KR20130036712A

KR20130036712A - 배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법

Info

Publication number: KR20130036712A
Application number: KR20120109005A
Authority: KR
Inventors: 고종경
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2011-10-04
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2013-04-12
Also published as: JP2014535123A; US8922168B2; PL2744068T3; KR101419130B1; EP2744068A4; WO2013051828A3; EP2744068A2; EP2744068B1; US20130099754A1; JP5743367B2; WO2013051828A2

Abstract

배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법이 개시된다. 적어도 하나의 셀을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템은 상기 배터리의 SOC(State of Charge)를 추정하기 위한 추정 파라미터를 결정하는 SOC 추정부 및 상기 추정 파라미터를 근거로 상기 배터리의 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 예측하기 위한 패턴 테이블을 갱신하는 제어부를 포함한다. 상기 패턴 테이블은 복수의 패턴 카운터를 포함하고, 상기 복수의 패턴 카운터 각각은 복수의 추정 범위에 대응한다. 상기 제어부는 상기 추정 파라미터가 상기 복수의 추정 범위 중 어느 추정 범위에 해당되는지 결정하고, 상기 복수의 패턴 카운터 중 상기 결정된 추정 범위에 대응하는 패턴 카운터의 값을 갱신한다. 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법은 배터리의 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 주기적으로 갱신하고 기록함으로써, 배터리의 정확한 사용 패턴을 추적하고 분석할 수 있어서 배터리의 잔여 수명 예측 및 배터리의 유지 보수를 효과적으로 수행할 수 있다.

Description

배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법{Battery management system and battery management method}

본 발명은 배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충전 및 방전이 가능한 배터리를 관리하기 위한 배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법에 관한 것이다.

화석연료를 사용하는 자동차는 대기오염 등 공해 발생에 심각한 영향을 주기 때문에 최근에는 공해 발생이 거의 없는 전기 자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차가 개발되어 속속 상용화되고 있다. 전기 자동차 또는 하이브리브 자동차는 차체에 내장된 배터리(battery)에서 출력되는 전기에너지를 이용하여 주행하도록 구성된다. 그리고 이를 위한 동력원인 배터리는 충전 및 방전이 가능한 다수의 2차 전지 셀(cell)이 하나의 팩(pack)으로 구성되어 사용된다.

따라서 전기 자동차와 하이브리드 자동차에 사용되는 배터리의 성능은 자동차의 성능과 직결되므로, 배터리의 성능을 효율적으로 제어할 수 있는 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)이 필요하다.

배터리 관리 시스템은 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 추정하여 각각의 셀의 충전 및 방전을 효율적으로 관리하도록 하는 기능을 하고, 셀의 잔존 용량(SOC; State of Charge)을 연산으로 추정하고, 또한 이 잔존 용량을 제어하는 기능을 수행한다. 잔존 용량의 추정은 셀의 전압, 전류, 온도 등을 검출하여 추정할 수 있고, 추정된 잔존 용량의 제어는 배터리의 전력 소비가 보다 효과적으로 이루어지도록 한다.

한편, 배터리는 충전과 방전 사이클 횟수가 증가함에 따라 그 수명이 단축된다. 따라서 충전 및 방전 사이클 횟수는 배터리의 잔여 수명(SOH; State of Health)을 예측하는 하나의 척도가 된다. 이에 따라 배터리 관리 시스템은 배터리의 충전 및 방전 사이클에 대한 정보를 관리하고, 이를 사용자에게 전달하여 해당 배터리의 잔여 수명을 예측하도록 하는 것이 필요하다.

종래에 배터리의 충전 및 방전 사이클에 대한 정보를 관리하는 방식은 단순히 잔존 용량의 일정 값 또는 셀의 무부하 전압(OCV; Open Circuit Voltage)의 일정 값을 초과하면 카운팅하는 방법이 이용되고 있다. 그러나, 일정 값 초과시에만 카운팅하는 방법으로는 배터리의 정확한 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 획득하기 힘들다. 나아가, 배터리의 정확한 사용 패턴을 확보하지 못하기 때문에 배터리의 잔여 수명 추정, 배터리의 유지 관리 등 배터리의 사용 신뢰도가 떨어진다.

