KR20220126920A - 휴지기에 따른 과전압 변화를 이용하는 배터리 열화도 추정 장치 및 방법 - Google Patents

휴지기에 따른 과전압 변화를 이용하는 배터리 열화도 추정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

배터리의 단자 전압을 측정하고, 배터리의 개방 회로 전압을 추정하며, 배터리의 전류를 측정하여, 단자 전압의 변화량과 개방회로 전압의 변화량의 차이를 산출하고, 변화량의 차이가 사전에 설정되는 임계 범위를 만족하는 경우, 배터리의 상태를 정상 상태로 판단하여 배터리의 열화도를 추정하는, 배터리 열화도 추정 장치를 제공한다.

Description

휴지기에 따른 과전압 변화를 이용하는 배터리 열화도 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING BATTERY DETERIORATION USING OVERVOLTAGE CHANGE ACCORDING TO REST PERIOD}
본 발명은 배터리 열화도 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 휴지기에 따른 과전압 변화를 이용하여 배터리의 열화도를 추정하는 배터리 열화도 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
전기화학 반응을 일으키는 배터리는 사용 시간이 증가할 수록 그 내부에서 발생하는 비가역 반응에 의하여 열화가 진행된다. 배터리의 열화는 출력 성능 감소, 용량 감소 등의 형태로 나타나며 이로 인해 배터리를 적용한 차량의 가속성능이 저하되거나 차량의 운행 가능 거리가 감소되는 등의 문제가 발생하게 된다.
따라서, 배터리의 열화도를 정확히 추정할 수 있다면, 차량의 운행 성능 및 운행 가능 거리를 정확하게 예측할 수 있으며 배터리의 상태에 따른 진단 기능을 적용하거나 배터리의 교체 주기에 대한 정보 제공이 가능하게 되므로 운전자의 차량 사용 편의성을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 차량 외에도, 배터리가 이용되는 각종 전자기기가 열화가 진행된 배터리에 의해 오작동하는 것을 방지할 수도 있다.
종래의 배터리의 열화도를 추정하는 기법은 주로 정전류 조건, 즉 충전 또는 방전 등과 같이 배터리 전류가 일정한 경우에 국한하여 열화도를 추정할 수 있었다. 이러한 경우에, 충전 또는 방전이 수행되지 않는 휴지기에 의한 배터리의 열화도 추정은 불가능한 한계가 존재한다.
이에 따라, 휴지기에 의한 배터리 열화도를 추정할 수 있는 방안이 요구되는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 휴지기에 의한 열화 영향을 고려하여 배터리의 열화도를 추정하는 배터리 열화도 추정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면은, 배터리의 단자 전압을 측정하는 단자 전압 측정부; 상기 배터리의 개방 회로 전압을 추정하는 개방 회로 전압 추정부; 상기 배터리의 전류를 측정하는 전류 측정부; 및 상기 전류의 크기에 기초하여, 상기 단자 전압의 변화량과 상기 개방회로 전압의 변화량의 차이를 산출하고, 상기 변화량의 차이가 사전에 설정되는 임계 범위를 만족하는 경우, 상기 배터리의 상태를 정상 상태로 판단하여 상기 배터리의 열화도를 추정하는 열화도 추정부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열화도 추정부는, 상기 전류의 크기가 사전에 설정되는 임계 전류 이상이고, 상기 배터리의 상태가 정상 상태인 경우, 사전에 마련되는 열화밀도함수에 기초하여 상기 전류의 변화량에 따른 열화도를 추정할 수 있다.
또한, 상기 열화도 추정부는, 상기 변화량의 차이가 사전에 설정되는 임계 범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리의 상태를 과도 상태로 판단하여 상기 배터리의 열화도를 추정할 수 있다.
또한, 상기 열화도 추정부는, 상기 전류의 크기가 사전에 설정되는 임계 전류 이상이고, 상기 배터리의 상태가 과도 상태인 경우, 상기 전류가 상기 임계 전류 이상으로 측정되는 시점으로부터, 상기 배터리의 상태가 상기 정상 상태로 전환되는 시점까지의 시간 간격을 과도 시기로 설정하고, 상기 과도 시기에서의 상기 단자 전압과 상기 개방 회로 전압에 기초하여 상기 열화도를 추정할 수 있다.
