KR20160076108A - 배터리 셀의 수명 예측 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 시스템 - Google Patents

배터리 셀의 수명 예측 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 시스템 Download PDF

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Abstract

배터리 셀의 수명 예측 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 수명 예측 방법은, 충방전이 가능한 배터리 셀의 충방전 전류를 측정하는 단계; 상기 배터리 셀의 충방전 전류를 기초로 누적 전류량을 연산하는 단계; 설정된 DOD(Depth Of Discharge) 및 상기 누적 전류량을 기초로 상기 배터리 셀의 충방전 사이클을 추정하는 단계; 및 상기 설정된 DOD에서의 상기 배터리 셀의 수명 사이클과 상기 충방전 사이클을 비교하여 상기 배터리 셀의 교체 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

Description

배터리 셀의 수명 예측 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 시스템{METHOD FOR ESTIMATING LIFE CYCLE OF BATTERY CELL AND BATTERY MANAGEMENT SYSTEM USINT IT}
본 발명은 배터리 셀의 수명 예측 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 충방전 전류 및 DOD를 기초로 충방전이 가능한 배터리의 수명을 예측할 수 있는 배터리 셀의 수명 예측 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.
전자 제품의 급속한 발전과 소비자들의 고성능 전력원에 대한 높은 기대로 인해 에너지 소모가 높은 제품이 많이 등장하고 있다. 예를 들어, 노트북, 비디오 카메라, 스마트폰 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적으로 충전 및 방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발하다. 이러한 이차 전지로는 리튬 이차 전지가 충방전이 자유롭고 자가 방전율이 낮은 등의 여러 장점으로 인해 널리 사용되고 있다.
특히, 최근에는 오염 물질 발생을 줄이고, 에너지 절약을 위해, 전기 자동차(EV) 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 이러한 전기 자동차 등에는 전기 모터의 구동 전력을 제공하는 충방전 배터리가 필수적으로 장착된다.
이러한 충방전 배터리는 충방전을 계속하면서 용량이 줄어든다. 예를 들어, 초기에는 1000mAh 이었던 용량이 몇 백번 충방전을 거듭하면서, 700, 600, 500mAh 로 줄어든다. 일반적으로, 수명 사이클(life cycle)은 초기 용량의 80~60 % 수준까지 용량이 줄어들었을 때의 충방전 횟수로 정의한다. 예를 들어, 수명 사이클이 500 회라고 하면, 100% DOD(Depth Of Discharge)에서 500 회라는 것을 의미한다. 여기에서, DOD는 방전 깊이(Depth Of Discharge)의 약자이다.
이러한 방전 깊이(DOD)는 전지의 잔존 용량(State of charge, SOC)을 표현하는 다른 방법이다. 방전 깊이는 잔존 용량과 반대 개념인데, 방전 깊이가 증가할수록 잔존 용량은 감소한다. 잔존 용량이 전지 용량이 가득찼을 때를 100%, 용량이 다했을 때를 0%로 백분율 수치를 이용하여 표현하는 데 비하여 방전 깊이는 암페어 시(Ah)와 백분율 수치의 두 가지 표현 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 용량이 50Ah인 전지의 방전 깊이를 암페어시로 표현할 경우에는 방전 깊이가 0Ah이면 전지가 방전되지 않은 상태(잔존 용량이 100%인 상태)를 말하며, 방전 깊이가 50Ah이면 전지가 완전히 방전된 상태(잔존 용량이 0%인 상태)를 말하게 된다. 또 어떤 전지의 방전 깊이를 백분율로 표현할 경우에는 방전 깊이가 0%이면 잔존 용량이 100%, 방전 깊이가 100%이면 잔존 용량이 0%인 상태를 말하게 된다.
구체적으로, 전지의 용량이 1000mAh 라고 하면, DOD는 1000mAh를 100% 다 소진하고, 충전했을 때의 수명 사이클을 의미한다. 그러나, 실제는 50-80 % 사용하고 충전하는 것이 일반적이다.