대한민국 공개특허번호 제 10-2007-0079652, “배터리 관리 시스템 및 이의 잔존용량 리셋 방법”

본 발명은 배터리의 잔존 용량을 주기적으로 그리고 단계별로 다중 카운팅하여 배터리의 충전 및 방전 사이클을 보다 효과적으로 분석하는 배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법을 제공한다.

본 발명은 배터리의 충전 및 방전 사이클을 이용하여 배터리의 잔여 수명을 보다 정확하게 예측하고, 배터리의 사용 효율, 유지 관리 및 보수 효율을 보다 향상시키도록 하는 배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법을 제공한다.

일 양태에 있어서, 적어도 하나의 셀을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템은 상기 배터리의 SOC(State of Charge)를 추정하기 위한 추정 파라미터를 결정하는 SOC 추정부 및 상기 추정 파라미터를 근거로 상기 배터리의 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 예측하기 위한 패턴 테이블을 갱신하는 제어부를 포함한다. 상기 패턴 테이블은 복수의 패턴 카운터를 포함하고, 상기 복수의 패턴 카운터 각각은 복수의 추정 범위에 대응한다. 상기 제어부는 상기 추정 파라미터가 상기 복수의 추정 범위 중 어느 추정 범위에 해당되는지 결정하고, 상기 복수의 패턴 카운터 중 상기 결정된 추정 범위에 대응하는 패턴 카운터의 값을 갱신한다.

상기 복수의 추정 범위의 개수는 N(N>1)이고, 상기 복수의 추정 범위 각각의 크기는 K이고, 상기 복수의 추정 범위 각각은 1부터 N까지 인덱스 n이 설정되고, 상기 복수의 추정 범위 각각은 100-nK과 100-(n-1)K 사이의 범위를 가질 수 있다.

상기 제어부는 상기 추정 파라미터가 상기 인덱스의 값 n인 추정 범위에 해당되는지 결정하고, 상기 복수의 패턴 카운터 중 상기 결정된 인덱스의 값 n인 추정 범위에 대응하는 패턴 카운터의 값을 증가시킬 수 있다.

상기 제어부는 상기 인덱스의 값 n을 가장 작은 값부터 순차적으로 증가시키거나 상기 인덱스의 값 n을 가장 큰 값부터 순차적으로 감소시키면서 상기 추정 파라미터가 상기 인덱스의 값 n인 추정 범위에 해당되는지 결정할 수 있다.

상기 배터리의 OCV(Open Circuit Voltage), 상기 배터리의 SOC, 상기 배터리의 전압 및 상기 배터리의 충전 또는 방전 전류 중 어느 하나일 수 있다.

일정 시간 주기로 상기 추정 파라미터를 결정하고, 상기 추정 파라미터를 근거로 상기 복수의 패턴 카운터의 값을 갱신할 수 있다.

상기 복수의 패턴 카운터의 값을 근거로 상기 배터리의 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 예측하여 상기 배터리의 잔여 수명(SOH; State of Health)을 추정하는 SOH 추정부를 더 포함할 수 있다.

다른 양태에 있어서, 적어도 하나의 셀을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 방법은 상기 배터리의 SOC(State of Charge)를 추정하기 위한 추정 파라미터를 결정하는 단계 및 상기 추정 파라미터를 근거로 상기 배터리의 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 예측하기 위한 패턴 테이블을 갱신하는 단계를 포함한다. 상기 패턴 테이블은 복수의 패턴 카운터를 포함하고, 상기 복수의 패턴 카운터 각각은 복수의 추정 범위에 대응한다.

상기 패턴 테이블을 갱신하는 단계는, 상기 추정 파라미터가 상기 복수의 추정 범위 중 어느 추정 범위에 해당되는지 결정하는 단계 및 상기 복수의 패턴 카운터 중 상기 결정된 추정 범위에 대응하는 패턴 카운터의 값을 갱신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 패턴 테이블을 갱신하는 단계는, 상기 추정 파라미터가 상기 인덱스의 값 n인 추정 범위에 해당되는지 결정하는 단계 및 상기 복수의 패턴 카운터 중 상기 결정된 인덱스의 값 n인 추정 범위에 대응하는 패턴 카운터의 값을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 인덱스의 값 n을 가장 작은 값부터 순차적으로 증가시키거나 상기 인덱스의 값 n을 가장 큰 값부터 순차적으로 감소시키면서 상기 추정 파라미터가 상기 인덱스의 값 n인 추정 범위에 해당되는지 결정할 수 있다.

