to the first to fourth sensing lines (SL1, SL2, SL3, SL4). Specifically, the measuring unit (110) can measure the voltage of the first battery bank (11) through the first sensing line (SL1) and the second sensing line (SL2). In addition, the measuring unit (110) can measure the voltage of the second battery bank (12) through the second sensing line (SL2) and the third sensing line (SL3), and can measure the voltage of the third battery bank (13) through the third sensing line (SL3) and the fourth sensing line (SL4). Finally, the measuring unit (110) can measure the voltage of the battery module (10) through the first sensing line (SL1) 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 discharging current of the battery module (10).
  • the measuring unit (110) can measure the charging current of the battery module (10) through the fifth sensing line (SL5) to calculate the charging amount.
  • the measuring unit (110) can measure the discharging current of the battery module (10) through the fifth sensing line (SL5) to calculate the discharging amount.
  • An external device can be connected to the positive terminal (P+) and negative terminal (P-) of the battery pack (1).
  • the external device can be a charging device or a load.
  • the positive terminal of the battery module (10), the positive terminal (P+) of the battery pack (1), the external device, the negative terminal (P-) of the battery pack (1), and the negative terminal of the battery module (10) can be electrically connected.
  • FIG. 6 is a schematic drawing of a vehicle (600) according to another embodiment of the present invention.
  • a battery pack (610) may be included in a vehicle (600), such as an electric vehicle (EV) or a hybrid vehicle (HV). Furthermore, the battery pack (610) may drive the vehicle (600) by supplying power to a motor through an inverter provided in the vehicle (600).
  • the battery pack (610) may include a battery management device (100). That is, the vehicle (600) may include a battery management device (100). In this case, the battery management device (100) may be an onboard device included in the vehicle (600).
  • a battery pack (610) includes a plurality of battery banks (BB), and the battery management device (100) can estimate the SOH of each of the plurality of battery banks (BB).
  • a plurality of battery banks (BB) connected in series with each other are included in a battery module, and a plurality of battery modules can be included in the battery pack (610).
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an ESS (Energy storage system) according to another embodiment of the present invention.
  • the ESS (700) includes a plurality of battery modules (720) and a rack case (710).
  • the plurality of battery modules (720) may be configured to be accommodated in the rack case (710) in a vertically arranged manner.
  • a battery management device (100) according to an embodiment of the present invention may be attached to the battery module (720).
  • the battery module (720) includes a plurality of battery banks (BB), and the battery management device (100) can estimate the SOH of each of the plurality of battery banks (BB).
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a battery management method according to another embodiment of the present invention.
  • the battery management method may include a measurement step (S100), a first SOH estimation step (S200), a second SOH calculation step, and an SOH estimation step.
  • each step of the battery management method can be performed by a battery management device (100).
  • a battery management device 100.
  • any content that overlaps with the previously described content will be omitted or briefly described.
  • the measurement step (S100) is a step of measuring the voltage and current of the battery bank (BB) during a charging process of the battery bank (BB) including a plurality of battery cells, and can be performed by the measurement unit (110).
  • the first SOH estimation step (S200) is a step of estimating the first SOH of the battery bank (BB) based on the charging capacity accumulated from the measured current, and can be performed by the control unit (120).
  • control unit (120) may be configured to calculate the charge capacity of the battery bank (BB) by integrating the measured current.
  • the control unit (120) may calculate the charge capacity of the battery bank (BB) during the charging process by integrating the current measured by the measurement unit (110) from the start time of charging of the battery bank (BB) to the end time of charging.
  • control unit (120) may be configured to estimate the first SOH of the battery bank (BB) based on the calculated charge capacity.
  • the control unit (120) may estimate the first SOH of the battery bank (BB) by calculating the ratio of the charge capacity to a preset reference capacity.
  • the second SOH determination step (S300) is a step of determining the second SOH based on the time during which circulating current flows through multiple battery cells from the time of end of charging of the battery bank (BB), and can be performed by the control unit (120).
  • control unit (120) may be configured to calculate the time for which circulating current flows based on the voltage of the battery bank (BB) from the time of charging completion. For example, the control unit (120) may calculate the time for which circulating current flows in the plurality of battery cells as the time for which the voltage of the battery bank (BB) changes from the time of charging completion.
