WO2025211554A1 - 배터리 관리 시스템 및 그 배터리 건강 상태 관리 방법 - Google Patents

배터리 관리 시스템 및 그 배터리 건강 상태 관리 방법

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WO2025211554A1
WO2025211554A1 PCT/KR2025/001446 KR2025001446W WO2025211554A1 WO 2025211554 A1 WO2025211554 A1 WO 2025211554A1 KR 2025001446 W KR2025001446 W KR 2025001446W WO 2025211554 A1 WO2025211554 A1 WO 2025211554A1
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battery
soh
battery module
capacity
modules
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PCT/KR2025/001446
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박명희
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LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
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    • H02J7/80—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including monitoring or indicating arrangements
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    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • G—PHYSICS
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    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/371—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] with remote indication, e.g. on external chargers
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • One aspect of the present disclosure provides a method for managing a battery state-of-health (SoH) of a battery management system, the method comprising: checking an SoH of each of a plurality of battery modules included in a battery pack; checking at least one first battery module, which is at least a part of the plurality of battery modules, based on at least a part of the SoH of each of the plurality of battery modules; and re-checking the SoH of the at least one first battery module by considering at least a part of a margin capacity of the at least one first battery module as an available capacity.
  • SoH battery state-of-health
  • the step of re-verifying the SoH of the at least one first battery module may include a battery SoH management method including the steps of: verifying a first SoH corresponding to a battery module remaining among the plurality of battery modules excluding the at least one first battery module; verifying, based on the first SoH, at least a portion of the capacity to be considered as the available capacity among the margin capacity; and re-verifying the SoH of the at least one first battery module based on the at least a portion of the capacity to be considered as the available capacity.
  • a battery SoH management method may be included, further comprising: a step of confirming that the SoH of at least some of the plurality of battery modules is equal to or lower than a second threshold; a step of confirming that, for at least one battery module corresponding to the SoH being equal to or lower than the second threshold, a ratio of the margin capacity considered as available capacity is equal to or higher than a third threshold; and a step of transmitting replacement information related to the replacement of the battery pack to a manager terminal.
  • the step of re-verifying the SoH of the at least one first battery module may include a battery SoH management method including: a step of verifying a second SoH corresponding to the at least one second battery module; a step of verifying, based on the second SoH, at least a portion of the capacity to be considered as the available capacity among the margin capacity; and a step of re-verifying the SoH of the at least one first battery module based on the at least a portion of the capacity to be considered as the available capacity.
  • a battery management system for managing a battery state-of-health (SoH), comprising: a processor; and a memory storing one or more instructions, wherein the processor is configured to perform the one or more instructions to: verify the SoH of each of a plurality of battery modules included in a battery pack; verify at least one first battery module, which is at least one of the plurality of battery modules, based on at least a portion of the SoH of each of the plurality of battery modules; and re-verify the SoH of the at least one first battery module by considering at least a portion of a margin capacity of the at least one first battery module as an available capacity.
  • SoH battery state-of-health
  • Another aspect of the present disclosure may provide a computer-readable, non-transitory recording medium having recorded thereon a program for executing the battery health status management method described above on a computer.
  • the SoH of the entire battery pack can be prevented from deteriorating due to this.
  • Figures 3a and 3b are exemplary drawings showing changes in SoH according to a SoH re-verification process according to one embodiment.
  • FIGS. 5a and 5b are exemplary drawings showing changes in SoH when a battery module is replaced, according to one embodiment.
  • FIG. 7 illustrates a block diagram of a battery management system according to one embodiment.
  • the "terminal” mentioned below may be implemented as a computer or portable terminal that can connect to a server or other terminal via a network.
  • the computer includes, for example, a notebook, desktop, laptop, etc. equipped with a web browser
  • the portable terminal may include, for example, a wireless communication device that guarantees portability and mobility, and may include all types of handheld-based wireless communication devices such as communication-based terminals such as IMT (International Mobile Telecommunication), CDMA (Code Division Multiple Access), W-CDMA (W-Code Division Multiple Access), LTE (Long Term Evolution), smartphones, tablet PCs, etc.
  • IMT International Mobile Telecommunication
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • W-CDMA Wide-Code Division Multiple Access
  • LTE Long Term Evolution
  • FIG. 1 is a diagram showing the interlocking relationship between a battery management system and a battery pack that manages a battery health status according to one embodiment.
  • the battery management system (100) may include a computing device, sensors, and various other equipment used to manage a battery pack (200).
  • the sensors may include various sensors used to manage the battery, such as a current sensor, a voltage sensor, a temperature sensor, an insulation resistance sensor, and a status measurement sensor
  • the equipment may include, but is not limited to, a communication interface, a balancing circuit, and the like.
  • the battery pack (200) may be a product designed to output a specific capacity.
  • the battery pack (200) is generally designed to theoretically output more than the specific capacity, but in actual use, it may be set to output only up to the specific capacity.
  • the battery pack (200) may be designed to have a margin capacity, and may be set by the battery management system (100) to use only the initial capacity obtained by subtracting the margin capacity from the total capacity.
  • the total capacity may be 1200 Wh
  • the margin capacity may be 200 Wh
  • the initial capacity may be 1000 Wh
  • the initial capacity of the battery pack (200) of 1000 Wh may be set to be used by the battery management system (100).
  • Such capacity setting of the battery pack (200) may be performed to ensure safety during use and to provide a margin to ensure that the required output capacity can be output from a quality control perspective.
  • the battery pack (200) may age with use.
  • the degree of such aging may be determined by the battery's State-of-Health (SoH) value, which may be calculated as the ratio of the available capacity of the battery pack (200) at the initial point in time to the available capacity at the time of determination. For example, if the initial capacity of the battery pack (200) is set to 1000 Wh as described above, the available capacity may be initially measured as 1000 Wh. However, if the available capacity decreases to 950 Wh as the battery pack (200) is used, the SoH of the battery pack (200) at that point in time may be calculated as 95%. According to the prior art, the margin capacity may not be considered in such SoH calculation.
  • SoH State-of-Health
  • the SoH of the battery pack (200) it is not measured by simply adding up the available capacities of each battery module included in the battery pack (200) and then calculating the ratio with the initial available capacity. Specifically, in order to calculate the SoH of the battery pack (200), the SoH of each battery module included therein is checked, and the lowest SoH among the SoHs of the battery pack (200) can be checked as the SoH of the battery pack (200).
  • the SoH of the battery pack (200) is measured as 85%, and can be managed and used based on this low SoH value. While this conventional SoH measurement and management method has its advantages, it can be inefficient because it cannot fully utilize the performance of battery modules with more remaining capacity. Furthermore, because this SoH measurement method completely ignores margin capacity, this inefficiency is likely to be exacerbated.
  • the SoH of each battery module is measured by taking the aforementioned margin capacity into account, and the SoH of the battery pack (200) is calculated based on the SoH of the battery module for which the margin capacity is taken into account, thereby enabling more efficient use of the battery pack (200).
  • a SoH management method of this kind will be described below.
  • the battery management system (100) can check the SoH of each of the plurality of battery modules included in the battery pack (200).
  • the battery management system (100) can check at least one first battery module, which is at least a part of the plurality of battery modules, based on at least a part of the SoH of each of the plurality of battery modules.
  • the battery management system (100) can recheck the SoH of at least one first battery module by considering at least a part of the margin capacity of the at least one first battery module as the available capacity.