상기 추정 파라미터는 상기 배터리의 OCV(Open Circuit Voltage), 상기 배터리의 SOC, 상기 배터리의 전압 및 상기 배터리의 충전 또는 방전 전류 중 어느 하나일 수 있다.

상기 복수의 패턴 카운터의 값을 근거로 상기 배터리의 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 예측하여 상기 배터리의 잔여 수명(SOH; State of Health)을 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 사용 패턴 및 상기 잔여 수명 중 적어도 하나를 사용자에게 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 갱신된 패턴 테이블을 메모리에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또 다른 양태에 있어서, 적어도 하나의 셀을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 방법은 메모리에 저장된 상기 배터리의 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 예측하기 위한 복수의 패턴 카운터의 값을 리딩하는 단계, 상기 배터리의 SOC(State of Charge)를 추정하기 위한 추정 파라미터를 결정하는 단계, 상기 추정 파라미터를 근거로 상기 복수의 패턴 카운터 중 적어도 하나를 갱신하는 단계 및 상기 갱신된 복수의 패턴 카운터 중 적어도 하나를 상기 메모리에 저장하는 단계를 포함한다.

상기 복수의 패턴 카운터 각각은 복수의 추정 범위에 대응하고, 상기 복수의 추정 범위의 개수는 N(N>1)이고, 상기 복수의 추정 범위 각각의 크기는 K이고, 상기 복수의 추정 범위 각각은 1부터 N까지 인덱스 n이 설정되고, 상기 복수의 추정 범위 각각은 100-nK과 100-(n-1)K 사이의 범위를 가질 수 있다.

상기 복수의 패턴 카운터 중 적어도 하나를 갱신하는 단계는, 상기 추정 파라미터가 상기 복수의 추정 범위 중 어느 추정 범위에 해당되는지 결정하는 단계 및 상기 복수의 패턴 카운터 중 상기 결정된 추정 범위에 대응하는 패턴 카운터의 값을 갱신하는 단계를 포함할 수 있다.

배터리의 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 주기적으로 갱신하여 기록함으로써 배터리의 정확한 잔여 수명을 추정할 수 있다. 또한, 보다 정확한 배터리의 잔여 수명 추정을 통해서 배터리의 사용 효율, 유지 관리 및 보수 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 관리 시스템의 제어부를 보다 상세히 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 나타낸 순서도이다.

이하에서 설명하는 본 발명의 실시예에 사용되는 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서 본 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들 구성을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(100)은 적어도 하나의 전지 셀을 포함하는 배터리(10)를 관리하기 위한 것이다.

배터리(10)는 복수의 전지 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 전지 팩으로 형성될 수 있다. 또한, 배터리(10)는 복수의 전지 팩으로 구성될 수도 있다.

본 발명에서 배터리(10)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등 충전 및 방전이 가능한 이차 전지일 수 있다.

배터리 관리 시스템(100)은 센싱부(110), SOC 추정부(120), 제어부(130) 및 SOH 추정부(140)를 포함한다.

센싱부(110)는 배터리(10)의 충전 및/또는 방전 전류, 배터리(10)의 전압 및 배터리(10)의 온도 중 적어도 하나를 감지한다. 보다 구체적으로, 센싱부(110)는 배터리(10)의 전체 팩 전류, 배터리(10)의 전체 팩 전압, 각 전지 셀의 전류, 각 전지 셀의 전압, 각 전지 셀의 온도 및 주변 온도 등을 감지하고, 감지한 데이터 중 선택된 일부 또는 전부를 SOC 추정부(120)로 전달한다.

SOC 추정부(120)는 배터리(10)의 잔존 용량(SOC; State of Charge)을 추정하는 구성요소로서, 배터리(10)의 SOC를 추정하기 위한 추정 파라미터를 결정한다.

추정 파라미터는 배터리(10)에 포함된 각 전지 셀의 전압, 즉 각 전지 셀의무부하 전압(OCV; Open Circuit Voltage)이거나, 또는 배터리(10)의 SOC 자체일 수도 있다. 또는, 센싱부(110)에 의해 감지된 배터리(10)의 충전 및/또는 방전 전류, 상기 충전 및/또는 방전 전류의 누적치, 배터리(10)의 온도 등과 같은 데이터일 수도 있다.