도 1은 연축전지의 DOD에 따른 수명 사이클을 도시한 그래프이다. 또한, 도 2는 도 1의 그래프를 수치적으로 정리한 표이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 각각 30%, 50%, 70%, 100% DOD 설정에 따른 연축전지의 수명 사이클을 알 수 있으며, DOD의 설정에 따라 2차 전지의 용량 저하 시점(임계전압 도달시점)이 100회에서 400회로 큰 차이를 보이는 것을 알 수 있다. 즉, 충방전 배터리는 많은량을 충전 또는 방전 시에는 교체 시점이 빨라지고, 적은량을 충전 또는 방전 시에는 그 교체 시점이 늦어 진다는 것을 확인할 수 있다. 이로부터 DOD를 몇 퍼센트로 설정 했느냐에 따라 배터리의 교체 시점까지 충방전하는 총 용량이 바뀌게 된다. 그러므로, 충방전을 반복하는 2차 전지의 경우, 이와 같은 변수를 감안한 수명 사이클 카운팅을 하는 방법이 요구된다.
한국공개특허 제2012-0140031호 (2012.12.28. 공개)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 충방전 전류 및 DOD를 기초로 수명 사이클을 추정하고, 이로부터 충방전이 가능한 배터리의 수명을 예측할 수 있고, 교체가 필요한 배터리 셀을 확인할 수 있는 배터리 셀의 수명 예측 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 수명 예측 방법은, 충방전이 가능한 배터리 셀의 충방전 전류를 측정하는 단계; 상기 배터리 셀의 충방전 전류를 기초로 누적 전류량을 연산하는 단계; 설정된 DOD(Depth Of Discharge) 및 상기 누적 전류량을 기초로 상기 배터리 셀의 충방전 사이클을 추정하는 단계; 및 상기 설정된 DOD에서의 상기 배터리 셀의 수명 사이클과 상기 충방전 사이클을 비교하여 상기 배터리 셀의 교체 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 충방전 전류를 측정하는 단계는, 상기 배터리 셀의 충방전 전류를 실시간으로 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 누적 전류량을 연산하는 단계는, 상기 배터리 셀의 누적 전류량을 실시간으로 연산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 충방전 사이클을 추정하는 단계는, 누적 전류량을 상기 설정된 DOD로 나누어 상기 충방전 사이클을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 교체 여부를 판단하는 단계는, 상기 충방전 사이클이 상기 수명 사이클 이상인 경우, 상기 배터리 셀의 교체가 필요한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 배터리 셀의 교체가 필요한 경우, 이를 경고하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 수명 예측을 이용한 배터리 관리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리부; 상기 복수의 배터리 셀의 각 배터리 셀의 충방전 전류를 실시간으로 측정하는 전류 측정부; 상기 각 배터리 셀의 충방전 전류를 기초로 상기 각 배터리 셀의 누적 전류량을 연산하며, 설정된 DOD(Depth Of Discharge) 및 상기 누적 전류량을 기초로 상기 각 배터리 셀의 충방전 사이클을 연산하는 연산부; 및 상기 설정된 DOD에서의 상기 각 배터리 셀의 수명 사이클과 상기 각 배터리 셀의 충방전 사이클을 비교하여 교체가 필요한 배터리 셀을 판단하는 배터리 관리부를 포함한다.
또한, 상기 연산부는, 실시간으로 상기 각 배터리 셀의 충방전 전류를 누적하여 상기 각 배터리 셀의 누적 전류량을 연산할 수 있다.
또한, 상기 연산부는, 상기 각 배터리 셀의 누적 전류량을 상기 설정된 DOD로 나누어 상기 각 배터리 셀의 충방전 사이클을 연산할 수 있다.
또한, 상기 복수의 배터리 셀의 DOD를 각각 설정하는 DOD 설정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 DOD 설정부는, 상기 복수의 배터리 셀에서 적어도 하나의 배터리 셀의 DOD를 다른 배터리 셀과 상이하게 설정할 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리부는, 상기 복수의 배터리 셀 중에서 충방전 사이클이 수명 사이클 이상인 배터리 셀을 교체가 필요한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 복수의 배터리 셀에 각각 연결된 복수의 스위치를 포함하는 스위치부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리부는, 상기 복수의 배터리 셀 중에서 교체가 필요한 배터리 셀이 있는 것으로 판단한 경우, 상기 교체가 필요한 배터리 셀에 연결되는 스위치를 OFF할 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리부는, 상기 교체가 필요한 배터리 셀의 충방전 사이클이 미리 설정된 초과 한도 사이클 이상인 경우, 상기 교체가 필요한 배터리 셀에 연결되는 스위치를 OFF할 수 있다.