또한, 상기 열화도 추정부는, 상기 과도 상태에서의 상기 단자 전압과 상기 개방 회로 전압의 차이인 과도 상태 커브 전압을 산출하고, 상기 정상 상태에서의 상기 단자 전압과 상기 개방 회로 전압의 차이인 정상 상태 커브 전압을 산출할 수 있다.
또한, 상기 열화도 추정부는, 상기 과도 시기로부터 나타나는 복수개의 시점에서, 상기 과도 상태 커브 전압과 정상 상태 커브 전압의 차이인 과전압을 산출하고, 상기 과도 시기 동안 산출된 복수개의 과전압을 합산하여 상기 열화도를 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 일측면은, 휴지기에 따른 과전압 변화를 이용하는 배터리 열화도 추정 장치에서의 배터리 열화도 추정 방법에 있어서, 단자 전압 측정부가 배터리의 단자 전압을 측정하는 단계; 개방 회로 전압 추정부가 상기 배터리의 개방 회로 전압을 추정하는 단계; 전류 측정부가 상기 배터리의 전류를 측정하는 단계; 및 열화도 추정부가 상기 전류의 크기에 기초하여, 상기 단자 전압의 변화량과 상기 개방회로 전압의 변화량의 차이를 산출하고, 상기 변화량의 차이가 사전에 설정되는 임계 범위를 만족하는 경우, 상기 배터리의 상태를 정상 상태로 판단하여 상기 배터리의 열화도를 추정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 휴지기에 따른 과전압 변화를 이용하는 배터리 열화도 추정 장치 및 방법을 제공함으로써, 휴지기에 의한 열화 영향을 고려하여 배터리의 열화도를 추정할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화도 추정 장치를 포함하는 배터리 열화도 추정 시스템의 개략도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화도 추정 장치의 제어블록도이다.
도3은 도2의 열화도 추정부에서 배터리의 상태를 판단하는 과정을 나타낸 블록도이다.
도4는 도2의 열화도 추정부에서 정상 상태인 배터리의 열화도를 추정하는 과정을 나타낸 블록도이다.
도5는 도2의 열화도 추정부에서 과도 상태인 배터리의 열화도를 추정하는 과정을 나타낸 블록도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화도 추정 방법의 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화도 추정 장치를 포함하는 배터리 열화도 추정 시스템의 개략도이다.
배터리 열화도 추정 시스템(1)은 배터리 열화도 추정 장치(200)가 배터리(100)로부터 단자 전압, 개방 회로 전압 및 전류를 측정하도록 마련될 수 있으며, 이에 따라, 배터리 열화도 추정 장치(200)는 배터리(100)의 단자 전압, 개방 회로 전압 및 전류를 이용하여 배터리(100)의 열화도를 추정할 수 있다.
여기에서, 배터리(100)의 열화도는 배터리(100)의 성능이 감소한 정도를 나타낼 수 있으며, 이와 같은, 열화도는 최대 충전 상태에서의 배터리(100) 용량의 감소량 등으로 나타날 수 있다.
한편, 배터리(100)는 양극, 음극 및 전해질이 마련되는 리튬 이온 배터리(Lithium-ion Battery)일 수 있으며, 이에 따라, 배터리(100)는 방전 동작을 수행하는 동안 배터리(100) 내부의 리튬 이온이 음극으로부터 양극으로 이동하도록 마련될 수 있다.
예를 들어, 배터리(100)는 리튬인산철(LFP: LiFePO4) 등의 리튬 이온 배터리가 이용될 수 있으며, 또한, 배터리(100)는 과전압 특성이 비교적 낮아 안정적인 전압이 공급되는 배터리(100)가 이용될 수 있다.
이때, 배터리(100)는 충전 동작을 수행하는 동안 배터리(100) 내부의 리튬 이온이 양극으로부터 음극으로 이동하도록 마련될 수 있으며, 이에 따라, 배터리(100)는 충전 및 재사용이 가능하도록 마련될 수 있다.