추정 파라미터는 상술한 것 이외 배터리(10)의 충전 및/또는 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 예측하기 위한 다양한 파라미터들을 사용할 수도 있다.

예를 들어, SOC 추정부(120)는 센싱부(110)에 의해 감지된 각 전지 셀의 전압을 근거로 각 전지 셀의 전류 영향을 배제한 셀의 무부하 전압(OCV)을 추정하여 추정 파라미터로 결정할 수 있다. 또는, SOC 추정부(120)는 각 전지 셀의 무부하 전압(OCV), 또는 배터리(10)의 전체 팩 전압, 배터리(10)의 전류 등과 같은 여러 가지 배터리(10)의 상태값을 근거로 SOC를 추정하고, 이 SOC를 추정 파라미터로 결정할 수도 있다.

SOC 추정방법은 다양한 방법으로 수행될 수 있다.

일예로, 전류 적산법을 사용할 수 있다. 배터리의 충전 및/또는 방전 된 전류를 추정하고, 추정된 전류값에 충전 효율을 승산한 승산값을 계산한다. 승산값은 일정 시간 주기로 계산되며, 이전에 계산된 승산값에 현재 계산된 승산값을 적산함으로써 적산 용량을 계산한다. 상기 적산 용량에 기초하여 배터리의 SOC를 추정한다.

다른 예로, 무부하 전압(OCV; Open Circuit Voltage)을 이용할 수 있다. 충전 및/또는 방전된 전류와 이것에 대응하는 배터리의 전압을 쌍(pair)으로 하는 페어 데이터를 다수 개 추정한다. 최소 제곱법을 이용하여 추정된 다수 개의 페어 데이터로부터 1차의 전류-전압 근사 직선을 구하여, 전류값 “0”에 대응하는 전압값을 무부하 전압으로 산출한다. 상기 무부하 전압을 근거로 배터리의 SOC를 추정한다.

물론, 상술한 예시 이외의 다양한 방법을 이용하여 배터리의 SOC를 추정할 수 있다.

제어부(130)는 SOC 추정부(120)에서 결정된 추정 파라미터를 근거로 배터리(10)의 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 예측하기 위한 패턴 테이블을 갱신한다. 패턴 테이블은 복수의 패턴 카운터를 포함한다. 복수의 패턴 카운터 각각은 복수의 추정 범위에 대응한다.

즉, 제어부(130)는 SOC 추정부(120)에서 결정된 추정 파라미터가 복수의 추정 범위 중 어느 추정 범위에 해당되는지 결정하고, 복수의 패턴 카운터 중 결정된 추정 범위에 대응하는 패턴 카운터의 값을 갱신한다.

여기서, 패턴 테이블은 RAM, EEPROM 등과 같은 메모리에 저장될 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는 메모리에 저장된 패턴 테이블을 읽어오고, 추정 파라미터를 근거로 패턴 테이블의 복수의 패턴 카운터의 값을 갱신한 다음 갱신된 패턴 테이블을 다시 메모리에 저장할 수 있다.

SOH 추정부(140)는 배터리(10)의 잔여 수명(SOH; State of Health)을 추정한다. 즉, 제어부(130)에 의해 갱신된 패턴 테이블의 패턴 카운터의 값을 근거로 배터리(10)의 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 예측하고, 이를 바탕으로 배터리(10)의 SOH를 추정한다.

상술한 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(100)은 일정 시간 주기로 SOC 추정부(120)에 의해 추정 파라미터를 결정하고, 추정 파라미터를 바탕으로 제어부(130)에 의해 복수의 패턴 카운터의 값을 갱신할 수 있다.

예를 들어, 기설정된 시간 주기 마다 추정 파라미터를 추정하고, 이를 이용하여 복수의 패턴 카운터의 값을 갱신할 수 있다. 또는, 추정 파라미터를 추정하기 위한 제어 신호에 의해 추정 파라미터를 추정하고, 이를 이용하여 복수의 패턴 카운터의 값을 갱신할 수도 있다.

도 2는 도 1에 도시된 배터리 관리 시스템의 제어부를 보다 상세히 나타낸 블록도이다. 도 2에 도시된 제어부는 하나의 예시로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2를 참조하면, 제어부(130)는 복수의 비교부(131, 132, 133, 134)와 복수의 패턴 카운터(136, 137, 138, 139)를 포함한다.