  • the first threshold may be set to a predetermined value that allows for confirmation that a specific battery module is aging faster than other battery modules.
  • a specific value may be approximately 5%, but is not limited thereto.
  • the above first battery module confirmation method may basically be intended to confirm a battery module that is aging faster than other battery modules and has a decreasing SoH as the first battery module. Therefore, various methods other than the above-described method may be applied as long as they can achieve this purpose.
  • the battery management system (100) can check the first SoH corresponding to the remaining battery modules excluding at least one first battery module among the plurality of battery modules.
  • the battery management system (100) can check a value that can represent the SoH of the remaining battery modules as the first SoH.
  • the average or median value of the SoH of the remaining battery modules can be checked as the first SoH, but the present invention is not limited thereto.
  • the battery management system (100) can check at least a portion of the capacity to be considered as the available capacity among the margin capacity based on the first SoH.
  • the battery management system (100) can confirm only the difference information of 7Wh among the margin capacity of 20Wh as the available capacity of the first battery module. If the margin capacity is 5Wh, the entire 5Wh can be confirmed as the available capacity of the first battery module. This confirmation process can be performed for each first battery module.
  • the battery management system (100) can re-verify the SoH of at least one first battery module based on at least a portion of the capacity to be considered as available capacity among the margin capacity. For example, the battery management system (100) can re-verify the SoH of the first battery module based on the ratio of the total capacity and the available capacity at the initial point in time, by adding at least a portion of the capacity to be considered as available capacity among the aforementioned margin capacity to the available capacity confirmed at the time point before applying the margin capacity. This process can be performed for each first battery module.
  • the battery management system (100) can re-verify the SoH based on 91 Wh, which is the available capacity of the first battery module before applying the margin capacity, plus 7 Wh, which is newly considered as available capacity.
  • the change in SoH according to the SoH re-verification process can be visually confirmed with reference to FIGS. 3a and 3b.
  • FIGS. 3a and 3b In FIGS.
  • a white square (10) may represent the SoH of each battery module to which the SoH re-verification process according to an embodiment of the present disclosure is not applied
  • a dotted square (30) may represent a margin capacity
  • a hatched square (20) may represent a capacity considered as an available capacity among the margin capacities.
  • FIGS. 3a to 5a depict the SoH of a battery before the SoH re-verification process according to an embodiment of the present disclosure is applied, the hatched square (20) may not be displayed.
  • Figures 3a and 3b are exemplary drawings showing changes in SoH according to a SoH re-verification process according to one embodiment.
  • the modules (311, 321, and 331) prior to the SoH re-verification process have SoHs of 91%, 85%, and 91%, respectively, with their available capacities decreasing compared to the initial available capacity (301) when the SoH was 100%.
  • a battery pack including such modules (311, 321, and 331) can be used and managed based on having an SoH of 85%, such as the second module (321), according to the prior art.
  • each battery module is designed to have a margin capacity, and using it based on an SoH of 85% while leaving the margin capacity of 20% unused can be viewed as a waste of performance.
  • the second module (322) whose SoH has been reconfirmed by applying margin capacity can be confirmed to have 91% SoH, the same as the other modules (312 and 332), by considering 6% of the margin capacity as available capacity, unlike FIG. 3a. This allows the battery pack to be managed and used as having 91% SoH, thereby preventing performance waste.
  • the battery management system (100) may determine, based on at least a portion of the SoH of each of a plurality of battery modules, that at least one of the SoHs is below a second threshold. Thereafter, at least one battery module corresponding to an SoH below the second threshold may be identified as at least one first battery module.
  • the second threshold may correspond to an SoH value at which the battery is deemed to be aging and in need of replacement. A specific value may be, for example, approximately 80%, but is not limited thereto. According to this embodiment, a battery module whose SoH falls below a threshold associated with aging may be selected as the first battery module.
  • the margin capacity corresponding to 2% SoH can be re-applied to bring the SoH back to 81%. Accordingly, the margin capacity may be reduced to a capacity corresponding to 16%.
  • the margin capacity may also be applied to other battery modules instead of the second battery module (322 and 422).
  • SoH management method of the present disclosure can be applied to batteries that do not have a cell-module-pack hierarchical structure as described above. Refer to FIG. 6 for a description of such an embodiment.
  • the battery management system (100) can manage the SoH of a battery pack (600) designed with a cell-to-pack (CTP) structure.
  • the CTP structure is a structure in which battery cells are directly integrated into the battery pack without a module-level assembly process, and is a structure that has recently been receiving attention in terms of improving energy density, simplifying the manufacturing process, reducing weight, and improving cooling system efficiency.
  • the SoH management method according to the present disclosure can also be applied to the battery pack (600) with such a CTP structure.
  • the SoH of the battery pack (600) with a CTP structure can be determined according to the lowest SoH among the SoHs of the plurality of battery cells (601) included therein.
  • the lowest SoH can be improved by applying a margin capacity according to the SoH management method according to the various embodiments described above.
  • the performance of the battery pack (600) with a CTP structure can be improved and its lifespan can be extended.
  • the battery management system (100) may include a memory (101) and a processor (102).
  • the battery management system (100) illustrated in FIG. 7 only illustrates components related to the present embodiment. Therefore, those skilled in the art will appreciate that, in addition to the components illustrated in FIG. 7, other general-purpose components may be included.
  • the processor (102) may be included in a controller.
  • the processor (102) may be configured to perform one or more instructions to: verify an SoH of each of a plurality of battery modules included in a battery pack; verify at least one first battery module, which is at least a part of the plurality of battery modules, based on at least a part of the SoH of each of the plurality of battery modules; and re-verify the SoH of the at least one first battery module by considering at least a part of the margin capacity of the at least one first battery module as available capacity.
  • the battery management system (100) may additionally include a transceiver for performing wired/wireless communication.
  • the battery management system (100) may communicate with an external battery management system using the transceiver.
  • the external battery management system may be a terminal or a server.
  • communication technologies used by the transceiver may include GSM (Global System for Mobile communication), CDMA (Code Division Multi Access), LTE (Long Term Evolution), 5G, WLAN (Wireless LAN), Wi-Fi (Wireless-Fidelity), Bluetooth (Bluetooth), RFID (Radio Frequency Identification), Infrared Data Association (IrDA), ZigBee, NFC (Near Field Communication), etc.
  • the present embodiment may be represented by functional block configurations and various processing steps. These functional blocks may be implemented by various hardware and/or software configurations that perform specific functions. For example, the embodiment may employ direct circuit configurations such as memory, processing, logic, look-up tables, etc., which may perform various functions under the control of one or more microprocessors or other control devices. Similarly, the present embodiment may be implemented in a programming or scripting language such as C, C++, Java, assembler, etc., including various algorithms implemented as a combination of data structures, processes, routines, or other programming configurations. Functional aspects may be implemented as algorithms that execute on one or more processors. Furthermore, the present embodiment may employ conventional techniques for electronic configuration, signal processing, and/or data processing. Terms such as “mechanism,” “element,” “means,” and “composition” can be used broadly and are not limited to mechanical or physical structures. These terms can also encompass a series of software routines, such as those associated with a processor.

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Abstract

배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH를 확인하는 단계; 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부에 기반하여, 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부인, 적어도 하나의 제1배터리 모듈을 확인하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 마진 용량 중 적어도 일부를 가용 용량으로 고려하여 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인하는 단계를 포함하는, 배터리 관리 시스템의 배터리 SoH 관리 방법이 제공된다.