이때, 배터리 열화도 추정 장치(200)는 배터리(100) 양단의 전위차를 나타내는 단자 전압을 측정할 수 있으며, 이를 위해, 배터리 열화도 추정 장치(200)는 전압계 등의 공지된 배터리 전압 측정 기법을 이용하여 배터리(100)의 단자 전압을 측정할 수 있다.
또한, 배터리 열화도 추정 장치(200)는 배터리(100)의 일측에 흐르는 전류를 측정할 수 있으며, 이를 위해, 배터리 열화도 추정 장치(200)는 전류계 등의 공지된 배터리 전류 측정 기법을 이용하여 배터리(100)의 전류를 측정할 수 있다.
또한, 배터리 열화도 추정 장치(200)는 배터리(100)의 단자 전압, 온도 등의 배터리(100)의 속성에 따라 배터리(100)의 개방 회로 전압을 추정할 수 있으며, 이를 위해, 배터리 열화도 추정 장치(200)는 배터리(100)의 속성에 따른 개방 회로 전압을 나타내도록 마련되는 데이터베이스가 마련될 수 있다.
이에 따라, 배터리 열화도 추정 장치(200)는 배터리(100)의 속성에 매칭되는 개방 회로 전압을 추정할 수 있다.
이때, 배터리 열화도 추정 장치(200)는 단자 전압의 충전 또는 방전 패턴, 배터리(100)의 단자 전압과 온도의 관계 등에 따라 개방 회로 전압을 추정하는 공지된 기법들을 이용할 수도 있다.
이에 따라, 배터리 열화도 추정 장치(200)는 배터리(100)의 단자 전압, 개방 회로 전압 및 전류를 이용하여 배터리(100)의 열화도를 추정할 수 있다.
한편, 배터리 열화도 추정 장치(200)는 배터리(100)의 충전 상태를 더 측정할 수 있으며, 이러한 경우에, 배터리 열화도 추정 장치(200)는 배터리(100)의 충전 상태, 단자 전압, 개방 회로 전압 및 전류를 이용하여 배터리(100)의 열화도를 추정할 수 있다.
이와 관련하여, 아래의 수학식 1은 배터리(100)를 70 퍼센트의 제 1 충전 상태에서 방전하여 50 퍼센트의 제 3 충전 상태에 도달시키고, 배터리(100)의 충전 상태가 제 3 충전 상태에 도달하는 직후에 배터리(100)를, 제 3 충전 상태에서 충전하여 제 1 충전 상태에 도달시키는 실험에 따른 제 1 열화도를 산출하는 수식으로 이해할 수 있다.
Figure pat00001
여기에서, deltaCD_1은 제 1 열화도이고, R^CD_n(t)는 n의 충전 상태에서, 배터리(100)의 방전 직전에 수행된 t 시간 간격의 휴지기에 의한 열화 영향을 나타내며, R^DC_n(t)는 n의 충전 상태에서, 배터리(100)의 충전 직전에 수행된 t 시간 간격의 휴지기에 의한 열화 영향을 나타낸다.
또한, WDF^D_n은 n의 충전 상태까지의 배터리(100)의 방전에 의한 열화 밀도 함수를 나타내고, WDF^C_n은 n의 충전 상태로부터의 배터리(100)의 충전에 의한 열화 밀도 함수를 나타낸다.
또한, i_t1은 제 1 충전 상태에서 방전을 수행하는 시점이고, i_t2는 제 2 충전 상태(60 퍼센트)에서 방전을 수행하는 시점이며, i_t3는 방전을 통해 배터리(100)가 제 3 충전 상태에 도달하여 충전을 수행하는 시점이고, i_t4는 제 2 충전 상태에서 충전을 수행하는 시점이며, i_t5는 충전을 통해 배터리(100)가 제 1 충전 상태에 도달하는 시점이다.