  • control unit (120) can determine an SOH value corresponding to the calculated time using the SOH table. In addition, the control unit (120) can determine the determined SOH value as the second SOH for the battery bank (BB).
  • the SOH estimation step (S400) is a step of estimating the SOH of the battery bank (BB) based on the first SOH and the second SOH, and can be performed by the control unit (120).
  • control unit (120) may be configured to calculate the difference between the first SOH and the second SOH to produce a third SOH, and estimate the produced third SOH as the SOH of the battery bank (BB).
  • 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 관리 장치는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 뱅크의 충전 과정에서, 상기 배터리 뱅크의 전압 및 전류를 측정하도록 구성된 측정부; 및 상기 측정된 전류를 적산한 충전 용량에 기반하여 상기 배터리 뱅크의 제1 SOH를 추정하고, 상기 배터리 뱅크의 충전 종료 시점부터 상기 복수의 배터리 셀에 순환 전류가 흐르는 시간에 기반하여 제2 SOH를 결정하며, 상기 제1 SOH 및 상기 제2 SOH에 기반하여 상기 배터리 뱅크의 SOH를 추정하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치 및 방법
본 출원은 2024년 03월 08일 자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2024-0033300에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 상태를 보다 정확하게 추정할 수 있는 배터리 관리 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, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리의 SOH(State of health) 및 SOC(State of charge)를 보다 정확하게 추정할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 뱅크의 충전 과정에서, 상기 배터리 뱅크의 전압 및 전류를 측정하도록 구성된 측정부; 및 상기 측정된 전류를 적산한 충전 용량에 기반하여 상기 배터리 뱅크의 제1 SOH를 추정하고, 상기 배터리 뱅크의 충전 종료 시점부터 상기 복수의 배터리 셀에 순환 전류가 흐르는 시간에 기반하여 제2 SOH를 결정하며, 상기 제1 SOH 및 상기 제2 SOH에 기반하여 상기 배터리 뱅크의 SOH를 추정하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 측정된 전류를 적산하여 상기 배터리 뱅크의 충전 용량을 산출하고, 산출된 충전 용량에 기반하여 상기 배터리 뱅크의 제1 SOH를 추정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 충전 종료 시점부터 상기 배터리 뱅크의 전압에 기반하여 상기 순환 전류가 흐르는 시간을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 순환 전류가 흐르는 시간에 대응되는 SOH값이 미리 설정된 SOH 테이블을 이용하여 상기 제2 SOH를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 순환 전류가 흐르는 시간 및 상기 순환 전류가 흐른 후 상기 배터리 뱅크의 전압에 대응되는 SOH값이 미리 설정된 SOH 테이블을 이용하여, 상기 충전 종료 시점의 상기 배터리 뱅크의 전압과 상기 시간에 대응되는 상기 제2 SOH를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 SOH와 상기 제2 SOH의 차이를 계산하여 제3 SOH를 산출하고, 산출된 제3 SOH를 상기 배터리 뱅크의 SOH로 추정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 SOH와 이전에 추정된 상기 배터리 뱅크의 SOH의 차이가 미리 설정된 임계값 이상인 경우, 상기 제2 SOH를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 배터리 셀은, 서로 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 자동차는 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 관리 방법은 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 뱅크의 충전 과정에서, 상기 배터리 뱅크의 전압 및 전류를 측정하는 측정 단계; 상기 측정된 전류를 적산한 충전 용량에 기반하여 상기 배터리 뱅크의 제1 SOH를 추정하는 제1 SOH 추정 단계; 상기 배터리 뱅크의 충전 종료 시점부터 상기 복수의 배터리 셀에 순환 전류가 흐르는 시간에 기반하여 제2 SOH를 결정하는 제2 SOH 산출 단계; 및 상기 제1 SOH 및 상기 제2 SOH에 기반하여 상기 배터리 뱅크의 SOH를 추정하는 SOH 추정 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 배터리 셀 사이에 순환 전류가 흐르는 시간을 고려함으로써, 배터리 뱅크의 SOH를 보다 정확하게 추정할 수 있는 장점이 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 관리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 뱅크를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SOH 테이블을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SOH 테이블을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ESS를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 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 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 관리 장치(100)는 측정부(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.