Description

배터리 관리 시스템 및 그 배터리 건강 상태 관리 방법
본 출원은 2024년 04월 02일자 대한민국 특허 출원 제2024-0044649호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 대한민국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 개시는 배터리 관리 시스템 및 그 배터리 건강 상태 관리 방법에 관한 것이다.
배터리는 팩-모듈-셀의 계층적 구조를 가지도록 제조되는 것이 일반적이다. 구체적으로, 배터리 팩은 복수 개의 배터리 모듈을 포함하고, 배터리 모듈은 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 구조로 구성될 수 있다. 이와 같은 배터리 구조에서, 배터리 팩의 건강 상태(State-of-Health, SoH)는 자신이 포함하는 배터리 모듈 중 그 SoH가 가장 나쁜 것을 기준으로 산정되고, 배터리 모듈 역시 마찬가지로, 자신이 포함하는 배터리 셀 중 그 SoH가 가장 나쁜 것을 기준으로 산정될 수 있다. 이와 같이 산정된 SoH에 따라 배터리가 사용될 수 있도록 배터리 관리 시스템에 의해 관리될 수 있다.
이와 같은 SoH 산정 방식은, 배터리 팩 또는 모듈의 균일한 성능을 유지하고, 과부하 또는 과충전의 위험성을 줄이며, 수명을 최적화하고 성능을 잘 예측할 수 있도록 한다는 점에서 장점이 있다. 하지만, 이와 같은 방식에 기인한 단점도 있는데, 그 중 하나는, 특정 배터리 모듈이 노후화되어 이를 새 모듈로 교체하더라도, 교체되지 않은 다른 모듈들의 SoH에 따라 전체 배터리 팩의 SoH가 결정되므로 교체된 새 모듈의 성능을 온전히 활용할 수 없다는 단점이 있다. 또한, 일부 배터리 모듈만 급속도로 노후화되는 경우, 다른 배터리 모듈은 정상임에도 불구하고 노후화된 배터리 모듈을 기준으로 배터리 팩을 사용하게 되어 성능의 낭비가 발생한다는 문제가 있다.
개시되는 실시예들은 배터리 관리 시스템 및 그 배터리 건강 상태 관리 방법을 제공하고자 한다. 구체적으로는, 배터리 모듈 또는 배터리 셀의 마진 용량에 기반하여 배터리 SoH를 관리하는 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
본 개시의 일 측면은 배터리 관리 시스템의 배터리 건강 상태(State-of-Health, SoH) 관리 방법에 있어서, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH를 확인하는 단계; 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부에 기반하여, 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부인, 적어도 하나의 제1배터리 모듈을 확인하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 마진 용량 중 적어도 일부를 가용 용량으로 고려하여 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인하는 단계를 포함하는, 배터리 SoH 관리 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈을 확인하는 단계는, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부에 기반하여, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 간의 차이 정보 중 적어도 하나가 제1임계치 이상임을 확인하는 단계; 및 상기 제1임계치 이상인 적어도 하나의 차이 정보별로 대응하는 배터리 모듈들 중 SoH가 상대적으로 작은 적어도 하나의 배터리 모듈을 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈로서 확인하는 단계를 포함하는, 배터리 SoH 관리 방법을 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈을 확인하는 단계는, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부에 기반하여, 상기 각각의 SoH 중 적어도 하나가 제2임계치 이하임을 확인하는 단계; 및 상기 제2임계치 이하인 SoH에 대응하는 적어도 하나의 배터리 모듈을 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈로서 확인하는 단계를 포함하는, 배터리 SoH 관리 방법을 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인하는 단계는, 상기 복수의 배터리 모듈 중 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈을 제외한 나머지 배터리 모듈에 대응하는 제1SoH를 확인하는 단계; 상기 제1SoH에 기반하여, 상기 마진 용량 중 상기 가용 용량으로 고려할 적어도 일부의 용량을 확인하는 단계; 및 상기 가용 용량으로 고려할 적어도 일부의 용량에 기반하여, 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인하는 단계를 포함하는, 배터리 SoH 관리 방법을 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에서, 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부의 SoH가 제2임계치 이하임을 확인하는 단계; 상기 제2임계치 이하인 SoH에 대응하는 적어도 하나의 배터리 모듈에 대해, 마진 용량 중 가용 용량으로 고려된 비율이 제3임계치 이상임을 확인하는 단계; 및 상기 배터리 팩의 교체와 관련된 교체 정보를 관리자 단말에 전달하는 단계를 더 포함하는, 배터리 SoH 관리 방법을 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈을 확인하는 단계는, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부가 제2임계치 미만임을 확인하는 단계; 상기 복수의 배터리 모듈 중 상기 제2임계치 이상의 SoH를 가지는 상기 제1배터리 모듈을 제외한 나머지 배터리 모듈 중 적어도 일부가 적어도 하나의 제2배터리 모듈로 교체되었음을 확인하는 단계를 포함하는, 배터리 SoH 관리 방법을 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에서, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부가 제2임계치 미만임을 확인하는 단계는, 상기 나머지 배터리 모듈 중 적어도 일부의 교체와 관련된 교체 정보를 관리자 단말에 전달하는 단계를 포함하는, 배터리 SoH 관리 방법을 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인하는 단계는, 상기 적어도 하나의 제2배터리 모듈에 대응하는 제2SoH를 확인하는 단계; 상기 제2SoH에 기반하여, 상기 마진 용량 중 상기 가용 용량으로 고려할 적어도 일부의 용량을 확인하는 단계; 및 상기 가용 용량으로 고려할 적어도 일부의 용량에 기반하여, 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인하는 단계를 포함하는, 배터리 SoH 관리 방법을 포함할 수 있다.
본 개시의 다른 측면은, 배터리 건강 상태(State-of-Health, SoH)를 관리하는 배터리 관리 시스템으로서, 프로세서; 및 하나 이상의 인스트럭션을 저장하는 메모리를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 하나 이상의 인스트럭션을 수행함으로써, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH를 확인하고, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부에 기반하여, 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부인, 적어도 하나의 제1배터리 모듈을 확인하고, 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 마진 용량 중 적어도 일부를 가용 용량으로 고려하여 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인하도록 설정된, 배터리 관리 시스템을 제공할 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면은 상술한 배터리 건강 상태 관리 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 비일시적 기록매체를 제공할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
제안되는 실시예에 따를 경우 다음과 같은 효과를 하나 혹은 그 이상 기대할 수 있다.
본 명세서의 실시예에 의할 경우, 배터리 모듈의 마진 용량에 기반하여 SoH를 관리함으로써, 교체되지 않은 모듈이 새로 교체된 모듈과 유사한 SoH를 가지도록 하고, 이에 따라 새로 교체된 모듈을 성능 낭비 없이 사용할 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예에 의할 경우, 배터리 모듈의 마진 용량에 기반하여 SoH를 관리함으로써, 특정 배터리 모듈이 다른 모듈에 비해 빠르게 노후화되더라도, 이로 인한 배터리 팩 전체의 SoH 하락을 방지할 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예에 의할 경우, 배터리 모듈의 마진 용량에 기반하여 배터리 모듈의 SoH가 전반적으로 서로 유사하도록 관리함으로써, 균일한 성능을 유지하며, 배터리 수명을 최적화할 수도 있다.
본 개시의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따라 배터리 건강 상태를 관리하는 배터리 관리 시스템 및 배터리 팩 간의 연동 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 SoH 관리 방법의 흐름도이다.