복수의 비교부(131, 132, 133, 134)는 SOC 추정부(120)로부터 전달된 추정 파라미터가 복수의 추정 범위 중 어느 추정 범위에 해당되는지 결정하기 위한 구성요소이다.

복수의 비교부(131, 132, 133, 134) 각각은 복수의 추정 범위와 대응한다. 즉, 각각의 비교부(131, 132, 133, 134)는 복수의 추정 범위 중 하나의 추정 범위가 설정되어 있다. 각각의 비교부(131, 132, 133, 134)에 설정된 추정 범위는 서로 다른 추정 범위이다. 더욱이 제1 비교부(131)부터 제n 비교부(134)까지 단계적으로 추정 범위가 설정된다.

예를 들어, 복수의 추정 범위의 개수가 N(N>1)이고, 복수의 추정 범위 각각의 크기가 K일 때, 복수의 추정 범위 각각에 1부터 N까지 인덱스 n(n=1, 2, 3, …, N)이 설정될 수 있다. 이때, 복수의 추정 범위 각각은 100-nK과 100-(n-1)K 사이의 범위를 가질 수 있다. 따라서, 제1 비교부(131)부터 제n 비교부(134)까지는 인덱스 값 n(n=1, 2, 3, …, N)인 추정 범위 각각이 설정될 수 있다. 예컨대, 제1 비교부(131)에는 인덱스 값 1인 추정 범위(100-1·K ~ 100-0·K)가, 제2 비교부(132)에는 인덱스 값 2인 추정 범위(100-2·K ~ 100-1·K)가 설정될 수 있다.

복수의 패턴 카운터(136, 137, 138, 139) 각각은 복수의 비교부(131, 132, 133, 134)와 대응한다. 패턴 카운터(136, 137, 138, 139)는 회로로 구성된 카운터일 수도 있고, 또는 소프트웨어로 구현될 수도 있다.

제어부(130)는 SOC 추정부(120)로부터 추정 파라미터를 전달받으면 추정 파라미터가 제1 비교부(131)에 설정된 추정 범위에 해당되는지 결정한다. 만일, 추정 파라미터가 제1 비교부(131)에 설정된 추정 범위에 해당되면 제1 패턴 카운터(136)의 값을 증가시킨다. 반면, 추정 파라미터가 제1 비교부(131)에 설정된 추정 범위에 해당되지 않으면 제2 비교부(132)에 설정된 추정 범위와 비교한다. 이와 같이, 추정 파라미터가 속하는 추정 범위를 찾을 때까지 순차적으로 제n 비교부(134)까지 비교를 진행한다.

상술한 복수의 비교부(131, 132, 133, 134)와 복수의 패턴 카운터(136, 137, 138, 139)는 패턴 테이블로써 구현될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 나타낸 순서도이다. 이 방법은 도 1에 도시된 배터리 관리 시스템(100)에 의해 수행될 수 있다.

도 3를 참조하면, 배터리 관리 시스템(100)은 메모리에 저장된 패턴 테이블, 즉 복수의 패턴 카운터의 값을 리딩한다(S100). 만약 배터리 관리 시스템이 처음으로 동작하는 경우라면 복수의 패턴 카운터의 값은 모두 0일 수 있다.

복수의 패턴 카운터는 상술한 패턴 테이블 형태로 구현될 수도 있고, 또는 패턴 테이블 없이 메모리에 복수의 패턴 카운터의 값만 저장될 수도 있다. 복수의 패턴 카운터 각각은 복수의 추정 범위에 대응한다.

예를 들어, 복수의 추정 범위의 개수가 N(N>1)이고, 복수의 추정 범위 각각의 크기가 K일 때, 복수의 추정 범위 각각에 1부터 N까지 인덱스 n(n=1, 2, 3, …, N)이 설정될 수 있다. 이때, 복수의 추정 범위 각각은 100-nK과 100-(n-1)K 사이의 범위를 가질 수 있다. 일예로 표 1과 같은 형식으로 패턴 테이블을 구성할 수 있다.