측정부(110)는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 뱅크(BB)의 충전 과정에서, 배터리 뱅크(BB)의 전압 및 전류를 측정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 배터리 셀은 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지가 배터리 셀로 간주될 수 있다. 또한, 배터리의 종류는 원통형(Cylindrical type), 각형(Prismatic type) 또는 파우치형(Pouch type)일 수 있다. 또한, 배터리 뱅크(Battery bank)는 서로 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하고 있으면, 배터리 뱅크(BB)는 배터리 모듈(Battery module) 또는 배터리 팩(Battery pack)으로 표현될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 뱅크(BB)를 개략적으로 도시한 도면이다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 배터리 뱅크(BB)는 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2) 및 제3 배터리 셀(B3)을 포함할 수 있다. 그리고, 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2) 및 제3 배터리 셀(B3)은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
측정부(110)는 일단이 배터리 뱅크(BB)의 양극 단자에 연결되어, 배터리 뱅크(BB)의 양극 전위를 측정할 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 타단이 배터리 뱅크(BB)의 음극 단자에 연결되어, 배터리 뱅크(BB)의 음극 전위를 측정할 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 양극 전위와 음극 전위의 차이에 기반하여 배터리 뱅크(BB)의 전압을 측정할 수 있다.
또한, 측정부(110)는 배터리 뱅크(BB)의 충방전 경로에 연결되어 배터리 뱅크(BB)의 충방전 전류를 측정할 수 있다. 예컨대, 측정부(110)는 배터리 뱅크(BB)의 대전류 경로에 구비된 전류 측정 유닛과 연결되어, 배터리 뱅크(BB)로 인가되는 충전 전류 및 배터리 뱅크(BB)로부터 출력되는 방전 전류를 측정할 수 있다.
제어부(120)는 측정된 전류를 적산한 충전 용량에 기반하여 배터리 뱅크(BB)의 제1 SOH를 추정하도록 구성될 수 있다.
먼저, 제어부(120)는 측정된 전류를 적산하여 배터리 뱅크(BB)의 충전 용량을 산출하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 배터리 뱅크(BB)의 충전 시작 시점부터 충전 종료 시점까지 측정부(110)에 의해 측정된 전류를 적산하여, 충전 과정에서의 배터리 뱅크(BB)의 충전 용량을 산출할 수 있다. 여기서, 제어부(120)는 전류적산법(Coulomb counting, Ampere counting)을 이용하여, 배터리 뱅크(BB)의 충전 용량을 산출할 수 있다.
제어부(120)는 산출된 충전 용량에 기반하여 배터리 뱅크(BB)의 제1 SOH를 추정하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 미리 설정된 기준 용량에 대한 충전 용량의 비율을 계산하여 배터리 뱅크(BB)의 제1 SOH를 추정할 수 있다. 여기서, 기준 용량은 배터리 뱅크(BB)의 초기 용량에 대응되도록 미리 설정될 수 있다. 예컨대, 기준 용량은 BOL(Beginning of life) 상태의 배터리 뱅크(BB)의 용량으로 미리 설정될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 측정부(110)가 측정한 배터리 뱅크(BB)의 전류에 기반하여 충전 용량을 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 배터리 뱅크(BB)에 대응되도록 미리 설정된 기준 용량과 산출된 충전 용량 간의 비율을 계산하여, 배터리 뱅크(BB)의 제1 SOH를 추정할 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 "산출된 충전 용량 ÷ 미리 설정된 기준 용량"의 수식을 계산하여, 배터리 뱅크(BB)의 제1 SOH를 추정할 수 있다.
제어부(120)는 배터리 뱅크(BB)의 충전 종료 시점부터 복수의 배터리 셀에 순환 전류가 흐르는 시간에 기반하여 제2 SOH를 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 충전 종료 시점부터 배터리 뱅크(BB)의 전압에 기반하여 순환 전류가 흐르는 시간을 산출하도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 측정부(110)는 배터리 뱅크(BB)의 충전이 종료되어도 배터리 뱅크(BB)의 전압을 측정 주기에 따라 측정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 충전 종료 시점에서의 배터리 뱅크(BB)의 전압과 충전이 종료된 이후에 측정부(110)에 의해 측정된 배터리 뱅크(BB)의 전압에 기반하여, 복수의 배터리 셀에 순환 전류가 흐르는 시간을 산출할 수 있다.
