KR20190078095A - 배터리의 만충전 용량을 산출하기 위한 배터리 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

배터리의 만충전 용량을 산출하기 위한 배터리 관리 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

배터리의 만충전 용량을 산출하기 위한 배터리 관리 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 배터리를 기준 전류로 충전하기 위한 정전류 충전 모드를 실행하는 단계; 상기 정전류 충전 모드에서, 상기 배터리의 단자 전압 및 전류를 기초로, 주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 산출하는 단계; 상기 배터리의 충전 상태가 제1 충전 상태에 도달한 때로부터 제2 충전 상태에 도달한 때까지의 경과 시간을 산출하는 단계; 및 상기 경과 시간과 기준 시간 간의 차이를 기초로, 상기 배터리의 만충전 용량을 산출하는 단계를 포함한다.

Description

배터리의 만충전 용량을 산출하기 위한 배터리 관리 시스템 및 방법{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD FOR CALCULATING A FULL CHARGE CAPACITY OF A BATTERY}
본 발명은 배터리의 만충전 용량을 산출하기 위한 배터리 관리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리가 퇴화됨에 따라 변경되는 배터리의 만충전 용량을 업데이트하기 위한 배터리 관리 시스템 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.
배터리의 만충전 용량은, 배터리가 완전히 충전된 상태에서 배터리로부터 방전 가능한 전하량을 나타낸다. 예컨대, 만충전 용량이 4000mAh인 배터리는 4000mA의 전류를 1시간 동안 부하에게 일정하게 공급할 수 있다.
그런데, 배터리는 반복적인 충방전 등에 따라 퇴화되므로, 배터리의 만충전 용량은 배터리가 제조된 당시의 만충전 용량으로부터 서서히 감소할 수 밖에 없다. 배터리의 만충전 용량은, 배터리의 충전 상태(SOC: state of charge) 등을 결정하는 데에 필수적인 파라미터 중 하나이다. 따라서, 배터리의 만충전 용량을 적절히 업데이트해야만, 배터리를 보다 안전하게 사용할 수 있다.
한편, 배터리를 만충전 상태로부터 만방전 상태까지 방전시키는 동안의 전류 적산량 또는 배터리를 만방전 상태로부터 만충전 상태까지 충전시키는 동안의 전류 적산량에 기초하여, 배터리의 만충전 용량을 업데이트하는 종래 기술이 개시된바 있다.
그런데, 위와 같은 종래 기술에 따르면, 배터리가 만방전 상태(예, SOC 0%)와 만충전 상태(예, SOC 100%)를 각각 한번씩은 거쳐야만 하는데, 일반적인 사용 환경에서 배터리가 만방전 상태 또는 만충전 상태가 되는 경우는 흔하지 않다. 게다가, 배터리를 의도적으로 만방전 또는 만충전시킬 경우, 불필요하게 배터리의 수명이 단축되는 결과를 낳을 수 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리를 만충전 또는 만방전시키지 않고도, 배터리의 만충전 용량을 업데이트하기 위한 배터리 관리 시스템 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.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 만충전 용량 산출 방법은, 배터리를 기준 전류로 충전하기 위한 정전류 충전 모드를 실행하는 단계; 상기 정전류 충전 모드에서, 상기 배터리의 단자 전압 및 전류를 기초로, 주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 산출하는 단계; 상기 배터리의 충전 상태가 제1 충전 상태에 도달한 때로부터 제2 충전 상태에 도달한 때까지의 경과 시간을 산출하는 단계; 및 상기 경과 시간 및 기준 시간을 기초로, 상기 배터리의 만충전 용량을 산출하는 단계를 포함한다.
주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 산출하는 단계는, 주기적으로 측정되는 상기 배터리의 단자 전압 및 전류에 기초할 수 있다.
상기 경과 시간을 산출하는 단계는, 상기 배터리의 충전 상태가 상기 제1 충전 상태에 도달한 제1 시각을 검출하는 단계; 상기 배터리의 충전 상태가 상기 제2 충전 상태에 도달한 제2 시각을 검출하는 단계; 및 상기 제1 시각과 상기 제2 시각 간의 차이로부터, 상기 경과 시간을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배터리의 만충전 용량을 산출하는 단계는, 다음의 수학식:
Figure pat00001
을 이용할 수 있다. 상기 수학식에서, FCCinitial은 초기 만충전 용량, ΔTelap은 상기 경과 시간, ΔTref은 상기 기준 시간, FCCnew은 상기 만충전 용량이다.
