WO2018139764A2 - 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 관리 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2018139764A2
WO2018139764A2 PCT/KR2017/015053 KR2017015053W WO2018139764A2 WO 2018139764 A2 WO2018139764 A2 WO 2018139764A2 KR 2017015053 W KR2017015053 W KR 2017015053W WO 2018139764 A2 WO2018139764 A2 WO 2018139764A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
value
discharge
current
battery
charge
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/015053
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2018139764A3 (ko
Inventor
차선영
조원태
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to JP2018556930A priority Critical patent/JP6682658B2/ja
Priority to CN201780030043.6A priority patent/CN109155446B/zh
Priority to US16/093,793 priority patent/US11125825B2/en
Priority to PL17894348.6T priority patent/PL3444888T3/pl
Priority to EP17894348.6A priority patent/EP3444888B1/en
Publication of WO2018139764A2 publication Critical patent/WO2018139764A2/ko
Publication of WO2018139764A3 publication Critical patent/WO2018139764A3/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4285—Testing apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/443—Methods for charging or discharging in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/448—End of discharge regulating measures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4278—Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

  • the present invention relates to an apparatus and method for managing a battery, and more particularly, to an apparatus and a method capable of protecting a battery based on the charge and discharge characteristics of the battery.
  • Batteries can be repeatedly charged and discharged and used as power sources in a variety of applications.
  • lithium-ion batteries are used in devices that can be carried in human hands, such as mobile phones, laptop computers, digital cameras, video cameras, tablet computers, power tools, etc., as well as electric bicycles, electric motorcycles, and electric vehicles. It is used in various electric drive power devices such as automobiles, hybrid cars, electric boats, electric airplanes, and the like.
  • the battery is connected to the load device through a power conversion device such as an inverter.
  • load device is meant any device that uses the power stored in the above-mentioned battery.
  • the load device includes a control system.
  • the control system receives an output parameter for the battery from a device that manages charging and discharging of the battery through communication (hereinafter referred to as a battery management device).
  • the output parameter is an index indicating the discharge performance or the charging performance of the battery and is updated according to the state of charge and temperature of the battery.
  • the output parameter may include information about the maximum charge / discharge current value that can flow through the battery when the battery is discharged or charged, or the allowable power calculated therefrom.
  • the control system controls the charging and discharging of the battery within a range of output parameters provided from the battery management device. That is, the control system controls the power conversion device to control the output of the battery below the allowable output value or to control the magnitude of the charge or discharge current below the maximum charge / discharge current value.
  • the voltage of the battery changes rapidly when it approaches a predetermined discharge lower limit voltage (or charge upper limit voltage).
  • the discharge lower limit voltage may be predetermined in order to prevent overcharge, respectively, in order to prevent overcharge.
  • FIG. 1 is a graph showing a change in voltage during discharge at a constant current of 360A when the state of charge of a lithium battery having a full charge capacity of 360Ah is 20%. Since the discharge is performed in a short time of several seconds to several tens of seconds using a relatively large current of 360 A constant current, the capacity of the battery can be treated to be kept constant before and after discharge.
  • the voltage decreases suddenly as the voltage of the battery reaches a specific voltage value V s higher than the discharge lower limit voltage V min .
  • sudden changes in voltage can also occur in battery charging situations. That is, as the voltage of the battery approaches the charge upper limit voltage, the rate of increase of the voltage suddenly increases.
  • One of the main causes of the sudden change in the voltage of the battery is a sudden change in the internal resistance according to the state of charge of the battery.
  • the battery management apparatus needs to appropriately adjust the magnitude of the discharge current or the charge current of the battery when a sudden change in the voltage between both ends of the battery is monitored. That is, the battery management apparatus must solve the problem that the voltage of the battery becomes lower than the lower discharge limit voltage or becomes higher than the upper charge upper limit voltage only when the output parameter allowed for the battery can be appropriately attenuated.
  • the present invention was made in the background of the prior art as described above, in order to protect the battery from over discharge or over charge, the current attenuation ratio for determining the upper limit of the charge and discharge current allowed for the battery according to the state of charge and temperature of the battery It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method capable of calculating the same.
  • a battery management apparatus stores a plurality of discharge curve models including a first discharge curve model associated with a first state of charge value, wherein the first discharge curve model is A memory unit defining a voltage change with time of a battery having the first charge state value under a first discharge condition; And a control unit communicatively connected to the memory unit and configured to call the first discharge curve model stored in the memory unit.
  • the control unit may be configured to perform a control operation from the first discharge curve model to a second time point when the first discharge curve model meets a discharge set voltage value determined higher than the discharge lower limit voltage value of the battery.