또한, 아래의 수학식 2는 배터리(100)를 70 퍼센트의 제 1 충전 상태에서 방전하여 60 퍼센트의 제 2 충전 상태에 도달시키고, 제 2 충전 상태에서 배터리(100)의 과전압이 안정 상태에 도달하는 시간 간격 동안의 휴지를 수행하고, 일정 시간 간격의 휴지기 이후에 배터리를 제 2 충전 상태에서 방전하여 제 3 충전 상태에 도달시키고, 배터리(100)의 충전 상태가 제 3 충전 상태에 도달하는 직후에 배터리(100)를, 제 3 충전 상태에서 충전하여 제 1 충전 상태에 도달시키는 실험에 따른 제 2 열화도를 산출하는 수식으로 이해할 수 있다.
Figure pat00002
여기에서, deltaCD_2는 제 2 열화도이고, R^DD_0.6(t)는 방전에 따라 도달한 제 2 충전 상태에서 t 시간 간격 동안의 휴지기에 의한 열화 영향을 나타낸다.
수학식 2에 기재된 다른 기호는 수학식 1과 같은 것으로 이해할 수 있다.
또한, 아래의 수학식 3은 배터리(100)를 70 퍼센트의 제 1 충전 상태에서 방전하여 60 퍼센트의 제 2 충전 상태에 도달시키고, 제 2 충전 상태에서 배터리(100)의 임의의 t 시간 간격 동안의 휴지를 수행하고, 일정 시간 간격의 휴지기 이후에 배터리를 제 2 충전 상태에서 방전하여 제 3 충전 상태에 도달시키고, 배터리(100)의 충전 상태가 제 3 충전 상태에 도달하는 직후에 배터리(100)를, 제 3 충전 상태에서 충전하여 제 1 충전 상태에 도달시키는 실험에 따른 제 3 열화도를 산출하는 수식으로 이해할 수 있다.
Figure pat00003
여기에서, deltaCD_3는 제 3 열화도이다.
수학식 3에 기재된 다른 기호는 수학식 1 및 수학식 2와 같은 것으로 이해할 수 있다.
이에 따라, 제 2 열화도로부터 제 1 열화도를 감산하는 경우에, 배터리(100)의 방전 중에 충분한 휴지를 가졌을 때 나타나는 열화도를 나타낼 수 있으며, 아래의 수학식 4와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00004
여기에서, CD_2는 제 2 열화도이고, CD_1은 제 1 열화도이며, cycle은 배터리(100)의 충전 및 방전을 수행한 횟수인 것으로 이해할 수 있다.
수학식 4에 기재된 다른 기호는 수학식 1 내지 수학식 3과 같은 것으로 이해할 수 있다.
또한, 제 3 열화도로부터 제 1 열화도를 감산하는 경우에, 배터리(100)의 방전 중에 t 시간 간격 동안의 휴지를 가졌을 때 나타나는 열화도를 나타낼 수 있으며, 아래의 수학식 5와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00005
여기에서, CD_3은 제 3 열화도이며, 수학식 5에 기재된 다른 기호는 수학식 1 내지 수학식 4와 같은 것으로 이해할 수 있다.
또한, 제 2 열화도로부터 제 3 열화도를 감산하는 경우에, 배터리(100)의 방전 중에 가진 휴지기의 시간 간격에 따른 열화도를 나타낼 수 있으며, 아래의 수학식 6과 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00006
여기에서, 수학식 6에 기재된 기호는 수학식 1 내지 수학식 5와 같은 것으로 이해할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화도 추정 장치에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화도 추정 장치의 제어블록도이다.
배터리 열화도 추정 장치(200)는 단자 전압 측정부(210), 개방 회로 전압 추정부(220), 전류 측정부(230), 열화도 추정부(240), 출력부(250) 및 저장부(260)를 포함할 수 있다.
또한, 배터리 열화도 추정 장치(200)는 도 2에 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 구현될 수 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해 구현될 수 있다. 또는, 배터리 열화도 추정 장치(200)는 배터리 열화도 추정 장치(200)에 마련되는 적어도 두 개의 구성요소가 하나의 구성요소로 통합되어 하나의 구성요소가 복합적인 기능을 수행할 수도 있다. 이하, 상술한 구성요소들에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
단자 전압 측정부(210)는 배터리(100)의 단자 전압을 측정할 수 있다.
개방 회로 전압 추정부(220)는 배터리(100)의 개방 회로 전압을 추정할 수 있다.