일반적으로, 병렬로 연결된 배터리 셀의 퇴화도가 상이하면, 배터리 뱅크(BB)의 충전이 종료된 직후에 복수의 배터리 셀의 용량은 상이할 수 있다. 이 경우, 복수의 배터리 셀 사이에는 순환 전류가 흐르면서 용량 및 전압이 균형화된다. 이러한 현상을 셀프 밸런싱(Self balancing) 또는 셀프 에너지 밸런싱(Self energy balancing)이라고 한다.
이러한 순환 전류는 복수의 배터리 셀 간의 전압차에 의해 발생되는 것이므로, 충전이 종료되었음에도 불구하고 순환 전류가 흐르는 동안 배터리 뱅크(BB)의 전압은 변경될 수 있다. 즉, 배터리 뱅크(BB)의 충전 종료 시점부터 배터리 뱅크(BB)의 전압이 변경되는 시간 동안, 복수의 배터리 셀 사이에는 순환 전류가 흐를 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 배터리 뱅크(BB)의 충전 종료 시점부터 배터리 뱅크(BB)의 전압 변경이 종료되는 시점까지의 시간을 복수의 배터리 셀에 순환 전류가 흐르는 시간으로 산출할 수 있다.
여기서, 순환 전류는 복수의 배터리 셀 사이에서 직접 흐르는 전류이므로, 복수의 배터리 셀 사이에서 순환 전류가 흐르는 시간과 복수의 배터리 셀이 휴지 상태(예컨대, OCV(Open circuit voltage)가 측정 가능한 상태)에 도달하는 시간은 서로 다른 시간임을 유의한다.
제어부(120)는 순환 전류가 흐르는 시간에 대응되는 SOH값이 미리 설정된 SOH 테이블을 이용하여 제2 SOH를 결정하도록 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SOH 테이블을 개략적으로 도시한 도면이다. 예컨대, SOH 테이블은 순환 전류가 흐르는 각각의 시간에 대하여 대응되는 SOH값이 미리 설정될 수 있다. 도 3의 실시예에서, 시간이 0초이면, 복수의 배터리 셀들 사이에 순환 전류가 흐르지 않는 것이므로, SOH값은 0%이다.
구체적으로, 제어부(120)는 SOH 테이블을 이용하여, 산출된 시간에 대응되는 SOH값을 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 결정된 SOH값을 배터리 뱅크(BB)에 대한 제2 SOH로 결정할 수 있다. 여기서, 제2 SOH는 배터리 뱅크(BB)에 대해 추정된 제1 SOH를 보정하는데 이용되는 보정값일 수 있다. 즉, 제2 SOH는 복수의 배터리 셀 간의 퇴화도 차이를 SOH로 환산한 값이다. 다른 말로 설명하면, 제2 SOH는 배터리 뱅크(BB)의 SOH를 보정하기 위한 내부 오차값이다.
바람직하게, 제2 SOH는 순환 전류가 흐르는 시간에 비례할 수 있다. 예컨대, 복수의 배터리 셀 간의 퇴화도의 차이가 클수록 복수의 배터리 셀 사이에 순환 전류가 흐르는 시간은 증가될 수 있다. 따라서, 순환 전류가 흐르는 시간이 증가될수록 배터리 뱅크(BB)에 대한 제2 SOH값은 증가될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 배터리 뱅크(BB)에 순환 전류가 t초 동안 흘렀다고 가정한다. 제어부(120)는 SOH 테이블에서 t초에 대응되는 SOH값을 결정하고, 결정된 SOH값을 배터리 뱅크(BB)에 대한 제2 SOH로 결정할 수 있다.
제어부(120)는 제1 SOH 및 제2 SOH에 기반하여 배터리 뱅크(BB)의 SOH를 추정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 제1 SOH와 제2 SOH의 차이를 계산하여 제3 SOH를 산출하고, 산출된 제3 SOH를 배터리 뱅크(BB)의 SOH로 추정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 "제1 SOH - 제2 SOH"의 수식을 계산하여 제3 SOH를 산출하고, 산출된 제3 SOH를 배터리 뱅크(BB)의 SOH로 추정할 수 있다.