상기 방법은, 상기 경과 시간이 미리 정해진 임계 시간 미만인 경우, 상기 제2 충전 상태를 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 충전 상태를 증가시키는 단계는, 상기 경과 시간에 대한 상기 임계 시간의 비율에 기초하여, 상기 제2 충전 상태의 증가량을 산출할 수 있다.
상기 방법은, 상기 만충전 용량을 나타내는 데이터를 메모리부에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리의 단자 전압 및 전류를 측정하도록 구성된 센싱부; 및 상기 센싱부에 동작 가능하게 결합된 제어부;를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 배터리를 기준 전류로 충전하기 위한 정전류 충전 모드를 실행한다. 상기 제어부는, 상기 정전류 충전 모드에서, 상기 센싱부에 의해 측정된 단자 전압 및 전류를 기초로, 주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 산출한다. 상기 제어부는, 상기 배터리의 충전 상태가 제1 충전 상태가 된 때로부터 제2 충전 상태가 된 때까지의 경과 시간을 산출한다. 상기 제어부는, 상기 경과 시간 및 기준 시간을 기초로, 상기 배터리의 만충전 용량을 산출한다.
상기 제어부는, 다음의 수학식:
Figure pat00002
을 이용하여, 상기 배터리의 만충전 용량을 산출할 수 있다. 위 수학식에서, FCCinitial은 초기 만충전 용량, ΔTelap은 상기 경과 시간, ΔTref은 상기 기준 시간, FCCnew은 상기 만충전 용량이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리팩은, 상기 배터리 관리 시스템을 포함한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리를 만충전 상태나 만충전 상태로 하지 않고도, 배터리의 만충전 용량을 업데이트할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 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 시스템을 포함하는 배터리팩의 기능적 구성을 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리의 만충전 용량을 산출하는 방법을 보여주는 순서도이다.
도 4는 도 2의 방법에 관련된 경과 시간을 산출하는 동작을 설명하기 위한 예시적인 타이밍 챠트를 나타내느 도면이다.
도 5는 도 2의 방법에 관련된 기준 시간을 결정하는 데에 활용하기 위해 메모리에 미리 저장된 예시적인 룩업 테이블을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리팩의 기능적 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리팩(10)은, 배터리(20), 스위칭부(30) 및 배터리 관리 시스템(100)을 포함한다.
배터리(20)는, 양극 단자(B+) 및 음극 단자(B-)를 포함한다. 배터리(20)는, 적어도 하나의 단위 셀을 포함할 수 있다. 배터리(20)에 복수의 단위 셀이 포함되는 경우, 복수의 단위 셀은 전기적으로 상호 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 각 단위 셀은, 예컨대, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지일 수 있다. 물론, 단위 셀의 종류가 위에서 열거된 종류로 한정되는 것은 아니며, 반복적인 충방전이 가능한 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
스위칭부(30)는, 배터리팩(10)를 통해 흐르는 전류, 즉 충전 전류나 방전 전류를 조절하기 위해, 배터리팩(10)의 대전류 경로에 설치된다. 배터리팩(10)의 대전류 경로는, 배터리(20)의 양극 단자(B+)와 배터리팩(10)의 양극 단자(P+) 사이의 경로 및 배터리(20)의 음극 단자(B-)와 배터리팩(10)의 음극 단자(P-) 사이의 경로를 포함할 수 있다. 도 1에는, 배터리팩(10)의 양극 단자(P+)와 배터리(20)의 양극 단자(B+) 사이에 스위칭부(30)가 설치된 것으로 도시되어 있으나, 스위칭부(30)의 설치 위치가 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 스위칭부(30)는, 배터리팩(10)의 음극 단자(P-)와 배터리(20)의 음극 단자(B-) 사이에 설치될 수도 있다.
스위칭부(30)는, 충전 스위치(31) 및 방전 스위치(32)를 포함할 수 있다. 충전 스위치(31) 및 방전 스위치(32) 각각은, 도시된바와 같이, 전계 효과 트랜지스터 및 기생 다이오드를 포함할 수 있다. 충전 스위치(31) 및 방전 스위치(32) 각각은, 배터리 관리 시스템(100)으로부터의 스위칭 신호에 따라 개별적으로 턴 온 상태 또는 턴 오프 상태로 됨으로써, 배터리(20)를 통해 흐르는 전류를 조절할 수 있다.