전류 측정부(230)는 배터리(100)의 전류를 측정할 수 있다.
저장부(260)는 배터리(100)로부터 측정되는 단자 전압, 개방 회로 전압 및 전류를 저장할 수 있다.
이때, 저장부(260)는 배터리(100)로부터 단자 전압, 개방 회로 전압 및 전류가 측정되는 시점을 더 저장할 수 있다.
열화도 추정부(240)는 전류의 크기에 기초하여, 단자 전압의 변화량과 개방회로 전압의 변화량의 차이를 산출할 수 있고, 열화도 추정부(240)는 변화량의 차이가 사전에 설정되는 임계 범위를 만족하는 경우에, 배터리(100)의 상태를 정상 상태로 판단하여 배터리(100)의 열화도를 추정할 수 있다.
아래의 수학식 7 및 수학식 8은 열화도를 산출할 수 있는 수식으로 이해할 수 있다.
Figure pat00007
Figure pat00008
이와 관련하여, 열화도 추정부(240)는 저장부(260)에 저장된 임의의 두 시점에서의 단자 전압의 차이와 두 시점의 시간 간격에 따라 단자 전압의 변화량을 산출할 수 있고, 열화도 추정부(240)는 저장부(260)에 저장된 임의의 두 시점에서의 개방 회로 전압의 차이와 두 시점의 시간 간격에 따라 개방 회로 전압의 변화량을 산출할 수 있다.
이에 따라, 열화도 추정부(240)는 동일한 두 시점에 따른 단자 전압의 변화량과 개방 회로 전압의 변화량의 차이를 산출할 수 있다.
이를 통해, 열화도 추정부(240)는 산출된 변화량의 차이가 사전에 설정되는 임계 범위를 만족하는 경우에, 배터리(100)의 상태를 정상 상태로 판단할 수 있다.
여기에서, 임계 범위는 단자 전압의 변화량과 개방 회로 전압의 변화량이 동일한 것을 나타내도록 설정될 수 있으며, 이를 위해, 임계 범위는 단자 전압의 변화량과 개방 회로 전압의 변화량의 차이가 0에 가깝게 나타나는 값을 포함하도록 설정될 수 있다.
이때, 임계 범위는 단자 전압의 변화량과 개방 회로 전압의 변화량이 동일한 경우에 발생 가능한 오차 범위를 포함하도록 설정될 수 있다.
열화도 추정부(240)는 전류의 크기가 사전에 설정되는 임계 전류 이상이고, 배터리(100)의 상태가 정상 상태인 경우, 사전에 마련되는 열화밀도함수(WDF: Wear Density function)에 기초하여 전류의 변화량에 따른 열화도를 추정할 수 있다.
여기에서, 열화밀도함수는 배터리(100)에 흐르는 전류의 양에 따라 배터리(100)의 열화도를 추정할 수 있도록 공지된 기법을 이용할 수 있으며, 이와 관련하여, 열화밀도함수는 배터리(100)에 흐르는 전류의 양에 따라 배터리(100)의 열화도를 추정할 수 있도록 마련되는 데이터베이스의 일종으로 이해할 수 있다.
이때, 열화밀도함수는 임의의 충전 상태에서의 배터리(100)에 흐르는 전류의 양에 따른 용량 감소(CD: Capacity Degradation)를 나타내도록 마련될 수 있다.
이와 같은, 열화밀도함수는 저장부(260)에 저장될 수 있으며, 이에 따라, 열화도 추정부(240)는 전류의 크기가 사전에 설정되는 임계 전류 이상이고, 배터리(100)의 상태가 정상 상태인 경우, 임의의 시간 간격 동안의 전류를 누산하여, 저장부(260)에 저장된 열화밀도함수에 따라 열화도를 추정할 수 있다.
이와 관련하여, 열화도 추정부(240)는 아래의 수학식9에 따라 정상 상태에서의 열화도를 추정할 수 있다.
Figure pat00009
여기에서, strate는 배터리(100)의 충전 또는 방전을 나타내고, SOC는 배터리(100)의 충전 상태를 나타내며, i_n은 누적되는 전류의 크기를 의미할 수 있다.