도 3a 및 3b는 일 실시예에 따른 SoH 재확인 과정에 따른 SoH의 변화를 나타낸 예시 도면이다.
도 4a 및 4b는 일 실시예에 따른 SoH 재확인 과정에 따른 SoH의 변화를 나타낸 예시 도면이다.
도 5a 및 5b는 일 실시예에 따른, 배터리 모듈을 교체한 경우의 SoH의 변화를 나타낸 예시 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따라 배터리 건강 상태를 관리하는 배터리 관리 시스템 및 다른 방식으로 설계된 배터리 팩 간의 연동 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 블록도를 나타낸다.
실시예들에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
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 있음을 의미한다.
명세서 전체에서 기재된 "a, b, 및 c 중 적어도 하나"의 표현은, 'a 단독', 'b 단독', 'c 단독', 'a 및 b', 'a 및 c', 'b 및 c', 또는 'a, b, 및 c 모두'를 포괄할 수 있다.
이하에서 언급되는 "단말"은 네트워크를 통해 서버나 타 단말에 접속할 수 있는 컴퓨터나 휴대용 단말로 구현될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 예를 들어, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 데스크톱(desktop), 랩톱(laptop) 등을 포함하고, 휴대용 단말은 예를 들어, 휴대성과 이동성이 보장되는 무선 통신 장치로서, IMT(International Mobile Telecommunication), CDMA(Code Division Multiple Access), W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 등의 통신 기반 단말, 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 개시의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따라 배터리 건강 상태를 관리하는 배터리 관리 시스템 및배터리 팩 간의 연동 관계를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 관리 시스템(100)은, 배터리 팩(200)을 관리하기 위해 사용되는 컴퓨팅 장치, 센서 및 이외의 다양한 장비를 포함할 수 있다. 여기서 센서는 전류 센서, 전압 센서, 온도 센서, 절연 저항 센서, 상태 측정 센서 등 배터리를 관리하기 위해 사용되는 다양한 센서를 포함할 수 있고, 장비는 통신 인터페이스, 밸런싱 회로 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정될 것은 아니다.
배터리 팩(200)은, 복수의 배터리 모듈을 포함할 수 있고, 각 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 1과 같이, 배터리 모듈(210)은 배터리 셀(211)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 배터리 팩(200)은, 특정한 용량만큼의 출력을 내도록 설계된 제품일 수 있다. 이 때, 일반적으로, 이론적으로는 해당 특정 용량에 비해 더 많은 출력을 내는 것이 가능하도록 배터리 팩(200)이 설계되나, 실사용 시에는 해당 특정 용량까지만 출력할 수 있도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩(200)이 1000Wh의 용량을 정격으로 출력할 수 있는 배터리로서 사용될 것을 예정하는 것이라면, 실제로는 1200Wh의 용량을 출력할 수 있도록 설계될 수 있다. 즉, 배터리 팩(200)은 마진 용량을 가지도록 설계된 상태에서, 배터리 관리 시스템(100)에 의해 전체 용량에서 마진 용량을 뺀 초기 용량만을 사용하도록 설정될 수 있다. 전술한 예시의 경우, 1200Wh가 전체 용량, 마진 용량이 200Wh, 그리고 초기 용량이 1000Wh일 수 있고, 배터리 관리 시스템(100)에 의해 배터리 팩(200)의 초기 용량인 1000Wh가 사용되도록 설정될 수 있다. 이와 같은 배터리 팩(200)의 용량 설정은, 사용 중 안전성을 담보하고, 품질 관리 측면에서 요구된 출력 용량을 확실히 출력할 수 있도록 하는 마진을 두기 위해 수행되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 배터리 팩(200)은, 사용에 따라 노화될 수 있다. 이와 같은 노화의 정도는 배터리의 건강 상태(State-of-Health, SoH) 수치로서 확인될 수 있는데, 이는 초기 시점의 배터리 팩(200)의 가용 용량 대비 확인 시점의 가용 용량의 비율로 계산될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 배터리 팩(200)의 초기 용량이 1000Wh로 설정된 경우, 최초 시점에는 가용 용량이 1000Wh로 측정될 수 있는데, 배터리 팩(200)이 사용됨에 따라 가용 용량이 950Wh로 감소하였다면, 해당 시점에 배터리 팩(200)의 SoH는 95%로 계산될 수 있다. 종래 기술에 따르면, 이와 같은 SoH 계산에 마진 용량은 고려되지 않을 수 있다.
또한, 배터리 팩(200)의 SoH를 계산할 때, 단순히 배터리 팩(200)에 포함된 각 배터리 모듈의 가용 용량을 합친 후 초기의 가용 용량과의 비율을 계산하는 방식으로 측정하지는 않는다. 구체적으로, 배터리 팩(200)의 SoH를 산정하기 위해, 이에 포함된 배터리 모듈 각각의 SoH를 확인하고, 배터리 팩(200)의 각각의 SoH 중 가장 낮은 SoH를 배터리 팩(200)의 SoH로 확인할 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈이 10개 존재하며, 모두 초기 용량이 100Wh였는데, 가장 상태가 좋은 배터리 모듈은 가용 용량이 여전히 97Wh로 SoH가 97%에 달하지만, 가장 상태가 좋지 않은 배터리 모듈은 가용 용량이 85Wh에 불과해 SoH가 85%로 계산된다면, 배터리 팩(200)의 SoH는 85%로 측정되고, 이와 같은 낮은 SoH 값에 기반하여 관리되고 사용될 수 있다. 이와 같은 종래의 SoH 측정 및 관리 방식은 장점도 있지만, 더 용량이 많이 남은 배터리 모듈의 성능을 전부 사용할 수 없다는 점에서 비효율적일 수 있다. 또한, 이와 같은 SoH의 측정에 마진 용량은 전혀 고려하지 않고 있기 때문에, 이와 같은 비효율은 더욱 심해지는 것으로 볼 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전술한 마진 용량을 함께 고려하여 배터리 모듈 각각의 SoH를 측정하고, 이와 같이 마진 용량이 고려된 배터리 모듈의 SoH에 기반하여 배터리 팩(200)의 SoH를 산정함으로써, 배터리 팩(200)을 더 효율적으로 사용할 수 있다. 이하 이와 같은 SoH 관리 방법에 대해 이하 설명하도록 한다.
도 2는 일 실시예에 따른 SoH 관리 방법의 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 단계 S210에서, 배터리 관리 시스템(100)은, 배터리 팩(200)에 포함된 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH를 확인할 수 있다. 단계 S220에서, 배터리 관리 시스템(100)은, 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부에 기반하여, 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부인, 적어도 하나의 제1배터리 모듈을 확인할 수 있다. 단계 S230에서, 배터리 관리 시스템(100)은, 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 마진 용량 중 적어도 일부를 가용 용량으로 고려하여 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인할 수 있다. 이하 각각의 단계에 대해 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.
먼저, 전술한 바와 같이, 배터리 관리 시스템(100)은, 배터리 모듈 각각의 SoH를 확인할 수 있다. 여기서 SoH의 확인은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 전술한 다양한 센서 및 장비에 기반하여, 충방전 용량 측정, 내부 저항 측정, 전압 분석, 쿨롱 효율 측정, 임피던스 스펙트로스코피 또는 인공 지능을 적용한 추정 방법 등 다양한 기법을 적용하여 SoH를 확인할 수 있으나, 이와 같은 방식에 한정될 것은 아니다.