배터리 관리 시스템(100)은, 메모리부(110), 센싱부(120) 및 제어부(130)를 포함하고, 선택적으로 통신부(140)를 더 포함할 수 있다.
메모리부(110)는, 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예로, 메모리부(110)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 메모리부(110)는 또한 제어부(130)에 의해 수행 가능한 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리부(110)는 또한 제어부(130)에 의해 실행된 제어 로직의 결과를 나타내는 데이터를 저장할 수 있다.
센싱부(120)는, 전압 센서(121) 및 전류 센서(122)를 포함하고, 선택적으로 온도 센서(123)를 더 포함할 수 있다. 전압 센서(121), 전류 센서(122) 및 온도 센서 각각은 제어부(130)에 동작 가능하게 연결될 수 있다.
전압 센서(121)는, 배터리(20)의 단자 전압 Vbat을 측정하고 측정된 단자 전압을 나타내는 전압 신호를 제어부(130)에게 전송한다. 단자 전압은, 양극 단자(B+)와 음극 단자(B-) 간의 전위차에 대응한다. 제어부(130)는, 전압 센서(121)로부터 전송된 전압 신호를 기초로, 측정된 단자 전압을 나타내는 측정 전압값을 메모리부(110)에 저장한다.
전류 센서(122)는, 배터리(20)를 통해 흐르는 전류 Ibat를 측정하고 측정된 전류를 나타내는 전류 신호를 제어부(130)에게 전송한다. 제어부(130)는, 전류 센서(122)로부터 전송된 전류 신호를 기초로, 측정된 전류를 나타내는 전류값을 메모리부(110)에 저장한다.
온도 센서(123)는, 배터리(20)의 온도를 측정하고 측정된 온도를 나타내는 온도 신호를 제어부(130)에게 전송한다. 제어부(130)는, 온도 센서(123)로부터 전송된 온도 신호를 기초로, 측정된 온도를 나타내는 온도값을 메모리부(110)에 저장한다.
제어부(130)는, 메모리부(110), 센싱부(120), 통신부(140) 및 스위칭부(30)에 동작 가능하게 연결되어, 이를 각각의 동작을 개별적으로 제어할 수 있다. 제어부(130)는, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
제어부(130)는, 스위칭부(30)에게 출력되는 스위칭 신호의 듀티비를 제어함으로써, 배터리(20)의 충전을 위해 배터리(20)에 공급되는 전류의 크기를 조절할 수 있다. 제어부(130)는, 배터리팩(10)이 충전기에 연결되어 있는 중의 적어도 일부의 기간 동안, 소정의 정전류 충전 모드를 선택적으로 실행할 수 있다. 특히, 제어부(130)는, 정전류 충전 모드가 실행되는 동안, 미리 정해진 기준 전류(예, 3A)가 스위칭부(30)를 통해 배터리(20)로 흐르게 할 수 있다. 이에 따라, 배터리(20)는 기준 전류로 충전될 수 있다.
제어부(130)는, 센싱부(120)로부터 주기적으로 전송되는 센싱 신호 즉, 전압 신호, 전류 신호 및 온도 신호 중 적어도 하나를 이용하여, 주기적으로 배터리의 충전 상태를 산출할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는, 칼만 필터(kalman filter)에 기반한 충전 상태 추정 알고리즘을 실행함으로써, 센싱부(120)에 의해 측정된 단자 전압, 전류 및/또는 온도로부터 배터리의 충전 상태를 실시간으로 업데이트할 수 있다. 배터리의 충전 상태를 산출하는 데에는 칼만 필터를 포함한 다양한 공지의 알고리즘이 단독으로 또는 둘 이상 조합되어 사용될 수 있다.
통신부(140)는, 제어부(130)와 외부 디바이스(1) 사이의 양방향 통신을 지원하도록 구성된다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리의 만충전 용량을 산출하는 방법을 보여주는 순서도이고, 도 4은 도 2의 방법에 관련된 경과 시간을 산출하는 동작을 설명하기 위한 예시적인 타이밍 챠트를 나타내느 도면이며, 도 5는 도 2의 방법에 관련된 기준 시간을 결정하는 데에 활용하기 위해 메모리에 미리 저장된 예시적인 룩업 테이블(500)을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 단계 S200에서, 제어부(130)는, 배터리(20)를 기준 전류로 충전하기 위한 정전류 충전 모드를 실행한다. 제어부(130)는, 정전류 충전 모드가 실행된 시각 tS부터, 배터리(20)에게 기준 전류 Iref가 공급되도록, 스위칭부(30)에 포함된 충전 스위치(31)에게 출력되는 스위칭 신호의 듀티비를 조절할 수 있다.