한편, 열화도 추정부(240)는 단자 전압의 변화량과 개방회로 전압의 변화량의 차이가 사전에 설정되는 임계 범위를 벗어나는 경우, 배터리(100)의 상태를 과도 상태로 판단하여 배터리의 열화도를 추정할 수 있다.
이를 위해, 열화도 추정부(240)는 전류의 크기가 사전에 설정되는 임계 전류 이상이고, 배터리(100)의 상태가 과도 상태인 경우, 전류가 임계 전류 이상으로 측정되는 시점으로부터, 배터리(100)의 상태가 정상 상태로 전환되는 시점까지의 시간 간격을 과도 시기로 설정할 수 있고, 열화도 추정부(240)는 과도 시기에서의 단자 전압과 개방 회로 전압에 기초하여 열화도를 추정할 수 있다.
이와 관련하여, 열화도 추정부(240)는 과도 상태에서의 단자 전압과 개방 회로 전압의 차이인 과도 상태 커브 전압을 산출할 수 있고, 열화도 추정부(240)는 정상 상태에서의 단자 전압과 개방 회로 전압의 차이인 정상 상태 커브 전압을 산출할 수 있다.
다시 말해서, 과도 상태 커브 전압은 과도 상태에서의 단자 전압과 개방 회로 전압의 차이를 의미할 수 있으며, 정상 상태 커브 전압은 정상 상태에서의 단자 전압과 개방 회로 전압의 차이를 의미할 수 있다.
이에 따라, 열화도 추정부(240)는 과도 시기로부터 나타나는 복수개의 시점에서, 과도 상태 커브 전압과 정상 상태 커브 전압의 차이인 과전압을 산출할 수 있고, 열화도 추정부(240)는 과도 시기 동안 산출된 복수개의 과전압을 합산하여 열화도를 산출할 수 있다.
여기에서, 과도 시기에 따른 복수개의 시점에서 산출된 복수개의 과전압을 합산하는 것은 정상 상태 커브 전압을 기준으로, 과도 상태 커브 전압을 적분하는 것으로 이해할 수 있다.
다시 말해서, 열화도는 과도 시기 동안에서의 과도 상태 커브 전압과 정상 상태 커브 전압의 차이에 따른 면적으로 나타날 수 있다.
이와 관련하여, 열화도 추정부(240)는 아래의 수학식10에 따라 정상 상태 커브 전압을 기준으로, 과도 상태 커브 전압을 적분할 수 있다.
Figure pat00010
여기에서, A_opd는 과도 시기 동안의 열화의 영향을 나타낼 수 있으며, V_ssop는 정상 상태 커브 전압을 나타내고, V_op는 과도 상태 커브 전압을 나타내며, t_n은 임의의 시점을 나타낼 수 있다.
이에 따라, 열화도 추정부(240)는 아래의 수학식11에 따라 과도 상태에서의 열화도를 추정할 수 있다.
Figure pat00011
여기에서, f(x)는 일반화된 f 평균(Generalised f-mean)을 의미할 수 있으며, 이때, 일반화된 f 평균은 x로부터 나타나는 값의 유형에 따라 서로 다른 방식으로 x의 평균을 산출하는 공지된 기법으로 이해할 수 있다.
이에 따라, 출력부(250)는 추정된 열화도를 출력할 수 있으며, 이때, 출력부(250)는 별도의 디스플레이 기기를 통해 열화도를 문자, 그림 등의 형상으로 출력하거나, 또는, 출력부(250)는 유선 또는 무선 네트워크를 통해 단말 기기 등에 열화도를 전달할 수도 있다.
도3은 도2의 열화도 추정부에서 배터리의 상태를 판단하는 과정을 나타낸 블록도이다.
도3을 참조하면, 단자 전압 측정부(210)는 배터리(100)의 단자 전압을 측정할 수 있으며, 개방 회로 전압 추정부(220)는 배터리(100)의 개방 회로 전압을 추정할 수 있다.
이에 따라, 저장부(260)는 배터리(100)로부터 측정되는 단자 전압 및 개방 회로 전압를 저장할 수 있다.