이후, 배터리 관리 시스템(100)은, 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부에 기반하여 제1배터리 모듈을 확인할 수 있다. 제1배터리 모듈을 확인하는 다양한 실시예에 대해 각각 이하 설명하도록 한다.
먼저, 일 실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템(100)은, 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부에 기반하여, 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 간의 차이 정보 중 적어도 하나가 제1임계치 이상임을 확인할 수 있다. 예를 들어, 10개의 배터리 모듈이 존재하는 경우에, 45개의 조합별로 SoH 간의 차이 정보를 계산할 수 있고, 이와 같은 45개의 조합 중 적어도 하나가 제1임계치 이상임을 확인할 수 있다. 차이가 제1임계치 이상인 적어도 하나의 차이 정보별로 대응하는 2개의 배터리 모듈에 대해, 배터리 관리 시스템(100)은, SoH가 상대적으로 작은 적어도 하나의 모듈을 적어도 하나의 제1배터리 모듈로서 확인할 수 있다. 예를 들어, 차이 정보가 제1임계치 이상인 경우, 해당 조합에 대해 SoH가 큰 배터리 모듈과 SoH가 작은 배터리 모듈이 포함되어 있을 것인데, 이들 중 SoH가 작은 배터리 모듈을 제1배터리 모듈로서 확인할 수 있다. 더욱 구체적인 예를 들면, 제1임계치가 5%에 대응하는데, 특정 조합의 배터리 모듈들이 각각 91% 및 85%의 SoH를 가진다면, 해당 특정 조합은 제1임계치 이상의 차이 정보에 대응하는 것이며, 여기서 85%의 SoH를 가지는 배터리 모듈이 전술한 제1배터리 모듈로서 확인될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1임계치는, 특정 배터리 모듈이 다른 배터리 모듈에 비해 빠르게 노후화되고 있다는 점을 확인할 수 있도록 하는 소정의 수치로서 설정될 수 있는데, 구체적인 수치로는 5% 내외를 들 수 있으나, 이와 같은 수치에 한정될 것은 아니다. 이상의 제1배터리 모듈 확인 방식은 기본적으로 다른 배터리 모듈에 비해 빠르게 노후화되어 SoH가 떨어지고 있는 배터리 모듈을 제1배터리 모듈로서 확인하고자 하는 것일 수 있으며, 따라서, 이와 같은 목적을 달성할 수 있는 방식이라면 이상 설명한 방식 외에 다양한 방식이 적용될 수 있다.
이후, 배터리 관리 시스템(100)은, 복수의 배터리 모듈 중, 적어도 하나의 제1배터리 모듈을 제외한 나머지 배터리 모듈에 대응하는 제1SoH를 확인할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템(100)은, 나머지 배터리 모듈의 SoH를 대표할 수 있는 값을 제1SoH로서 확인할 수 있다. 일 예로, 나머지 배터리 모듈의 SoH의 평균 또는 중간값 등을 제1SoH로서 확인할 수 있으나, 이에 한정될 것은 아니다. 배터리 관리 시스템(100)은, 제1SoH에 기반하여, 마진 용량 중 가용 용량으로 고려할 적어도 일부의 용량을 확인할 수 있다. 일례로, 배터리 관리 시스템(100)은, 제1배터리 모듈의 해당 시점의 가용 용량과 제1SoH에 대응하는 용량 간의 차이 정보를 계산한 후, 차이 정보와 마진 용량 간의 크기를 비교하고, 차이 정보가 마진 용량보다 작다면, 마진 용량에서 차이 정보만큼을 가용 용량으로 확인할 수 있다. 차이 정보가 마진 용량보다 크다면, 마진 용량 전부를 가용 용량으로 확인할 수 있다. 구체적인 예시를 들면, 제1배터리 모듈의 해당 시점의 가용 용량이 84Wh인데, 제1SoH가 91%라면, 제1SoH에 대응하는 용량인 91Wh와 가용 용량의 차이 정보를 7Wh로 계산할 수 있다. 마진 용량이 20Wh라면, 배터리 관리 시스템(100)은, 마진 용량 20Wh 중 차이 정보 7Wh만큼을 제1배터리 모듈의 가용 용량으로 확인할 수 있다. 만일 마진 용량이 5Wh인 경우, 5Wh 전체를 제1배터리 모듈의 가용 용량으로 확인할 수 있다. 이와 같은 확인 과정은 제1배터리 모듈별로 수행될 수 있다.
이후, 배터리 관리 시스템(100)은, 마진 용량 중 가용 용량으로 고려할 적어도 일부의 용량에 기반하여, 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 시스템(100)은, 마진 용량을 적용하기 이전 시점에 확인된 가용 용량에, 전술한 마진 용량 중 가용 용량으로 고려할 적어도 일부의 용량을 더하고, 합계 용량과 초기 시점의 가용 용량을 비교한 비율에 기반하여 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인할 수 있다. 이와 같은 과정은 제1배터리 모듈별로 수행될 수 있다. 전술한 예시의 수치를 다시 예로 들면, 배터리 관리 시스템(100)은, 제1배터리 모듈의 마진 용량 적용 이전 가용 용량인 84Wh에, 새로이 가용 용량으로 고려된 7Wh만큼을 더한 91Wh를 기준으로 SoH를 재확인할 수 있을 것이다. 이와 같은 SoH의 재확인 과정에 따른 SoH의 변화에 대해 도 3a 및 3b를 참조하여 시각적으로 확인할 수 있도록 한다. 이하의 도 3a 내지 5a, 3b 내지 5b에서, 하얀색 사각형(10)은 본 개시의 일 실시예에 따른 SoH 재확인 과정이 적용되지 않은 각 배터리 모듈의 SoH를 의미할 수 있고, 점 찍힌 사각형(30)은 마진 용량을 의미하며, 빗금 사각형(20)은 마진 용량 중 가용 용량으로 고려된 용량을 의미할 수 있다. 또한, 도 3a 내지 5a는 본 개시의 일 실시예에 따른 SoH 재확인 과정이 적용되기 전의 배터리의 SoH를 묘사한 것이므로, 빗금 사각형(20)이 표시되지 않은 상태일 수 있다.
도 3a 및 3b는 일 실시예에 따른 SoH 재확인 과정에 따른 SoH의 변화를 나타낸 예시 도면이다.
도 3a를 참조하면, SoH 재확인 과정을 거치기 이전의 모듈들(311, 321 및 331)이, 사용됨에 따라 SoH가 100%였던 초기 시점의 가용 용량(301)에 비해 가용 용량이 줄어들어 각각 91%, 85% 및 91%의 SoH를 가짐을 확인할 수 있다. 여기서, 이와 같은 모듈들(311, 321 및 331)을 포함하는 배터리 팩은, 종래 기술에 따르면, 두 번째 모듈(321)과 같이 85%의 SoH를 가지는 것을 기준으로 사용 및 관리될 수 있다. 하지만, 각 배터리 모듈은 마진 용량을 가지도록 설계되는데, 이와 같은 20%의 마진 용량을 사용하지 않는 상태로 두면서 85%의 SoH를 기준으로 사용하는 것은 성능의 낭비로 볼 수 있다.