단계 S210에서, 제어부(130)는, 배터리(20)의 충전 상태가 제1 충전 상태 SOC1에 도달하였는지 여부를 판정한다. 제1 충전 상태 SOC1는, 고정된 것이거나 소정 조건을 만족하는 경우에 변경 가능한 것일 수 있다. 예컨대, 제1 충전 상태 SOC1는 최초에는 30%이고, 제어부(130)에 의해 증가 또는 감소될 수 있다. 단계 S210의 결과가 "YES"인 경우, 단계 S220이 진행된다. 단계 S210의 결과가 "NO"인 경우, 단계 S210이 다시 진행된다.
단계 S220에서, 제어부(130)는, 배터리(20)의 충전 상태가 제1 충전 상태 SOC1에 도달한 제1 시각 t1을 검출한다. 제어부(130)는, 검출된 제1 시각 t1을 나타내는 데이터를 메모리부(110)에 저장할 수 있다.
단계 S230에서, 제어부(130)는, 배터리(20)의 충전 상태가 제2 충전 상태 SOC2에 도달하였는지 여부를 판정한다. 제2 충전 상태 SOC2는, 고정된 것이거나 소정 조건을 만족하는 경우에 변경 가능한 것일 수 있다. 예컨대, 제2 충전 상태 SOC2는 최초에는 70%이고, 제어부(130)에 의해 증가 또는 감소될 수 있다. 단계 S230의 결과가 "YES"인 경우, 단계 S240이 진행된다. 단계 S230의 결과가 "NO"인 경우, 단계 S230이 다시 진행된다.
단계 S240에서, 제어부(130)는, 배터리(20)의 충전 상태가 제2 충전 상태 SOC2에 도달한 제2 시각 t2을 검출한다. 제어부(130)는, 검출된 제2 시각 t2을 나타내는 데이터를 메모리부(110)에 저장할 수 있다.
단계 S250에서, 제어부(130)는, 배터리(20)의 충전 상태가 제1 충전 상태 SOC1에 도달한 때로부터 제2 충전 상태 SOC2에 도달한 때까지의 경과 시간을 산출한다. 제어부(130)는, 검출된 제1 시각 t1과 제2 시각 t2 간의 차이 즉, 제2 시각 t2에서 제1 시각 t1을 차감하여, 경과 시간을 산출할 수 있다. 즉, 경과 시간은, 다음의 수학식 1로 표현될 수 있다.
수학식 1: 경과 시간 = t2 - t1 = ΔTelap
배터리(20)가 퇴화될수록 배터리(20)의 만충전 용량은 줄어드므로, 제1 충전 상태로부터 제2 충전 상태까지 기준 전류 Iref로 배터리(20)를 충전하는 데에 소요되는 시간인 ΔTelap 역시 감소할 것이다. 즉, ΔTelap는 배터리(20)의 현재 만충전 용량이 초기의 만충전 용량으로부터 얼마나 줄어들었는지에 대한 정보를 포함하고 있다.
단계 S260에서, 제어부(130)는, 경과 시간 ΔTelap이 미리 정해진 임계 시간 이상인지 여부를 판정한다. 검출된 제1 시각 t1 또는 제2 시각 t2에는 오차가 포함될 수 있기 때문에, 충분히 크지 않은 경과 시간 ΔTelap을 기초로 산출되는 배터리(20)의 만충전 용량의 정확도가 낮아질 수 있다. 따라서, 경과 시간 ΔTelap이 임계 시간 미만인 경우에는, 경과 시간 ΔTelap을 증가시키기 위하여 후술할 단계 S270과 같은 조치가 필요하다. 단계 S260의 결과가 "YES"인 경우, 단계 S280이 진행된다. 단계 S260의 결과가 "NO"인 경우, 단계 S270이 진행된다.