이를 통해, 열화도 추정부(240)는 전류의 크기에 기초하여, 단자 전압의 변화량과 개방회로 전압의 변화량의 차이를 산출할 수 있고, 열화도 추정부(240)는 변화량에 차이에 따라 배터리(100)의 상태를 판단할 수 있다.
이때, 열화도 추정부(240)는 산출된 변화량의 차이가 사전에 설정되는 임계 범위를 만족하는 경우에, 배터리(100)의 상태를 정상 상태로 판단할 수 있으며, 열화도 추정부(240)는 변화량의 차이가 사전에 설정되는 임계 범위를 벗어나는 경우, 배터리(100)의 상태를 과도 상태로 판단할 수 있다.
도4는 도2의 열화도 추정부에서 정상 상태인 배터리의 열화도를 추정하는 과정을 나타낸 블록도이다.
도4를 참조하면, 전류 측정부(230)는 배터리(100)의 전류를 측정할 수 있다.
이에 따라, 열화도 추정부(240)는 전류의 크기가 사전에 설정되는 임계 전류 이상이고, 배터리(100)의 상태가 정상 상태인 경우, 사전에 마련되는 열화밀도함수에 기초하여 전류의 변화량에 따른 열화도를 추정할 수 있다.
이와 같은, 열화밀도함수는 저장부(260)에 저장될 수 있으며, 이에 따라, 열화도 추정부(240)는 전류의 크기가 사전에 설정되는 임계 전류 이상이고, 배터리(100)의 상태가 정상 상태인 경우, 임의의 시간 간격 동안의 전류를 누산하여, 저장부(260)에 저장된 열화밀도함수에 따라 열화도를 추정할 수 있다.
도5는 도2의 열화도 추정부에서 과도 상태인 배터리의 열화도를 추정하는 과정을 나타낸 블록도이다.
도5를 참조하면, 열화도 추정부(240)는 단자 전압의 변화량과 개방회로 전압의 변화량의 차이가 사전에 설정되는 임계 범위를 벗어나는 경우, 배터리(100)의 상태를 과도 상태로 판단하여 배터리의 열화도를 추정할 수 있다.
이를 위해, 열화도 추정부(240)는 전류의 크기가 사전에 설정되는 임계 전류 이상이고, 배터리(100)의 상태가 과도 상태인 경우, 전류가 임계 전류 이상으로 측정되는 시점으로부터, 배터리(100)의 상태가 정상 상태로 전환되는 시점까지의 시간 간격을 과도 시기로 설정할 수 있고, 열화도 추정부(240)는 과도 시기에서의 단자 전압과 개방 회로 전압에 기초하여 열화도를 추정할 수 있다.
이와 관련하여, 열화도 추정부(240)는 과도 상태에서의 단자 전압과 개방 회로 전압의 차이인 과도 상태 커브 전압을 산출할 수 있고, 열화도 추정부(240)는 정상 상태에서의 단자 전압과 개방 회로 전압의 차이인 정상 상태 커브 전압을 산출할 수 있다.
이에 따라, 열화도 추정부(240)는 과도 시기로부터 나타나는 복수개의 시점에서, 과도 상태 커브 전압과 정상 상태 커브 전압의 차이인 과전압을 산출할 수 있고, 열화도 추정부(240)는 과도 시기 동안 산출된 복수개의 과전압을 합산하여 열화도를 산출할 수 있다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화도 추정 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화도 추정 방법은 도 1에 도시된 배터리 열화도 추정 장치(200)와 실질적으로 동일한 구성 상에서 진행되므로, 도 1의 배터리 열화도 추정 장치(200)와 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
배터리 열화도 추정 방법은 배터리의 단자 전압을 측정하는 단계(600), 배터리의 개방 회로 전압을 추정하는 단계(610), 배터리의 전류를 측정하는 단계(620) 및 배터리의 열화도를 추정하는 단계(630)를 포함할 수 있다.
배터리의 단자 전압을 측정하는 단계(600)는 단자 전압 측정부(210)가 배터리(100)의 단자 전압을 측정하는 단계일 수 있다.