도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 배터리 뱅크(BB)의 충전 용량을 계산하여 배터리 뱅크(BB)의 제1 SOH를 추정하고, 복수의 배터리 셀(B1, B2, B3) 간의 순환 전류가 흐르는 시간에 따라 제2 SOH를 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 제1 SOH와 제2 SOH의 차이를 계산하여, 배터리 뱅크(BB)의 SOH를 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 배터리 뱅크(BB)의 SOH를 배터리 뱅크(BB)의 내부 오차(복수의 배터리 셀 간의 퇴화도 차이)를 고려하여 보정함으로써, 배터리 뱅크(BB)의 SOH를 보다 정확하게 추정할 수 있다.
즉, 충전 전류를 적산하여 추정되는 제1 SOH는 배터리 뱅크(BB)에 포함된 복수의 배터리 셀들 간의 상태 차이를 반영하지 못할 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 셀 간의 차이에 기반한 제2 SOH를 이용하여 배터리 뱅크(BB)의 제1 SOH를 보정함으로써, 배터리 뱅크(BB)의 SOH를 보다 정확하게 추정할 수 있다.
한편, 배터리 관리 장치(100)에 구비된 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, 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 제어부(120)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(120)에 의해 실행될 수 있다. 메모리는 제어부(120) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(120)와 연결될 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(100)는 저장부(130)를 더 포함할 수 있다. 저장부(130)는 배터리 관리 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, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(130)는 제어부(120)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 저장부(130)는 SOH 측정부(110)가 측정하는 배터리 뱅크(BB)의 전압 및 전류를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(130)에는 SOH 테이블가 저장될 수 있다. 제어부(120)는 저장부(130)에 접근(access)하여 SOH 테이블을 확보할 수 있다. 또한, 저장부(130)는 제어부(120)에 의해 추정 또는 결정되는 정보들을 저장할 수 있다.
제어부(120)는 순환 전류가 흐르는 시간 및 순환 전류가 흐른 후 배터리 뱅크(BB)의 전압에 대응되는 SOH값이 미리 설정된 SOH 테이블을 이용하여, 충전 종료 시점의 배터리 뱅크(BB)의 전압과 시간에 대응되는 제2 SOH를 결정하도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SOH 테이블을 개략적으로 도시한 도면이다. 예컨대, SOH 테이블은 순환 전류가 흐르는 시간과 배터리 뱅크(BB)의 전압에 대하여 대응되는 SOH값이 미리 설정될 수 있다.
도 3의 실시예와 마찬가지로, 도 4의 실시예에서, 시간이 0초이면, 복수의 배터리 셀들 사이에 순환 전류가 흐르지 않는 것이므로, SOH값은 0%이다. 예컨대, 도 4의 실시예에서, 순환 전류가 흐르는 시간이 10초이고, 배터리 뱅크(BB)의 전압이 4.163[V]이면, 제2 SOH는 2%일 수 있다.
바람직하게, 배터리 뱅크(BB)의 SOH를 보다 정확하게 추정하기 위해서는 제1 SOH를 보정하는 제2 SOH를 보다 정확하게 결정하여야 한다. 그리고, 제2 SOH는 복수의 배터리 셀들 간의 상태 차이를 반영하는 값이기 때문에, 순환 전류가 흐르는 시간뿐만 아니라 순환 전류가 흐른 후 배터리 뱅크(BB)의 전압이 더 고려되어 SOH 테이블이 설정될 수 있다.
제어부(120)는 순환 전류가 흐르는 시간과 배터리 뱅크(BB)의 전압을 SOH 테이블에 대입함으로써, 보다 정확한 제2 SOH를 결정할 수 있다. 그리고, 결정된 제2 SOH에 의해 제1 SOH가 보정되기 때문에, 제어부(120)는 배터리 뱅크(BB)의 SOH를 보다 정확하게 추정할 수 있다.
바람직하게, 제어부(120)는 배터리 뱅크(BB)를 충전할 때마다 배터리 뱅크(BB)의 제1 SOH를 추정하고, 복수의 배터리 셀들 간의 차이에 따른 제2 SOH를 결정하며, 제1 SOH와 제2 SOH에 기반하여 배터리 뱅크(BB)의 SOH를 추정할 수 있다.