인덱스 n	인덱스 1	인덱스 2	...	인덱스 N
추정 범위	100 ~ 100-1*K	100-1K ~ 100-2K		100-(N-1)K ~ 100-NK
패턴 카운터	제1 패턴 카운터	제2 패턴 카운터		제n 패턴 카운터
1th	0	0		0
2th	1	0		0
3th	2	0		0
4th	2	1		0
5th	2	1		0
6th	3	1		0
7th	3	1		0
...	...	...		0
nth	X₁	X₂		X_n

배터리 관리 시스템(100)은 배터리(10)의 SOC를 추정하기 위한 추정 파라미터를 결정한다(S110). 단계 S110은 센싱부(110)에 의해 감지된 배터리(10)에 대한 데이터(예컨대, 배터리의 전류, 전압, 온도 등)를 이용하여 SOC 추정부(120)에서 추정 파라미터를 결정할 수 있다.

추정 파라미터는 상술한 것처럼, 배터리(10)에 포함된 각 전지 셀의 전압, 즉 각 전지 셀의 무부하 전압(OCV; Open Circuit Voltage)이거나, 또는 배터리(10)의 SOC 자체일 수도 있다. 또한, 추정 파라미터는 배터리(10)의 충전 및/또는 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 예측하기 위한 다양한 파라미터들을 사용할 수도 있다. 예컨대, 센싱부(110)에 의해 감지된 배터리(10)의 충전 및/또는 방전 전류, 상기 충전 및/또는 방전 전류의 누적치, 배터리(10)의 온도 등일 수 있다.

SOC 추정은 상술한 바와 같이 전류 적산법, 무부하 전압 등 다양한 방법을 이용할 수 있다.

도 3에서는 하나의 실시예로 배터리(10)의 SOC를 추정 파라미터로 이용하는 것으로 도시하였다.

단계 S110은 단계 S100 이전 또는 단계 S100과 동시에 수행될 수 있다.

배터리 관리 시스템(100)은 추정 파라미터를 근거로 패턴 테이블, 즉 복수의 패턴 카운터의 값을 갱신한다.

보다 구체적으로, 제어부(130)는 추정 파라미터(예를 들어, 배터리의 SOC)가 복수의 추정 범위 중 어느 추정 범위에 해당되는지 결정하고(S120~S122), 복수의 패턴 카운터 중 상기 결정된 추정 범위에 대응하는 패턴 카운터의 값을 갱신한다(S130~S133).

예를 들어, 표 1을 참조하면 제어부(130)는 추정 파라미터가 인덱스의 값 n인 추정 범위에 해당되는지 결정하고(S120~S122), 복수의 패턴 카운터 중 상기 결정된 인덱스의 값 n인 추정 범위에 대응하는 패턴 카운터의 값을 증가시킨다(S130~S133).

도 3을 참조하면, 제어부(130)(도 2의 131에 의해 수행될 수 있음)는 추정 파라미터가 인덱스의 값 1인 추정 범위 100 ~ 100-1*K 사이에 해당되는지 비교한다(S120). 만약 추정 파라미터가 인덱스의 값 1인 추정 범위 100 ~ 100-1*K 사이에 해당하면 제1 패턴 카운터의 값을 증가시킨다(S130). 반면, 추정 파라미터가 인덱스의 값 1인 추정 범위 100 ~ 100-1*K 사이에 해당되지 않으면 제어부(130)(도 2의 132에 의해 수행될 수 있음)는 인덱스의 값 2인 추정 범위 100-1*K ~ 100-2*K 사이에 해당되는지 비교한다(S121).

이와 같은 방법으로 추정 파라미터가 속하는 추정 범위를 찾을 때까지 순차적으로 비교할 수 있다. 즉, 인덱스의 값 n을 가장 작은 값부터 순차적으로 증가시키거나, 또는 인덱스의 값 n을 가장 큰 값부터 순차적으로 감소시키면서, 추정 파라미터가 인덱스의 값 n인 추정 범위에 해당되는지 비교할 수 있다.

상술한 단계들은 일정 시간 주기로 배터리의 SOC를 추정하기 위한 추정 파라미터를 결정하고, 이를 근거로 복수의 패턴 카운터의 값을 갱신한다.