그리고, 상기 복수의 배터리 셀 중에서 교체가 필요한 배터리 셀을 경고하는 경고 신호를 발생하는 경고부; 및 상기 경고 신호가 발생한 배터리 셀의 정보를 외부로 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 충방전 전류 및 DOD를 기초로 충방전이 가능한 배터리 셀의 수명 사이클을 추정할 수 있고, 이로부터 충방전이 가능한 배터리 셀의 수명을 예측할 수 있다.
또한, 추정된 배터리 셀의 수명 사이클에 따라 배터리 셀의 교체 시점을 예측함으로써, 수명이 다한 배터리 셀을 교체할 수 있다.
도 1은 연축전지의 DOD에 따른 수명 사이클을 도시한 그래프이다.
도 2는 도 1의 그래프를 수치적으로 정리한 표이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 수명 예측 방법의 순서도이다.
도 4는 DOD의 크기에 따른 배터리 셀의 충방전 총용량을 비교하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 수명 예측 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 수명 예측을 이용한 배터리 관리 시스템의 블록 구성도이다.
도 7 및 도 8은 도 6의 배터리 셀의 수명 예측을 이용한 배터리 관리 시스템의 구체적인 실시예를 도시한 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 고안의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 수명 예측 방법의 순서도이다. 또한, 도 4는 DOD의 크기에 따른 배터리 셀의 충방전 총용량을 비교하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 수명 예측 방법은, 충방전이 가능한 배터리 셀의 충방전 전류를 측정하며(S110), 상기 배터리 셀의 충방전 전류를 기초로 누적 전류량을 연산하고(S120), 설정된 DOD(Depth Of Discharge) 및 상기 누적 전류량을 기초로 상기 배터리 셀의 충방전 사이클을 추정하고(S130), 상기 설정된 DOD에서의 상기 배터리 셀의 수명 사이클과 상기 충방전 사이클을 비교하여(S140), 상기 배터리 셀의 교체 여부를 판단한다(S150). 여기에서, DOD(Depth Of Discharge)는 방전 깊이를 의미하며, 누적 전류량은 측정된 전류량을 누적한 값으로써 암페어시(Ah)의 단위를 가지게 된다. 또한, 수명 사이클은 배터리 셀의 DOD에 따라 정해지며, 충방전 사이클은 DOD 및 누적 전류량으로부터 계산할 수 있다. 다만, 도 3의 S140에서 충방전 사이클이 수명 사이클 이상인 경우, 교체가 필요한 것으로 도시하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 다른 값으로 설정될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 배터리 셀은 DOD의 설정 값에 따라 사용할 수 있는 총 용량이 달라진다. 도 4에 도시한 바와 같이, 좌측의 배터리 셀에서 DOD 30%로 설정하였고, 우측의 배터리 셀에서 DOD 80%로 설정하였을 경우, 좌측의 배터리 셀이 우측의 배터리 셀보다 사용할 수 있는 총 용량이 더 크게 된다.
12V 10Ah 배터리 셀을 예로 들면, DOD 30% 방전후 충전일때는 1200cycle, 80% 방전후 충전 일때는 300cycle의 수명 사이클을 가지게 된다. 그리고, 각 DOD에 따른 배터리가 사용할 수 있는 총용량은 다음과 같다.
DOD 30%: 0.3 * 10Ah * 1200cycle = 3600 Ah ............. (1)
DOD 80%: 0.8 * 10Ah * 300cycle = 2400Ah ............... (2)
상기 (1), (2)를 비교하면, DOD 30%에서의 사용 가능한 총용량은 3600Ah이고, DOD 80%에서의 사용 가능한 총용량은 2400Ah이며, DOD 30%에서의 사용 가능한 총용량이 DOD 80%에서의 사용 가능한 총용량보다 큼을 알 수 있다. 그러므로, 같은 용량을 가진 배터리 셀이라도 DOD를 설정한 크기에 따라 사용할 수 있는 배터리 총용량이 다름을 알 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 충방전이 가능한 배터리 셀은 DOD에 따라 사용할 수 있는 수명 사이클이 있으므로, 배터리 셀의 충방전 전류의 누적량을 측정하고 각 DOD 설정에 따른 총 사용 가능 용량에 도달한 경우, 배터리의 교체 시점으로 판단하게 된다.