다른 실시예에서, 제어부(120)는 이번 충전 과정에서 추정된 제1 SOH(이하, "현재 제1 SOH"라고 함)와 이전 충전 과정에서 추정된 SOH(이하, "과거 SOH"라고 함) 간의 차이에 기반하여 제2 SOH를 결정할 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 제1 SOH와 이전에 추정된 배터리 뱅크(BB)의 SOH의 차이가 미리 설정된 임계값 이상인 경우, 제2 SOH를 결정하도록 구성될 수 있다.
배터리 뱅크(BB)를 충전할 때마다 제1 SOH를 보정하여 배터리 뱅크(BB)의 SOH를 추정하면, 배터리 뱅크(BB)의 SOH는 보다 정확하게 추정될 수 있다. 하지만, 제2 SOH를 통한 SOH 보정이 매번 수행되기 때문에, SOH 추정에 시간이 더 소요되고, 시스템 자원이 지나치게 사용될 수도 있다. 따라서, 제어부(120)는 현재 제1 SOH와 과거 SOH 간의 차이가 임계값 이상인 경우, 제2 SOH를 결정할 수 있다.
여기서, 임계값은 배터리 뱅크(BB)의 퇴화가 진행되어 제2 SOH에 의한 제1 SOH의 보정이 필요한 시점이라고 판단할 수 있는 기준이 되는 값으로서, 이론적 또는 실험적으로 설정될 수 있다. 예컨대, 임계값은 SOH 10% 이하의 값으로 설정될 수 있다. 바람직하게, 임계값은 SOH 5% 이하의 값으로 설정될 수 있다. 보다 바람직하게, 임계값은 SOH 1% 이하의 값으로 설정될 수 있다.
예컨대, 임계값이 SOH 1%로 설정된 것으로 가정한다. 현재 제1 SOH와 과거 SOH의 차이가 1% 이상이면, 과거 SOH가 추정된 시점보다 배터리 뱅크(BB)의 퇴화가 진행된 것이므로 제어부(120)는 현재 제1 SOH를 보정하기 위해 제2 SOH를 결정할 수 있다.
구체적으로, 현재 제1 SOH와 과거 SOH 간의 차이가 임계값 이상인 경우, 제어부(120)는 제2 SOH를 결정하고, 현재 제1 SOH와 결정된 제2 SOH 간의 차이를 계산하여, 배터리 뱅크(BB)의 SOH를 추정할 수 있다. 다른 예로, 현재 제1 SOH와 과거 SOH 간의 차이가 임계값 미만인 경우, 제어부(120)는 현재 제1 SOH를 배터리 뱅크(BB)의 SOH로 추정할 수 있다.
제어부(120)는 복수의 배터리 셀의 전압과 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 OCV 테이블을 배터리 뱅크(BB)의 SOH에 대응되도록 업데이트하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 복수의 SOH에 대응되는 복수의 OCV 테이블이 미리 저장될 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 복수의 OCV 테이블 중에서 배터리 뱅크(BB)의 SOH에 대응되는 OCV 테이블을 선택하고, 선택된 OCV 테이블을 복수의 배터리 셀의 상태를 추정하는데 이용할 수 있다.
즉, 보정된 배터리 뱅크(BB)의 SOH에 대응되도록 OCV 테이블이 업데이트되기 때문에, 업데이트된 OCV 테이블에 따라 복수의 배터리 셀의 상태가 보다 정확하게 추정될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(100)의 측정부(110), 제어부(120) 및 저장부(130)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 배터리 뱅크(BB)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 뱅크(BB)는, 상술한 배터리 관리 장치(100) 및 하나 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 뱅크(BB)는, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(1)을 개략적으로 도시한 도면이다.
배터리 모듈(10)은 서로 직렬로 연결된 복수의 배터리 뱅크(11, 12, 13)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 배터리 뱅크(11, 12, 13)는 각각 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 즉, 배터리 모듈(10)은 직병렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다.