예컨대, 배터리 관리 시스템(100)이 시작할 때 배터리의 SOC를 추정하기 위한 추정 파라미터를 결정하고, 이를 바탕으로 표 1에 도시된 첫번째(1th) 사이클과 같은 값으로 복수의 패턴 카운터의 값을 갱신할 수 있다. 기설정된 일정 시간이 흐른 뒤, 또는 제어신호가 감지된 이후 추정 파라미터를 다시 결정하고, 이를 바탕으로 표 2에 도시된 두번째(2th) 사이클과 같은 값으로 복수의 패턴 카운터의 값을 갱신할 수 있다. 이와 같이, 배터리 관리 시스템(100)이 동작되는 동안에는 복수의 패턴 카운터의 값이 계속적으로 갱신되어 패턴 테이블에 기록될 수 있다.

배터리 관리 시스템(100)은 종료 요청을 수신하면(S140) 최종적으로 갱신된 패턴 테이블, 즉 복수의 패턴 카운터의 값을 메모리에 저장한다(S150).

복수의 패턴 카운터의 값은 배터리 관리 시스템(100)의 동작이 종료될 때 메모리에 저장될 수도 있으나, 일정 시간 마다 메모리에 저장될 수도 있다.

배터리 관리 시스템(100)은 상술한 복수의 패턴 카운터의 값을 근거로 배터리(10)의 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 예측하고, 상기 사용 패턴을 이용하여 배터리(10)의 SOH를 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 배터리 관리 시스템(100)은 디스플레이 장치를 구비하여 상술한 복수의 패턴 카운터의 값을 근거로 예측된 배터리(10)의 사용 패턴 및 배터리(10)의 SOH 중 적어도 하나를 사용자에게 출력하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법은 배터리의 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 저장함으로써, 이후 배터리의 유지보수 및 수리 시에 이를 활용할 수 있다. 따라서, 배터리의 운용 효율을 향상시키고 배터리의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