도 3b를 참조하면, 본 개시에 따른 SoH 관리 방법을 적용함으로써 도 3a와 같은 상황에서 발생할 수 있는 성능의 낭비를 방지한 상황의 일 예시를 확인할 수 있다. 예를 들어, 마진 용량을 적용하여 SoH가 재확인된 두 번째 모듈(322)은, 도 3a와 달리, 마진 용량 중 6%를 가용 용량으로 고려함으로써 다른 모듈들(312 및 332)과 동일하게 91%의 SoH를 가짐을 확인할 수 있다. 이를 통해, 배터리 팩이 91%의 SoH를 가지는 것으로 관리 및 사용되고, 성능의 낭비가 방지될 수 있다.
이하 제1배터리 모듈을 확인하는 다른 실시예에 대해 설명하도록 한다.
일 실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템(100)은, 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부에 기반하여, 각각의 SoH 중 적어도 하나가 제2임계치 이하임을 확인할 수 있다. 이후, 제2임계치 이하인 SoH에 대응하는 적어도 하나의 배터리 모듈을 적어도 하나의 제1배터리 모듈로서 확인할 수 있다. 여기서 제2임계치는, 배터리가 노화되어 교체가 필요할 것으로 여겨지는 SoH 값에 대응할 수 있다. 구체적인 수치의 예를 들면, 80% 정도일 수 있으나, 이에 한정될 것은 아니다. 이와 같은 실시예에 따르면, 노화와 관련된 임계치 이하로 SoH가 떨어진 배터리 모듈을 제1배터리 모듈로서 선택할 수 있다.
이 때, 배터리 관리 시스템(100)은, 전술한 과정과 유사하게, 마진 용량 중 가용 용량으로 고려할 적어도 일부의 용량을 확인할 수 있다. 이후, 전술한 적어도 일부의 용량에 기반하여, 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인할 수 있다. 여기서, 마진 용량 중 가용 용량으로 고려할 적어도 일부의 용량은, 전술한 바와 유사하게 제1배터리 모듈을 제외한 나머지 모듈의 SoH에 대응하는 특정 값과 제1배터리 모듈의 SoH 간의 차이 정보를 계산하고, 해당 차이 정보와 제1배터리 모듈의 마진 용량을 비교한 후, 둘 중 작은 양을 가용 용량으로 고려할 수도 있을 것이다. 또는, 다른 실시예로, 배터리 관리 시스템(100)은, 제2임계치와 제1배터리 모듈의 SoH 간의 차이 정보를 계산한 후, 해당 차이 정보와 제1배터리 모듈의 마진 용량을 비교한 다음, 둘 중 작은 양을 가용 용량으로 고려할 수도 있을 것이다. 이와 같은 과정을 각각의 제1배터리 모듈별로 수행함으로써 SoH 재확인 과정을 수행할 수 있다. 이와 같은 SoH의 재확인 과정에 따른 SoH의 변화에 대해 도 4a 및 4b를 참조하여 시각적으로 확인할 수 있도록 한다.
도 4a 및 4b는 일 실시예에 따른 SoH 재확인 과정에 따른 SoH의 변화를 나타낸 예시 도면이다.
도 4a를 참조하면, SoH 재확인 과정을 거치기 이전의 모듈들(411, 421 및 431)이, 사용됨에 따라 SoH가 100%였던 초기 시점의 가용 용량(401)에 비해 가용 용량이 줄어들어 각각 82%, 79% 및 83%의 SoH를 가짐을 확인할 수 있다. 여기서, 종래 기술에 따르면, 이와 같은 모듈들(411, 421 및 431)을 포함하는 배터리 팩은, 두 번째 모듈(421)의 79%로 SoH가 산정되므로, 배터리 팩이 노후화되어 교체가 필요한 상황으로 인식될 수 있다. 하지만, 각 배터리 모듈은 마진 용량을 가지도록 설계되는데, 아직 마진 용량이 사용되지 않은 상태임에도 불구하고 배터리 팩을 교체하는 것은 남아 있는 마진 용량을 낭비하는 것과 같다고 볼 수 있다.
도 4b를 참조하면, 본 개시에 따른 SoH 관리 방법을 적용함으로써 도 4a와 같은 상황에서 발생할 수 있는 마진 용량의 낭비를 방지한 상황의 일 예시를 확인할 수 있다. 예를 들어, 마진 용량 중 2%를 가용 용량으로 적용하여 두 번째 모듈(422)의 SoH가 81%로 재확인됨에 따라, 배터리 팩은, 노후화되어 교체가 필요한 80%의 SoH보다 높은 SoH를 가지는 것으로 판단되고, 따라서, 배터리 팩을 교체하지 않고 더 오랫동안 사용할 수 있도록 유도할 수 있다.
이상 설명한 두 가지 방식의 제1배터리 모듈 확인 방식은 함께 적용될 수도 있다. 예를 들어, 다른 배터리 모듈에 비해 SoH가 확연히 빨리 감소하는 배터리 모듈을 제1임계치에 기반한 선택을 통해 제1배터리 모듈로서 확인하거나, 노후화된 것으로 판단된 배터리 모듈을 제2임계치에 기반한 선택을 통해 제1배터리 모듈로서 확인하고, 전술한 본 개시의 SoH 재확인 방법을 적용할 수 있다. 이에 따라, 다른 배터리 모듈에 비해 노후화가 빠른 배터리 모듈 또는 노후화된 것으로 판단된 배터리 모듈에 대해 마진 용량을 적용하여 SoH를 재확인함으로써, 배터리 팩의 사용 및 관리와 관련하여 효율성을 높일 수 있다.
또한, 본 개시의 SoH 재확인 방법은 배터리 팩의 사용 간 지속적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4의 예시는, 모두 마진 용량이 전혀 사용되지 않아 20%였던 상태였다가 처음으로 마진 용량이 적용되는 경우를 묘사한 것이지만, 이와 달리, 순차적으로 마진 용량을 지속적으로 적용하는 실시예도 가능하다. 예를 들어, 도 3b의 예시에서, 두 번째 배터리 모듈(322)이 또다시 다른 모듈들(312 및 332)에 비해 SoH가 6% 적어진다면, 6% SoH에 대응하는 마진 용량을 추가 적용하여 다시 SoH를 맞출 수 있다. 이에 따라 마진 용량이 8%에 대응하는 용량으로 감소할 수 있을 것이다. 도 4b의 예시도 마찬가지로, 두 번째 모듈(422)이 다시 79%로 SoH가 감소한다면, 2% SoH에 대응하는 마진 용량을 다시 적용해 SoH를 81%로 맞출 수 있다. 이에 따라 마진 용량이 16%에 대응하는 용량으로 감소할 수 있을 것이다. 도 3b와 도 4b의 예시에서, 두 번째 배터리 모듈(322 및 422) 대신 다른 배터리 모듈들에 대해서 마진 용량이 적용되는 것도 가능하다.
이와 같이 지속적으로 마진 용량을 소모하는 중, 배터리 관리 시스템(100)은, 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부의 SoH가 제2임계치 이하임을 확인하고, 제2임계치 이하인 SoH에 대응하는 적어도 하나의 배터리 모듈에 대해, 마진 용량 중 가용 용량으로 고려된 비율이 제3임계치 이상임을 확인할 수 있다. 이에 따라, 배터리 관리 시스템(100)은, 배터리 팩의 교체와 관련된 교체 정보를 관리자 단말에 전달할 수 있다. 즉, 배터리 관리 시스템(100)은, 지속적으로 마진 용량을 적용하여 SoH를 재계산하여 사용 및 관리하다가, 마진 용량 중 가용 용량으로 고려된 비율이 제3임계치 이상으로 도달, 즉 마진 용량이 거의 모두 소모된 것으로 확인되면, 관리자 단말에, 배터리 팩의 교체와 관련된 교체 정보를 전달함으로써, 배터리 팩의 교체를 유도할 수 있다. 이와 같이, 배터리 팩의 용량을 한계까지 끌어내 사용함으로써, 효율성을 도모할 수 있다.