측정부(110)는 제1 내지 제4 센싱 라인(SL1, SL2, SL3, SL4)과 연결될 수 있다. 구체적으로, 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1) 및 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 제1 배터리 뱅크(11)의 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 제2 센싱 라인(SL2) 및 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 제2 배터리 뱅크(12)의 전압을 측정하고, 제3 센싱 라인(SL3) 및 제4 센싱 라인(SL4)을 통해 제3 배터리 뱅크(13)의 전압을 측정할 수 있다. 마지막으로, 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1) 및 제4 센싱 라인(SL4)을 통해 배터리 모듈(10)의 전압을 측정할 수 있다.
그리고, 측정부(110)는 제5 센싱 라인(SL5)을 통해 전류 측정 유닛(A)과 연결될 수 있다. 예컨대, 전류 측정 유닛(A)은 배터리 모듈(10)의 충전 전류 및 방전 전류를 측정할 수 있는 전류계 또는 션트 저항일 수 있다. 측정부(110)는 제5 센싱 라인(SL5)을 통해서 배터리 모듈(10)의 충전 전류를 측정하여 충전량을 산출할 수 있다. 또한, 측정부(110)는 제5 센싱 라인(SL5)을 통해서 배터리 모듈(10)의 방전 전류를 측정하여 방전량을 산출할 수 있다.
배터리 팩(1)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 모듈(10)의 양극 단자, 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+), 외부 장치, 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-) 및 배터리 모듈(10)의 음극 단자는 전기적으로 연결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차(600)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(610)은 전기 자동차(Electric vehicle, EV)나 하이브리드 자동차(Hybrid vehicle, HV)와 같은 자동차(600)에 포함될 수도 있다. 그리고, 배터리 팩(610)은 자동차(600)에 구비된 인버터를 통해 모터에 전력을 공급함으로써, 자동차(600)를 구동시킬 수 있다. 여기서, 배터리 팩(610)에는 배터리 관리 장치(100)가 포함될 수 있다. 즉, 자동차(600)에는 배터리 관리 장치(100)가 포함될 수 있다. 이 경우, 배터리 관리 장치(100)는 자동차(600)에 포함된 온 보드 장치일 수 있다.
예컨대, 배터리 팩(610)에는 복수의 배터리 뱅크(BB)가 포함되고, 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 뱅크(BB) 각각의 SOH를 추정할 수 있다. 여기서, 서로 직렬로 연결된 복수의 배터리 뱅크(BB)는 배터리 모듈에 포함되고, 복수의 배터리 모듈이 배터리 팩(610)에 포함될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ESS(Energy storage system)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, ESS(700)은 복수의 배터리 모듈(720) 및 랙 케이스(710)를 포함한다. 복수의 배터리 모듈(720)은 상하 방향으로 배열된 형태로 랙 케이스(710)에 수용되도록 구성될 수 있다. 여기서, 배터리 모듈(720)에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)가 부착될 수 있다.
예컨대, 배터리 모듈(720)에는 복수의 배터리 뱅크(BB)가 포함되고, 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 뱅크(BB) 각각의 SOH를 추정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 배터리 관리 방법은 측정 단계(S100), 제1 SOH 추정 단계(S200), 제2 SOH 산출 단계 및 SOH 추정 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 배터리 관리 방법의 각 단계는 배터리 관리 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
측정 단계(S100)는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 뱅크(BB)의 충전 과정에서, 배터리 뱅크(BB)의 전압 및 전류를 측정하는 단계로서, 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다.
제1 SOH 추정 단계(S200)는 측정된 전류를 적산한 충전 용량에 기반하여 배터리 뱅크(BB)의 제1 SOH를 추정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
먼저, 제어부(120)는 측정된 전류를 적산하여 배터리 뱅크(BB)의 충전 용량을 산출하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 배터리 뱅크(BB)의 충전 시작 시점부터 충전 종료 시점까지 측정부(110)에 의해 측정된 전류를 적산하여, 충전 과정에서의 배터리 뱅크(BB)의 충전 용량을 산출할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 산출된 충전 용량에 기반하여 배터리 뱅크(BB)의 제1 SOH를 추정하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 미리 설정된 기준 용량에 대한 충전 용량의 비율을 계산하여 배터리 뱅크(BB)의 제1 SOH를 추정할 수 있다.