이때, 충방전이 가능한 배터리 셀의 충방전 전류를 측정 시에 상기 배터리 셀의 충방전 전류를 실시간으로 측정할 수 있다. 또한, 배터리 셀의 충방전 전류를 기초로 누적 전류량을 연산 시에 상기 배터리 셀의 누적 전류량을 실시간으로 연산할 수 있다. 실시간으로 전류를 측정하고, 누적 전류량을 연산함으로써, 배터리 셀의 교체가 필요한 시점을 빠른 시간 안에 파악할 수 있게 된다. 또한 누적 전류량은 측정된 전류를 누적한 것으로써, 다음의 수학식 1에 의해 계산할 수 있다.
Figure pat00001
단, i는 배터리 셀의 측정된 충방전 전류이다.
그리고, 충방전 사이클을 추정 시에 설정된 DOD(Depth Of Discharge) 및 누적 전류량을 사용하게 되는데, 상기 누적 전류량을 상기 설정된 DOD로 나누어 상기 충방전 사이클을 구할 수 있으며, 다음의 수학식 2로 표현할 수 있다.
Figure pat00002
단, DOD는 백분율이 아닌 암페어시(Ah)로 표현되며, 백분율로 표현된 DOD 값에 배터리 셀의 정격 용량을 곱하여 구할 수 있다. 예를 들어, 10Ah 배터리 셀인 경우, DOD의 백분율 값이 50%이면, DOD는 5Ah가 된다. 상기 수학식 2에 의해 현재 설정된 DOD에 따른 배터리 셀의 실제 충방전이 가능한 사이클인 충방전 사이클을 추정하게 된다.
그리고, 충방전 사이클을 설정된 DOD에서 정해지는 수명 사이클과 비교하여 배터리 셀의 교체를 판단한다. 예를 들어, 충방전 사이클이 수명 사이클 이상인 경우, 배터리 셀의 교체가 필요한 것으로 판단할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 다른 범위에서 배터리 셀의 교체가 필요한 것으로 판단할 수도 있다. 예를 들면, 충방전 사이클이 수명 사이클보다 20%이상 큰 경우에 배터리 셀의 교체가 필요한 것으로 판단할 수도 있고, 다른 범위로 설정할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 수명 예측 방법의 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 수명 예측 방법은, 충방전이 가능한 배터리 셀의 충방전 전류를 측정하며(S210), 상기 배터리 셀의 충방전 전류를 기초로 누적 전류량을 연산하고(S220), 설정된 DOD(Depth Of Discharge) 및 상기 누적 전류량을 기초로 상기 배터리 셀의 충방전 사이클을 추정하고(S230), 상기 설정된 DOD에서의 상기 배터리 셀의 수명 사이클과 상기 충방전 사이클을 비교하여(S240), 상기 배터리 셀의 교체 여부를 판단하고(S250), 배터리 셀의 교체가 필요한 경우, 이를 경고한다(S260). 여기에서, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 수명 예측 방법과 S210~S250 단계는 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
배터리 셀의 교체가 필요한 경우에는 이를 알려 교체가 필요한 배터리 셀을 교체함으로써 배터리 셀에 의한 시스템 등의 고정 사고를 미연에 방지할 필요가 있다. 배터리 셀의 교체 경고는 경고음이나 음성 등의 청각적 수단이나 LCD 모니터나 LED 등에 경고 표시를 디스플레이하는 시각적 수단 등을 포함할 수 있다. 이러한 배터리 셀의 교체 경고는 유무선 통신 수단을 이용하여 원격으로 전송될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 수명 예측을 이용한 배터리 관리 시스템의 블록 구성도이다. 또한, 도 7 및 도 8은 도 6의 배터리 셀의 수명 예측을 이용한 배터리 관리 시스템의 구체적인 실시예를 도시한 구성도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 수명 예측을 이용한 배터리 관리 시스템(100)은, 배터리부(110), 전류 측정부(120), 연산부(130) 및 배터리 관리부(140)를 포함한다. 또한, 상기 배터리 셀의 수명 예측을 이용한 배터리 관리 시스템(100, 이하 '배터리 관리 시스템'이라 한다)은, DOD 설정부(150), 스위치부(160), 경고부(170) 및 통신부(180)를 포함할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 배터리 관리 시스템(100)은, 복수의 배터리 셀(Cell1 ... CellN)을 포함하는 배터리부(110), 상기 복수의 배터리 셀(Cell1 ... CellN)의 각 배터리 셀의 충방전 전류를 실시간으로 측정하는 전류 측정부(120), 상기 각 배터리 셀의 충방전 전류를 기초로 상기 각 배터리 셀의 누적 전류량을 연산하며, 설정된 DOD(Depth Of Discharge) 및 상기 누적 전류량을 기초로 상기 각 배터리 셀의 충방전 사이클을 연산하는 연산부(130), 및 상기 설정된 DOD에서의 상기 각 배터리 셀의 수명 사이클과 상기 각 배터리 셀의 충방전 사이클을 비교하여 교체가 필요한 배터리 셀을 판단하는 배터리 관리부(140)를 포함한다.