단계 S270에서, 제어부(130)는, 제2 충전 상태를 증가시킨다. 제어부(130)는, 경과 시간 ΔTelap에 대한 임계 시간의 비율에 기초하여, 제2 충전 상태의 증가량을 산출할 수 있다. 즉, 제2 충전 상태의 증가량은, 경과 시간 ΔTelap이 임계 시간 간의 차이에 대응할 수 있다. 이때, 제어부(130)는, 다음의 수학식 2를 이용하여, 증가된 제2 충전 상태를 산출할 수 있다.
수학식 2:
Figure pat00003
수학식 2에서, SOC2 _old는 이전의 제2 충전 상태, ΔTth는 상기 임계 시간, SOC2_new는 증가된 제2 충전 상태이다. 만약, 단계 S270이 처음 실행된 경우, SOC2 _old로는 미리 주어진 초기값이 이용될 수 있다. 단계 S270은 예컨대, ΔTelap < ΔTth 인 경우에 진행되므로, ΔTth/ΔTelap > 1이다. 수학식 2에 따르면, SOC2 _old는 70%, ΔTth는 370초, ΔTelap는 350초인 경우, SOC2 _new는 SOC2 _old보다 큰 74%가 된다.
단계 S280에서, 제어부(130)는, 경과 시간 ΔTelap 및 기준 시간을 기초로, 배터리(20)의 만충전 용량을 산출한다. 도 5를 참조하면, 메모리부(110)에는, 다수의 SOC 변화량과 다수의 기준 시간 간의 일대일 대응 관계가 정의된 룩업 테이블(500)이 미리 저장되어 있을 수 있다. 룩업 테이블(500)의 각 기준 시간은, 배터리(20)가 퇴화되지 않았은 상태에서 기준 전류 Iref로 배터리(20)의 충전 상태를 제1 충전 상태로부터 SOC 변화량만큼 증가시키는 데에 필요한 시간일 수 있으며, 사전 실험을 통해 경험적으로 미리 정해질 수 있다.
제어부(130)는, 다음의 수학식 3을 이용하여, SOC 변화량을 산출할 수 있다.
수학식 3: ΔSOC = SOC2-SOC1
수학식 3에서, SOC1은 제1 충전 상태, SOC2는 제2 충전 상태, ΔSOC는 SOC 변화량이다. 단계 S270에가 진행된 경우, 수학식 3의 SOC2는 수학식 2의 SOC2 _new와 동일할 수 있다. 단계 S270에가 진행되지 않은 경우, 수학식 3의 SOC2는 수학식 2의 SOC2_old와 동일할 수 있다.
그 다음, 제어부(130)는, 산출된 SOC 변화량 ΔSOC에 대응하는 어느 하나의 기준 시간을 룩업 테이블(500)로부터 독출할 수 있다. 예컨대, 도 5를 참조하면, 산출된 SOC 변화량 ΔSOC이 44%인 경우, 440초가 만충전 용량의 업데이트에 활용될 기준 시간으로서 룩업 테이블(500)로부터 독출될 수 있다.
배터리(20)의 만충전 용량과 초기 만충전 용량 간의 차이는, 기준 시간에 대한 경과 시간 ΔTelap의 비율에 대응할 수 있다. 제어부(130)는, 다음의 수학식 4를 이용하여, 배터리(20)의 만충전 용량을 업데이트할 수 있다.
수학식 4:
Figure pat00004
수학식 4에서, FCCinitial은 배터리(20)의 초기 만충전 용량, ΔTref은 ΔSOC에 대응하는 기준 시간, FCCnew은 업데이트된 만충전 용량이다. 초기 만충전 용량 FCCinitial은, 배터리(20)가 퇴화되지 않은 수명 초기(BOL: beginning of life)에서 배터리(20)에 최대로 저장 가능한 전하량을 나타낸다. 초기 만충전 용량 FCCinitial을 나타내는 데이터는, 메모리부(110)에 미리 저장되어 있을 수 있다.
단계 S290에서, 제어부(130)는, 정전류 충전 모드를 중단한다. 이에 따라, 시각 tE부터는 배터리(20)에 대한 기준 전류 Iref의 공급이 차단되거나, 기준 전류 Iref와는 상이한 전류가 배터리(20)를 통해 흐르게 될 수 있다. 이와 함께 또는 별개로, 제어부(130)는 업데이트된 만충전 용량 FCCnew을 나타내는 데이터를 메모리부(110)에 저장하거나, 통신부(140)를 통해 외부 디바이스(1)에게 전송할 수 있다.