이하 제1배터리 모듈 확인 방식과 관련된 다른 실시예에 대해 설명하도록 한다.
일 실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템(100)은, 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부가 제2임계치 미만임을 확인할 수 있다. 배터리 관리 시스템(100)은, 제2임계치 이상의 SoH를 가지는 배터리 모듈을 제1배터리 모듈로서 확인할 수 있다. 또한, 제1배터리 모듈을 제외한 나머지 배터리 모듈 중 적어도 일부가 적어도 하나의 제2배터리 모듈로 교체되었음을 확인할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2배터리 모듈은, 제1배터리 모듈을 제외한 나머지 노후화된 배터리 모듈을 대체하기 위해 설치된 새로운 배터리 모듈일 수 있고, 이에 따라, SoH가 100% 내지는 기존의 노후화된 배터리 모듈의 SoH에 비해 높은 값을 가질 수 있다. 이 때, 나머지 배터리 모듈의 제2배터리 모듈로의 교체는, 나머지 배터리 모듈 중 적어도 일부의 교체와 관련된 교체 정보가 관리자 단말에 전달됨에 따라 수행된 것일 수 있다.
배터리 관리 시스템(100)은, 제2배터리 모듈에 대응하는 제2SoH를 확인할 수 있다. 이후, 제2SoH에 기반하여, 마진 용량 중 가용 용량으로 고려할 적어도 일부의 용량을 확인할 수 있다. 일례로, 배터리 관리 시스템은, 제2SoH와 제1배터리 모듈의 해당 시점의 SoH 간의 차이 정보를 계산할 수 있다. 이후, 차이 정보와, 마진 용량을 비교하여, 둘 중 더 작은 값에 대응하는 값의 용량을, 마진 용량 중 가용 용량으로서 고려할 수 있다. 일례로, 배터리 관리 시스템(100)은, 제2SoH가 100%에 대응하고, 제1배터리 모듈의 해당 시점의 SoH가 83%인 경우, 마진 용량이 SoH 20%에 대응하는 양으로 모두 남아 있다면, 17%의 SoH에 대응하는 용량을 마진 용량 중 가용 용량으로서 고려함으로써, SoH를 100%로 복구할 수 있다. 유사한 예로, 배터리 관리 시스템(100)은, 제2SoH가 95%에 대응하고, 제1배터리 모듈의 해당 시점의 SoH가 87%인 경우, 8%에 대응하는 용량을 마진 용량 중 가용 용량으로서 고려함으로써 새로이 설치된 제2배터리 모듈과 동일하게 95%로 SoH를 복구할 수 있다. 만일 후자의 예시에서 마진 용량이 SoH 5%에 대응하는 양만 남은 상황이라면, SoH 5%에 대응하는 남은 마진 용량 전부를 가용 용량으로 고려할 수 있다. 이상 설명한 배터리 모듈의 SoH 복구를 통해, 배터리 팩 전체의 SoH가 복구될 수 있으며, 배터리 모듈 교체의 효과를 더욱 크게 할 수 있다. 이와 같은 효과를 살피기 위해 도 5a 및 5b를 참조하도록 한다.
도 5a 및 5b는 일 실시예에 따른, 배터리 모듈을 교체한 경우의 SoH의 변화를 나타낸 예시 도면이다.
도 5a를 참조하면, 배터리 모듈들(511, 521 및 531)이, 사용됨에 따라 SoH가 100%였던 초기 시점의 가용 용량(501)에 비해 가용 용량이 줄어들어 각각 82%, 79% 및 83%의 SoH를 가짐을 확인할 수 있다. 여기서, 두 번째 모듈(521)의 SoH가 79%이므로, 이를 교체할 수 있다. 하지만, 종래 기술에 따르면, 두 번째 배터리 모듈(521)만을 교체할 경우, 다른 배터리 모듈이 각각 SoH가 82% 및 83%이므로, 새로운 배터리 모듈이 설치되더라도 여전히 배터리 팩의 SoH는 82%로 계산되어 사용 및 관리될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 본 개시에 따른 SoH 관리 방법을 적용함으로써, 도 5a와 같은 상황에서 두 번째 배터리 모듈(521)만을 교체하더라도 배터리 팩의 SoH가 100%로 복구된 예시를 확인할 수 있다. 즉, 두 번째 모듈(522)이 새 것으로 교체되면, 배터리 관리 시스템(100)은, 첫 번째 배터리 모듈(512) 및 세 번째 배터리 모듈(523)에 대해 마진 용량을 적용함으로써, 배터리 팩의 모든 배터리 모듈의 SoH가 100% 또는 이에 근접하는 값을 가지도록 할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈을 하나만 교체하더라도 배터리 팩의 SoH가 효과적으로 높아지도록 할 수 있다.
이상 설명한, 배터리 모듈의 교체와 관련하여 제1배터리 모듈을 확인하는 실시예와, 더 이전에 설명하였던, 제1임계치 및 제2임계치에 기반하여 제1배터리 모듈을 확인하는 실시예는 함께 적용될 수도 있다. 예를 들어, 다른 배터리 모듈에 비해 SoH가 확연히 빨리 감소하는 배터리 모듈 또는 노후화된 배터리 모듈에 대해 마진 용량을 적용하여 SoH를 배터리 사용 간 지속적으로 재확인하다가, 결국 노후화된 배터리 모듈이 교체되면, 나머지 배터리 모듈에 대해 마진 용량을 적용하여 배터리 모듈의 교체의 효과를 극대화할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템(100)은, 전술한 실시예들에 따라 SoH가 재확인되면, 재확인된 SoH를 기준으로 각각의 배터리 모듈 및 배터리 팩(200)이 사용되도록 제어할 수 있다. 즉, 제1배터리 모듈에 대해, 재확인된 SoH에 대응하는 용량까지 사용되도록 제어할 수 있다. 이 때, 제1배터리 모듈의 SoH 역시, 이에 포함된 배터리 셀의 최저 SoH에 따라 결정될 수 있으므로, 배터리 관리 시스템(100)은 제1배터리 모듈에 포함된 각각의 배터리 셀이 재확인된 SoH에 대응하는 용량까지 사용되도록 제어할 수 있다.
이상 설명한 본 개시의 SoH 관리 방법은, 기본적으로 마진 용량을 적용하여 배터리 모듈을 최적화하고, 이에 따라 배터리 팩을 최적화하는 상황을 가정하여 설명되었으나, 다른 상황에 대하여도 적용될 수 있다. 일례로, 본 개시의 SoH 관리 방법을 응용하여, 배터리 모듈 대신 배터리 셀을 마진 용량을 적용하여 최적화하고, 이에 따라 배터리 팩 대신 배터리 모듈을 최적화하는 상황에 대해 적용할 수도 있다. 배터리 팩 및 모듈 간의 관계는, 배터리 모듈 및 셀 간의 관계와 유사하게 계층적인 것이므로, 유사하게 본 개시의 SoH 관리 방법이 적용될 수 있을 것이다.
또한, 이상 설명한 바와 같이 셀-모듈-팩의 계층 구조를 가지지 않는 배터리에 대해서도, 본 개시의 SoH 관리 방법이 적용될 수 있다. 이와 같은 실시예에 대해 설명하기 위해 도 6을 참조하도록 한다.