제2 SOH 결정 단계(S300)는 배터리 뱅크(BB)의 충전 종료 시점부터 복수의 배터리 셀에 순환 전류가 흐르는 시간에 기반하여 제2 SOH를 결정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
먼저, 제어부(120)는 충전 종료 시점부터 배터리 뱅크(BB)의 전압에 기반하여 순환 전류가 흐르는 시간을 산출하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 충전 종료 시점부터 배터리 뱅크(BB)의 전압이 변경되는 시간 동안을 복수의 배터리 셀에 순환 전류가 흐르는 시간으로 산출할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 SOH 테이블을 이용하여, 산출된 시간에 대응되는 SOH값을 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 결정된 SOH값을 배터리 뱅크(BB)에 대한 제2 SOH로 결정할 수 있다.
SOH 추정 단계(S400)는 제1 SOH 및 제2 SOH에 기반하여 배터리 뱅크(BB)의 SOH를 추정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 제1 SOH와 제2 SOH의 차이를 계산하여 제3 SOH를 산출하고, 산출된 제3 SOH를 배터리 뱅크(BB)의 SOH로 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
10: 배터리 모듈
11: 제1 배터리 뱅크
12: 제2 배터리 뱅크
13: 제3 배터리 뱅크
100: 배터리 관리 장치
110: 측정부
120: 제어부
130: 저장부
600: 자동차
610: 배터리 팩
700: ESS
710: 배터리 랙
720: 배터리 모듈

Claims (11)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 뱅크의 충전 과정에서, 상기 배터리 뱅크의 전압 및 전류를 측정하도록 구성된 측정부; 및
    상기 측정된 전류를 적산한 충전 용량에 기반하여 상기 배터리 뱅크의 제1 SOH를 추정하고, 상기 배터리 뱅크의 충전 종료 시점부터 상기 복수의 배터리 셀에 순환 전류가 흐르는 시간에 기반하여 제2 SOH를 결정하며, 상기 제1 SOH 및 상기 제2 SOH에 기반하여 상기 배터리 뱅크의 SOH를 추정하도록 구성된 제어부를 포함하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 측정된 전류를 적산하여 상기 배터리 뱅크의 충전 용량을 산출하고, 산출된 충전 용량에 기반하여 상기 배터리 뱅크의 제1 SOH를 추정하도록 구성된 배터리 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전 종료 시점부터 상기 배터리 뱅크의 전압에 기반하여 상기 순환 전류가 흐르는 시간을 산출하도록 구성된 배터리 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 순환 전류가 흐르는 시간에 대응되는 SOH값이 미리 설정된 SOH 테이블을 이용하여 상기 시간에 대응되는 상기 제2 SOH를 결정하도록 구성된 배터리 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 순환 전류가 흐르는 시간 및 상기 순환 전류가 흐른 후 상기 배터리 뱅크의 전압에 대응되는 SOH값이 미리 설정된 SOH 테이블을 이용하여, 상기 충전 종료 시점의 상기 배터리 뱅크의 전압과 상기 시간에 대응되는 상기 제2 SOH를 결정하도록 구성된 배터리 관리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 SOH와 상기 제2 SOH의 차이를 계산하여 제3 SOH를 산출하고, 산출된 제3 SOH를 상기 배터리 뱅크의 SOH로 추정하도록 구성된 배터리 관리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 SOH와 이전에 추정된 상기 배터리 뱅크의 SOH의 차이가 미리 설정된 임계값 이상인 경우, 상기 제2 SOH를 결정하도록 구성된 배터리 관리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀은, 서로 병렬로 연결되도록 구성된 배터리 관리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 자동차.
  11. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 뱅크의 충전 과정에서, 상기 배터리 뱅크의 전압 및 전류를 측정하는 측정 단계;
    상기 측정된 전류를 적산한 충전 용량에 기반하여 상기 배터리 뱅크의 제1 SOH를 추정하는 제1 SOH 추정 단계;
    상기 배터리 뱅크의 충전 종료 시점부터 상기 복수의 배터리 셀에 순환 전류가 흐르는 시간에 기반하여 제2 SOH를 결정하는 제2 SOH 결정 단계; 및
    상기 제1 SOH 및 상기 제2 SOH에 기반하여 상기 배터리 뱅크의 SOH를 추정하는 SOH 추정 단계를 포함하는 배터리 관리 방법.
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