배터리의 개방 회로 전압을 추정하는 단계(610)는 개방 회로 전압 추정부(220)가 배터리(100)의 개방 회로 전압을 추정하는 단계일 수 있다.
배터리의 전류를 측정하는 단계(620)는 전류 측정부(230)가 배터리(100)의 전류를 측정하는 단계일 수 있다.
배터리의 열화도를 추정하는 단계(630)는 열화도 추정부(240)가 전류의 크기에 기초하여, 단자 전압의 변화량과 개방회로 전압의 변화량의 차이를 산출하고, 변화량의 차이가 사전에 설정되는 임계 범위를 만족하는 경우, 배터리(100)의 상태를 정상 상태로 판단하여 배터리(100)의 열화도를 추정하는 단계일 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 배터리 열화도 추정 시스템
100: 배터리
200: 배터리 열화도 추정 장치

Claims (7)

  1. 배터리의 단자 전압을 측정하는 단자 전압 측정부;
    상기 배터리의 개방 회로 전압을 추정하는 개방 회로 전압 추정부;
    상기 배터리의 전류를 측정하는 전류 측정부; 및
    상기 전류의 크기에 기초하여, 상기 단자 전압의 변화량과 상기 개방회로 전압의 변화량의 차이를 산출하고, 상기 변화량의 차이가 사전에 설정되는 임계 범위를 만족하는 경우, 상기 배터리의 상태를 정상 상태로 판단하여 상기 배터리의 열화도를 추정하는 열화도 추정부;를 포함하는, 배터리 열화도 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열화도 추정부는,
    상기 전류의 크기가 사전에 설정되는 임계 전류 이상이고, 상기 배터리의 상태가 정상 상태인 경우, 사전에 마련되는 열화밀도함수에 기초하여 상기 전류의 변화량에 따른 열화도를 추정하는, 배터리 열화도 추정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열화도 추정부는,
    상기 변화량의 차이가 사전에 설정되는 임계 범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리의 상태를 과도 상태로 판단하여 상기 배터리의 열화도를 추정하는, 배터리 열화도 추정 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 열화도 추정부는,
    상기 전류의 크기가 사전에 설정되는 임계 전류 이상이고, 상기 배터리의 상태가 과도 상태인 경우, 상기 전류가 상기 임계 전류 이상으로 측정되는 시점으로부터, 상기 배터리의 상태가 상기 정상 상태로 전환되는 시점까지의 시간 간격을 과도 시기로 설정하고, 상기 과도 시기에서의 상기 단자 전압과 상기 개방 회로 전압에 기초하여 상기 열화도를 추정하는, 배터리 열화도 추정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 열화도 추정부는,
    상기 과도 상태에서의 상기 단자 전압과 상기 개방 회로 전압의 차이인 과도 상태 커브 전압을 산출하고, 상기 정상 상태에서의 상기 단자 전압과 상기 개방 회로 전압의 차이인 정상 상태 커브 전압을 산출하는, 배터리 열화도 추정 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 열화도 추정부는,
    상기 과도 시기로부터 나타나는 복수개의 시점에서, 상기 과도 상태 커브 전압과 정상 상태 커브 전압의 차이인 과전압을 산출하고, 상기 과도 시기 동안 산출된 복수개의 과전압을 합산하여 상기 열화도를 산출하는, 배터리 열화도 추정 장치.
  7. 휴지기에 따른 과전압 변화를 이용하는 배터리 열화도 추정 장치에서의 배터리 열화도 추정 방법에 있어서,
    단자 전압 측정부가 배터리의 단자 전압을 측정하는 단계;
    개방 회로 전압 추정부가 상기 배터리의 개방 회로 전압을 추정하는 단계;
    전류 측정부가 상기 배터리의 전류를 측정하는 단계; 및
    열화도 추정부가 상기 전류의 크기에 기초하여, 상기 단자 전압의 변화량과 상기 개방회로 전압의 변화량의 차이를 산출하고, 상기 변화량의 차이가 사전에 설정되는 임계 범위를 만족하는 경우, 상기 배터리의 상태를 정상 상태로 판단하여 상기 배터리의 열화도를 추정하는 단계;를 포함하는, 배터리 열화도 추정 방법.

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