도 6은 일 실시예에 따라 배터리 건강 상태를 관리하는 배터리 관리 시스템 및 다른 방식으로 설계된 배터리 팩 간의 연동 관계를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 배터리 관리 시스템(100)은, 셀 투 팩(Cell To Pack, CTP) 구조로 설계된 배터리 팩(600)의 SoH를 관리할 수 있다. 여기서 CTP 구조는, 배터리 셀이 모듈 단위의 조립 과정 없이 바로 배터리 팩에 통합되는 구조로서, 에너지 밀도 향상, 제조 공정 단순화, 중량 감소 및 냉각 시스템 효율 향상의 측면에서 최근 주목받고 있는 구조이다. 본 개시에 따른 SoH 관리 방법은, 이와 같은 CTP 구조의 배터리 팩(600)에 대하여도 적용될 수 있다. 일례로, CTP 구조의 배터리 팩(600)의 SoH는, 이에 포함된 복수의 배터리 셀(601)의 SoH 중 최저 SoH에 따라 결정될 수 있는데, 이와 같은 경우에, 전술한 다양한 실시예에 따른 SoH 관리 방법에 따라, 마진 용량을 적용해 최저 SoH를 향상시킬 수 있다. 이상 설명한 바와 같이, 본 개시의 SoH 관리 방법을 적용함으로써, CTP 구조의 배터리 팩(600)의 성능을 높이고, 수명을 늘릴 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 블록도를 나타낸다.
배터리 관리 시스템(100)은 일 실시예에 따라, 메모리(101) 및 프로세서(processor)(102)를 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 배터리 관리 시스템(100)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 7에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 일 실시예에서 프로세서(102)는 제어부(controller)에 포함될 수 있다.
프로세서(102)는 배터리 관리 시스템(100)의 전반의 동작을 제어하고 데이터 및 신호를 처리할 수 있다. 프로세서(102)는 적어도 하나의 하드웨어 유닛으로 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(102)는 메모리(101)에 저장된 프로그램 코드를 실행하여 생성되는 하나 이상의 소프트웨어 모듈에 의해 동작할 수 있다. 프로세서(102)는 메모리를 포함할 수 있는 바, 프로세서(102)는 메모리에 저장된 프로그램 코드를 실행하여 배터리 관리 시스템(100)의 전반의 동작을 제어하고 데이터 및 신호를 처리할 수 있다.
프로세서(102)는 하나 이상의 인스트럭션을 수행함으로써, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH를 확인하고, 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부에 기반하여, 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부인, 적어도 하나의 제1배터리 모듈을 확인하고, 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 마진 용량 중 적어도 일부를 가용 용량으로 고려하여 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인하도록 설정될 수 있다.
실시예에 따라서는, 배터리 관리 시스템(100)은 유/무선 통신을 수행하기 위한 트랜시버(transceiver)를 추가로 포함할 수 있다. 배터리 관리 시스템(100)은 트랜시버를 이용하여 외부의 배터리 관리 시스템과 통신할 수 있다. 외부의 배터리 관리 시스템은 단말 또는 서버가 될 수 있다. 또한, 트랜시버가 이용하는 통신 기술에는 GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), LTE(Long Term Evolution), 5G, WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), 블루투스(Bluetooth쪠), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), ZigBee, NFC(Near Field Communication) 등이 있을 수 있다.
전술한 실시예들에 따른 배터리 관리 시스템은 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-Access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독 가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.
본 실시예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩 업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 실시예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 실시예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. "매커니즘", "요소", "수단", "구성"과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.
전술한 실시예들은 일 예시일 뿐 후술하는 청구항들의 범위 내에서 다른 실시예들이 구현될 수 있다.

Claims (10)

  1. 배터리 관리 시스템의 배터리 건강 상태(State-of-Health, SoH) 관리 방법에 있어서,
    배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH를 확인하는 단계;
    상기 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부에 기반하여, 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부인, 적어도 하나의 제1배터리 모듈을 확인하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 마진 용량 중 적어도 일부를 가용 용량으로 고려하여 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인하는 단계를 포함하는, 배터리 SoH 관리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈을 확인하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부에 기반하여, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 간의 차이 정보 중 적어도 하나가 제1임계치 이상임을 확인하는 단계; 및
    상기 제1임계치 이상인 적어도 하나의 차이 정보별로 대응하는 배터리 모듈들 중 SoH가 상대적으로 작은 적어도 하나의 배터리 모듈을 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈로서 확인하는 단계를 포함하는, 배터리 SoH 관리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈을 확인하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부에 기반하여, 상기 각각의 SoH 중 적어도 하나가 제2임계치 이하임을 확인하는 단계; 및
    상기 제2임계치 이하인 SoH에 대응하는 적어도 하나의 배터리 모듈을 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈로서 확인하는 단계를 포함하는, 배터리 SoH 관리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 모듈 중 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈을 제외한 나머지 배터리 모듈에 대응하는 제1SoH를 확인하는 단계;
    상기 제1SoH에 기반하여, 상기 마진 용량 중 상기 가용 용량으로 고려할 적어도 일부의 용량을 확인하는 단계; 및
    상기 가용 용량으로 고려할 적어도 일부의 용량에 기반하여, 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인하는 단계를 포함하는, 배터리 SoH 관리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부의 SoH가 제2임계치 이하임을 확인하는 단계;
    상기 제2임계치 이하인 SoH에 대응하는 적어도 하나의 배터리 모듈에 대해, 마진 용량 중 가용 용량으로 고려된 비율이 제3임계치 이상임을 확인하는 단계; 및
    상기 배터리 팩의 교체와 관련된 교체 정보를 관리자 단말에 전달하는 단계를 더 포함하는, 배터리 SoH 관리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈을 확인하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부가 제2임계치 미만임을 확인하는 단계;
    상기 복수의 배터리 모듈 중 상기 제2임계치 이상의 SoH를 가지는 상기 제1배터리 모듈을 제외한 나머지 배터리 모듈 중 적어도 일부가 적어도 하나의 제2배터리 모듈로 교체되었음을 확인하는 단계를 포함하는, 배터리 SoH 관리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부가 제2임계치 미만임을 확인하는 단계는,
    상기 나머지 배터리 모듈 중 적어도 일부의 교체와 관련된 교체 정보를 관리자 단말에 전달하는 단계를 포함하는, 배터리 SoH 관리 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 제2배터리 모듈에 대응하는 제2SoH를 확인하는 단계;
    상기 제2SoH에 기반하여, 상기 마진 용량 중 상기 가용 용량으로 고려할 적어도 일부의 용량을 확인하는 단계; 및
    상기 가용 용량으로 고려할 적어도 일부의 용량에 기반하여, 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인하는 단계를 포함하는, 배터리 SoH 관리 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 비일시적 기록매체.
  10. 배터리 건강 상태(State-of-Health, SoH)를 관리하는 배터리 관리 시스템으로서,
    프로세서; 및
    하나 이상의 인스트럭션을 저장하는 메모리를 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 하나 이상의 인스트럭션을 수행함으로써, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH를 확인하고, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 SoH 중 적어도 일부에 기반하여, 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부인, 적어도 하나의 제1배터리 모듈을 확인하고, 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 마진 용량 중 적어도 일부를 가용 용량으로 고려하여 상기 적어도 하나의 제1배터리 모듈의 SoH를 재확인하도록 설정된, 배터리 관리 시스템.
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