또한, 다시 도 7 및 도 8을 참조하면, 배터리 관리 시스템(100)은, 복수의 배터리 셀(Cell1 ... CellN)의 DOD를 각각 설정하는 DOD를 설정부(150), 복수의 배터리 셀(Cell1 ... CellN)에 각각 연결된 복수의 스위치를 포함하는 스위치부(160), 교체가 필요한 배터리 셀을 경고하는 경고 신호를 발생하는 경고부(170), 경고 신호가 발생한 배터리 셀의 정보를 외부로 전송하는 통신부(180)를 더 포함할 수 있다.
배터리부(110)는 복수의 배터리 셀(Cell1 ... CellN)을 포함하며, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 배터리 셀에는 충방전 시 전력 변환을 위한 컨버터(10)가 연결된다. 또한, 배터리부(110)의 각 배터리 셀에는 스위치(S)가 연결될 수 있으며, DOD 설정부(150)에 의해 각 배터리 셀의 DOD가 설정될 수 있다.
전류 측정부(120)는 각 배터리 셀의 충방전 전류를 실시간으로 측정하며, 이를 위해 각 배터리 셀에 각각 전류 측정 센서가 연결될 수 있다.
연산부(130)는 실시간으로 각 배터리 셀의 충방전 전류를 누적하여 상기 각 배터리 셀의 누적 전류량을 연산하고, 상기 각 배터리 셀의 누적 전류량을 설정된 DOD로 나누어 상기 각 배터리 셀의 충방전 사이클을 연산할 수 있다. 구체적으로, 상기 수학식 1에 의해 누적 전류량을 구하고, 상기 수학식 2에 의해 충방전 사이클을 구할 수 있다.
배터리 관리부(140)는 교체가 필요한 배터리 셀을 판단하는데, 예를 들어 복수의 배터리 셀(Cell1 ... CellN) 중에서 충방전 사이클이 수명 사이클 이상인 배터리 셀을 교체가 필요한 것으로 판단할 수 있다. 또한, 배터리 관리부(140)는 시스템의 안정성을 위해, 교체가 필요한 배터리 셀에 연결된 스위치(S)를 OFF할 수 있다. 이에 대해서는 후술하여 살펴 보도록 한다.
DOD 설정부(150)는 복수의 배터리 셀(Cell1 ... CellN)의 DOD를 각각 설정하며, 설정된 DOD에 의해 각 배터리 셀의 수명 사이클이 정해진다. 상기 DOD 설정부(150)는 복수의 배터리 셀(Cell1 ... CellN) 에서 적어도 하나의 배터리 셀의 DOD를 다른 배터리 셀과 상이하게 설정할 수 있다. 그러므로, 복수의 배터리 셀(Cell1 ... CellN)이 적용되는 전력 시스템이나 전기 자동차 등에서 각 배터리 셀의 교체 시점을 모두 동일하지 않도록 설계하여 상기 전력 시스템이나 전기 자동차 등의 안정성을 높일 수 있다. DOD 설정부(150)에 의한 DOD의 설정값은 시스템의 운영자가 입력할 수도 있고, 처음 설계 시에 디폴트되어 DOD 설정부(150)에서 각 배터리 셀에 능동적으로 할당할 수도 있다.