10 : 배터리
100 : 배터리 관리 시스템
110 : 센싱부
120 : SOC 추정부
130 : 제어부
140 : SOH 추정부

Claims

적어도 하나의 셀을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템에 있어서,
상기 배터리의 SOC(State of Charge)를 추정하기 위한 추정 파라미터를 결정하는 SOC 추정부; 및
상기 추정 파라미터를 근거로 상기 배터리의 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 예측하기 위한 패턴 테이블을 갱신하는 제어부;를 포함하되,
상기 패턴 테이블은 복수의 패턴 카운터를 포함하고, 상기 복수의 패턴 카운터 각각은 복수의 추정 범위에 대응하며,
상기 제어부는 상기 추정 파라미터가 상기 복수의 추정 범위 중 어느 추정 범위에 해당되는지 결정하고, 상기 복수의 패턴 카운터 중 상기 결정된 추정 범위에 대응하는 패턴 카운터의 값을 갱신하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 복수의 추정 범위의 개수는 N(N>1)이고,
상기 복수의 추정 범위 각각의 크기는 K이고,
상기 복수의 추정 범위 각각은 1부터 N까지 인덱스 n이 설정되고,
상기 복수의 추정 범위 각각은 100-nK과 100-(n-1)K 사이의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 추정 파라미터가 상기 인덱스의 값 n인 추정 범위에 해당되는지 결정하고, 상기 복수의 패턴 카운터 중 상기 결정된 인덱스의 값 n인 추정 범위에 대응하는 패턴 카운터의 값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 인덱스의 값 n을 가장 작은 값부터 순차적으로 증가시키거나 상기 인덱스의 값 n을 가장 큰 값부터 순차적으로 감소시키면서 상기 추정 파라미터가 상기 인덱스의 값 n인 추정 범위에 해당되는지 결정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 추정 파라미터는 상기 배터리의 OCV(Open Circuit Voltage), 상기 배터리의 SOC, 상기 배터리의 전압 및 상기 배터리의 충전 또는 방전 전류 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
제1항에 있어서,
일정 시간 주기로 상기 추정 파라미터를 결정하고, 상기 추정 파라미터를 근거로 상기 복수의 패턴 카운터의 값을 갱신하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 복수의 패턴 카운터의 값을 근거로 상기 배터리의 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 예측하여 상기 배터리의 잔여 수명(SOH; State of Health)을 추정하는 SOH 추정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
적어도 하나의 셀을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 방법에 있어서,
상기 배터리의 SOC(State of Charge)를 추정하기 위한 추정 파라미터를 결정하는 단계; 및
상기 추정 파라미터를 근거로 상기 배터리의 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 예측하기 위한 패턴 테이블을 갱신하는 단계;를 포함하되,
상기 패턴 테이블은 복수의 패턴 카운터를 포함하고, 상기 복수의 패턴 카운터 각각은 복수의 추정 범위에 대응하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
제8항에 있어서,
상기 패턴 테이블을 갱신하는 단계는,
상기 추정 파라미터가 상기 복수의 추정 범위 중 어느 추정 범위에 해당되는지 결정하는 단계; 및
상기 복수의 패턴 카운터 중 상기 결정된 추정 범위에 대응하는 패턴 카운터의 값을 갱신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
제8항에 있어서,
상기 복수의 추정 범위의 개수는 N(N>1)이고,
상기 복수의 추정 범위 각각의 크기는 K이고,
상기 복수의 추정 범위 각각은 1부터 N까지 인덱스 n이 설정되고,
상기 복수의 추정 범위 각각은 100-nK과 100-(n-1)K 사이의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
제10항에 있어서,
상기 패턴 테이블을 갱신하는 단계는,
상기 추정 파라미터가 상기 인덱스의 값 n인 추정 범위에 해당되는지 결정하는 단계; 및
상기 복수의 패턴 카운터 중 상기 결정된 인덱스의 값 n인 추정 범위에 대응하는 패턴 카운터의 값을 증가시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
제11항에 있어서,
상기 인덱스의 값 n을 가장 작은 값부터 순차적으로 증가시키거나 상기 인덱스의 값 n을 가장 큰 값부터 순차적으로 감소시키면서 상기 추정 파라미터가 상기 인덱스의 값 n인 추정 범위에 해당되는지 결정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
제8항에 있어서,
상기 추정 파라미터는 상기 배터리의 OCV(Open Circuit Voltage), 상기 배터리의 SOC, 상기 배터리의 전압 및 상기 배터리의 충전 또는 방전 전류 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
제8항에 있어서,
일정 시간 주기로 상기 추정 파라미터를 결정하고, 상기 추정 파라미터를 근거로 상기 복수의 패턴 카운터의 값을 갱신하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
제8항에 있어서,
상기 복수의 패턴 카운터의 값을 근거로 상기 배터리의 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 예측하여 상기 배터리의 잔여 수명(SOH; State of Health)을 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
제15항에 있어서,
상기 사용 패턴 및 상기 잔여 수명 중 적어도 하나를 사용자에게 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
제8항에 있어서,
상기 갱신된 패턴 테이블을 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
적어도 하나의 셀을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 방법에 있어서,
메모리에 저장된 상기 배터리의 충전 및 방전 사이클에 대한 사용 패턴을 예측하기 위한 복수의 패턴 카운터의 값을 리딩하는 단계;
상기 배터리의 SOC(State of Charge)를 추정하기 위한 추정 파라미터를 결정하는 단계;
상기 추정 파라미터를 근거로 상기 복수의 패턴 카운터 중 적어도 하나를 갱신하는 단계; 및
상기 갱신된 복수의 패턴 카운터 중 적어도 하나를 상기 메모리에 저장하는 단계;를 포함하는 배터리 관리 방법.
제18항에 있어서,
상기 복수의 패턴 카운터 각각은 복수의 추정 범위에 대응하고,
상기 복수의 추정 범위의 개수는 N(N>1)이고,
상기 복수의 추정 범위 각각의 크기는 K이고,
상기 복수의 추정 범위 각각은 1부터 N까지 인덱스 n이 설정되고,
상기 복수의 추정 범위 각각은 100-nK과 100-(n-1)K 사이의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
제19항에 있어서,
상기 복수의 패턴 카운터 중 적어도 하나를 갱신하는 단계는,
상기 추정 파라미터가 상기 복수의 추정 범위 중 어느 추정 범위에 해당되는지 결정하는 단계; 및
상기 복수의 패턴 카운터 중 상기 결정된 추정 범위에 대응하는 패턴 카운터의 값을 갱신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
제18항에 있어서,
상기 추정 파라미터는 상기 배터리의 OCV(Open Circuit Voltage), 상기 배터리의 SOC, 상기 배터리의 전압 및 상기 배터리의 충전 또는 방전 전류 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.