단계 S200에 의해 정전류 충전 모드가 개시된 때부터 단계 S290에 의해 정전류 충전 모드가 중단되는 때까지 기간 동안, 제어부(130)는, 센싱부(120)에 의해 주기적으로 측정되는 배터리의 단자 전압 및 전류에 기초하여, 배터리(20)의 충전 상태를 주기적으로 산출한다. 정전류 충전 모드가 실행되는 중에는, 센싱부(120)에 의해 측정되는 전류는 기준 전류와 동일하거나 무시할 수 있을 정도의 매우 작은 차이만을 가지게 될 것이다. 전술한 바와 같이, 배터리의 충전 상태는, 칼만 필터 등과 같은 다양한 공지의 알고리즘을 활용하여 산출될 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.
10: 배터리팩
20: 배터리
30: 스위칭부
100: 배터리 관리 시스템
110: 메모리
120: 센싱부
130: 제어부
140: 통신부

Claims (10)

  1. 배터리를 기준 전류로 충전하기 위한 정전류 충전 모드를 실행하는 단계;
    상기 정전류 충전 모드에서, 상기 배터리의 단자 전압 및 전류를 기초로, 주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 산출하는 단계;
    상기 배터리의 충전 상태가 제1 충전 상태에 도달한 때로부터 제2 충전 상태에 도달한 때까지의 경과 시간을 산출하는 단계; 및
    상기 경과 시간 및 기준 시간을 기초로, 상기 배터리의 만충전 용량을 산출하는 단계;
    를 포함하는, 배터리의 만충전 용량 산출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 산출하는 단계는,
    주기적으로 측정되는 상기 배터리의 단자 전압 및 전류에 기초하는, 배터리의 만충전 용량 산출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 경과 시간을 산출하는 단계는,
    상기 배터리의 충전 상태가 상기 제1 충전 상태에 도달한 제1 시각을 검출하는 단계;
    상기 배터리의 충전 상태가 상기 제2 충전 상태에 도달한 제2 시각을 검출하는 단계; 및
    상기 제1 시각과 상기 제2 시각 간의 차이로부터, 상기 경과 시간을 산출하는 단계;
    를 포함하는, 배터리의 만충전 용량 산출 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 만충전 용량을 산출하는 단계는,
    다음의 수학식:
    Figure pat00005

    을 이용하되, FCCinitial은 초기 만충전 용량, ΔTelap은 상기 경과 시간, ΔTref은 상기 기준 시간, FCCnew은 상기 만충전 용량인, 배터리의 만충전 용량 산출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 경과 시간이 미리 정해진 임계 시간 미만인 경우, 상기 제2 충전 상태를 증가시키는 단계;
    를 더 포함하는, 배터리의 만충전 용량 산출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 충전 상태를 증가시키는 단계는,
    상기 경과 시간에 대한 상기 임계 시간의 비율에 기초하여, 상기 제2 충전 상태의 증가량을 산출하는, 배터리의 만충전 용량 산출 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 만충전 용량을 나타내는 데이터를 메모리부에 저장하는 단계;
    를 더 포함하는, 배터리의 만충전 용량 산출 방법.
  8. 배터리의 단자 전압 및 전류를 측정하도록 구성된 센싱부; 및
    상기 센싱부에 동작 가능하게 결합된 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 배터리를 기준 전류로 충전하기 위한 정전류 충전 모드를 실행하고,
    상기 정전류 충전 모드에서, 상기 센싱부에 의해 측정된 단자 전압 및 전류를 기초로, 주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 산출하고,
    상기 배터리의 충전 상태가 제1 충전 상태가 된 때로부터 제2 충전 상태가 된 때까지의 경과 시간을 산출하며,
    상기 경과 시간 및 기준 시간을 기초로, 상기 배터리의 만충전 용량을 산출하는, 배터리 관리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    다음의 수학식:
    Figure pat00006

    을 이용하여, 상기 배터리의 만충전 용량을 산출하되, FCCinitial은 초기 만충전 용량, ΔTelap은 상기 경과 시간, ΔTref은 상기 기준 시간, FCCnew은 상기 만충전 용량인, 배터리 관리 시스템.
  10. 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 시스템;
    을 포함하는, 배터리팩.
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