스위치부(160)는 복수의 배터리 셀(Cell1 ... CellN)에 각각 연결된 복수의 스위치(S)를 포함하는데, 상기 복수의 배터리 셀(Cell1 ... CellN)셀 중에서 교체가 필요한 배터리 셀이 있는 경우, 상기 교체가 필요한 배터리 셀에 연결되는 스위치를 OFF함으로써 시스템의 안정성을 높일 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시한 바와 같이, Cell2가 교체가 필요한 것으로 판단된 경우, 배터리 관리부(140)는 Cell2에 연결된 스위치(S)를 끊음으로써, Cell2에 의해 발생할 수 있는 문제들을 미연에 차단할 수 있다.
이때, 배터리 관리부(140)는 교체가 필요하다고 판단되었다고 바로 스위치(S)를 OFF하지 않고, 교체가 필요한 배터리 셀의 충방전 사이클이 미리 설정된 초과 한도 사이클 이상인 경우, 상기 교체가 필요한 배터리 셀에 연결되는 스위치를 OFF할 수 있다. 이는 배터리 셀의 교체가 필요하더라도 일정 기간 계속 충방전이 가능하므로, 교체가 필요한 배터리 셀이 바로 문제를 일으키지는 않는 점을 고려한 것이다. 예를 들어, 도 8에서, Cell2의 수명 사이클이 1200이고, 충방전 사이클이 상기 수명 사이클 이상이면 교체가 필요하다고 판단하더라도, 초과 한도 사이클을 2400으로 설정하면, 상기 Cell2의 실제 충방전 사이클이 2400이 되어야 배터리 관리부(140)가 Cell2에 연결된 스위치(S)를 OFF하게 된다.
경고부(170)는 교체가 필요한 배터리 셀을 알리는 경고 신호를 발생하며, 경고음이나 음성 등의 청각적 표시 수단이나, LCD 모니터나 LED 등과 같은 시각적 표시 수단일 수 있다. 배터리 관리부(140)가 경고부(170)를 제어하여 교체가 필요한 배터리 셀을 알리는 경고음을 알리거나 교체가 필요한 배터리 셀에 설치된 LED를 점멸시킴으로써, 교체가 필요한 배터리 셀의 위치를 안내할 수 있다.
통신부(180)는 경고 신호가 발생한 배터리 셀의 정보를 외부로 전송하며, 상기 통신부(180)는 외부의 기기(20)와 유선통신 및/또는 무선통신이 가능하다. 이러한 외부의 기기(20)는 2G/3G/4G, 와이브로 무선망 서비스가 가능한 단말, PDA, 스마트 폰 등과 같은 다양한 통신 기기가 될 수 있으며, IEEE 802.11 무선 랜 네트워크 카드 등의 무선랜 접속을 위한 인터페이스가 구비된 기기일 수 있다. 또한, 외부의 기기(20)는 네트워크를 통해 통신부(180)와 연결될 수 있고, 이러한 네트워크는 유선 네트워크뿐만 아니라 무선 네트워크를 포함한다. 이러한 네트워크로 인터넷 등을 들 수 있다. 통신부(180)에서 외부의 기기(20)로 교체가 필요한 배터리 셀의 정보를 알릴 수 있어 보다 빠른 대처가 가능하여 복수의 배터리 셀을 채택한 시스템 등의 안정성을 향상시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
110: 배터리부 120: 전류 측정부
130: 연산부 140: 배터리 관리부
150: DOD 설정부 160: 스위치부
170: 경고부 180: 통신부

Claims (16)

  1. 충방전이 가능한 배터리 셀의 충방전 전류를 측정하는 단계;
    상기 배터리 셀의 충방전 전류를 기초로 누적 전류량을 연산하는 단계;
    설정된 DOD(Depth Of Discharge) 및 상기 누적 전류량을 기초로 상기 배터리 셀의 충방전 사이클을 추정하는 단계; 및
    상기 설정된 DOD에서의 상기 배터리 셀의 수명 사이클과 상기 충방전 사이클을 비교하여 상기 배터리 셀의 교체 여부를 판단하는 단계를 포함하는, 배터리 셀의 수명 예측 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 충방전 전류를 측정하는 단계는, 상기 배터리 셀의 충방전 전류를 실시간으로 측정하는 단계를 포함하는, 배터리 셀의 수명 예측 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 누적 전류량을 연산하는 단계는, 상기 배터리 셀의 누적 전류량을 실시간으로 연산하는 단계를 포함하는, 배터리 셀의 수명 예측 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 충방전 사이클을 추정하는 단계는, 누적 전류량을 상기 설정된 DOD로 나누어 상기 충방전 사이클을 추정하는 단계를 포함하는, 배터리 셀의 수명 예측 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 교체 여부를 판단하는 단계는, 상기 충방전 사이클이 상기 수명 사이클 이상인 경우, 상기 배터리 셀의 교체가 필요한 것으로 판단하는 단계를 포함하는, 배터리 셀의 수명 예측 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 교체가 필요한 경우, 이를 경고하는 단계를 더 포함하는, 배터리 셀의 수명 예측 방법.
  7. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리부;
    상기 복수의 배터리 셀의 각 배터리 셀의 충방전 전류를 실시간으로 측정하는 전류 측정부;
    상기 각 배터리 셀의 충방전 전류를 기초로 상기 각 배터리 셀의 누적 전류량을 연산하며, 설정된 DOD(Depth Of Discharge) 및 상기 누적 전류량을 기초로 상기 각 배터리 셀의 충방전 사이클을 연산하는 연산부; 및
    상기 설정된 DOD에서의 상기 각 배터리 셀의 수명 사이클과 상기 각 배터리 셀의 충방전 사이클을 비교하여 교체가 필요한 배터리 셀을 판단하는 배터리 관리부를 포함하는, 배터리 셀의 수명 예측을 이용한 배터리 관리 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 연산부는, 실시간으로 상기 각 배터리 셀의 충방전 전류를 누적하여 상기 각 배터리 셀의 누적 전류량을 연산하는, 배터리 셀의 수명 예측을 이용한 배터리 관리 시스템.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 각 배터리 셀의 누적 전류량을 상기 설정된 DOD로 나누어 상기 각 배터리 셀의 충방전 사이클을 연산하는, 배터리 셀의 수명 예측을 이용한 배터리 관리 시스템.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀의 DOD를 각각 설정하는 DOD 설정부를 더 포함하는, 배터리 셀의 수명 예측을 이용한 배터리 관리 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 DOD 설정부는, 상기 복수의 배터리 셀에서 적어도 하나의 배터리 셀의 DOD를 다른 배터리 셀과 상이하게 설정하는, 배터리 셀의 수명 예측을 이용한 배터리 관리 시스템.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 배터리 관리부는, 상기 복수의 배터리 셀 중에서 충방전 사이클이 수명 사이클 이상인 배터리 셀을 교체가 필요한 것으로 판단하는, 배터리 셀의 수명 예측을 이용한 배터리 관리 시스템.
  13. 제 7항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀에 각각 연결된 복수의 스위치를 포함하는 스위치부를 더 포함하는, 배터리 셀의 수명 예측을 이용한 배터리 관리 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 배터리 관리부는, 상기 복수의 배터리 셀 중에서 교체가 필요한 배터리 셀이 있는 것으로 판단한 경우, 상기 교체가 필요한 배터리 셀에 연결되는 스위치를 OFF하는, 배터리 셀의 수명 예측을 이용한 배터리 관리 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 배터리 관리부는, 상기 교체가 필요한 배터리 셀의 충방전 사이클이 미리 설정된 초과 한도 사이클 이상인 경우, 상기 교체가 필요한 배터리 셀에 연결되는 스위치를 OFF하는, 배터리 셀의 수명 예측을 이용한 배터리 관리 시스템.
  16. 제 7항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 중에서 교체가 필요한 배터리 셀을 경고하는 경고 신호를 발생하는 경고부; 및
    상기 경고 신호가 발생한 배터리 셀의 정보를 외부로 전송하는 통신부를 더 포함하는, 배터리 셀의 수명 예측을 이용한 배터리 관리 시스템.
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