  • a first time change amount is calculated, and based on the discharge lower limit voltage value, the discharge set voltage value, and the first time change amount, a first attenuation current value with respect to a first temperature value is calculated, and the first charge state value Calculating a first current attenuation ratio indicating a relative magnitude of the first attenuation current value with respect to a first maximum discharge current value mapped to the first current attenuation ratio, and converting the first current attenuation ratio into the first charge state value and the first temperature value; Is stored in the memory unit in association with the.
  • the control unit may further calculate the first attenuation current value based on the first maximum discharge current value, the first factor, and the second factor.
  • the first factor is a first internal resistance value of the battery mapped to the first temperature value
  • the second factor is a first maximum resistance change rate of the battery mapped to the first temperature value.
  • the controller may calculate the first attenuation current value using Equation 1 below.
  • I D_max is the first maximum discharge current value
  • V min is the discharge lower limit voltage
  • V D_set is the discharge set voltage
  • R 0 is the first internal resistance value
  • ⁇ t D is ( DR / dt)
  • D_max is the first maximum resistance change rate
  • I D_ derate is the first decay current value.
  • the controller may calculate a second attenuation current value with respect to a second temperature value based on the discharge lower limit voltage value, the discharge set voltage value, the first time variation amount, the third factor, and the fourth factor. have.
  • the third factor is a second internal resistance value of the battery mapped to the second temperature value
  • the fourth factor is a second maximum resistance change rate of the battery mapped to the second temperature value.
  • the controller may be further configured to calculate a second current attenuation ratio indicating a relative magnitude of the second attenuation current value with respect to the first maximum discharge current value, and convert the second current attenuation ratio into the first charge state value and the
  • the memory may be stored in association with a second temperature value.
  • the memory unit may further store a second charge state value different from the first charge state value and a second discharge curve model associated with the second charge state value.
  • the second discharge curve model defines a voltage change over time of a battery having the second state of charge value under a second discharge condition.
  • the controller may be further configured to calculate a second time change amount from the second discharge curve model to a fourth time point at which the second discharge curve model meets the discharge set voltage value and to a fourth time point to meet the discharge lower limit voltage value. And based on the discharge lower limit voltage value, the discharge set voltage value, and the second time variation amount, a third attenuation current value for a third temperature value is calculated, and a second maximum discharge mapped to the second charge state value. Calculating a third current attenuation ratio indicating a relative magnitude of the third attenuation current value with respect to a current value, and associating the third current attenuation ratio with the second state of charge value and the third temperature value; Can be stored.
  • the controller may calculate the third attenuation current value based on the second maximum discharge current value, the fifth factor, and the sixth factor.
  • the fifth factor is a third internal resistance value of the battery mapped to the third temperature value
  • the sixth factor is a third maximum resistance change rate of the battery mapped to the third temperature value.
  • the controller calculates a fourth attenuation current value with respect to a fourth temperature value based on the discharge lower limit voltage value, the discharge set voltage value, the second time variation amount, the seventh factor, and the eighth factor.
  • the seventh factor is a fourth internal resistance value of the battery mapped to the fourth temperature value
  • the eighth factor is a fourth maximum resistance change rate of the battery corresponding to the fourth temperature value.
  • the controller may be further configured to calculate a fourth current attenuation ratio indicating a relative magnitude of the fourth attenuation current value with respect to the second maximum discharge current value, and convert the fourth current attenuation ratio into the second charge state value and the
  • the memory may be stored in association with a fourth temperature value.
  • the controller may set a larger one of the second current decay rate and the third current decay rate as a representative decay rate with respect to the third temperature value when the second temperature value and the third temperature value are the same. Can be.
  • the battery management device the voltage measuring unit for measuring the discharge voltage of the battery; A current measuring unit measuring current of the battery; And a temperature measuring unit measuring a temperature of the battery.
  • the control unit estimates the current state of charge of the battery based on the voltage value, current value and temperature value measured by the voltage measuring unit, the current measuring unit and the temperature measuring unit, the voltage of the battery
  • a representative attenuation ratio mapped to the current state of charge value and a temperature value is obtained from the memory unit, and the upper limit value of the discharge current of the battery is determined using the obtained representative attenuation ratio.
  • the memory unit may further store a plurality of predetermined safety reference values.
  • the control unit sequentially assigns the plurality of safety reference values to the discharge set voltage value according to a predetermined rule, and sets the first current decay rate in a state where each safety reference value is set to the discharge set voltage value. Can be calculated.
  • a battery management apparatus stores a plurality of charging curve models including a first charging curve model associated with a first charging state value, wherein the first charging curve model is configured to generate the first charging curve model under the first charging condition.
  • a memory unit defining a voltage change with time of a battery having a state of charge 1;
  • a control unit communicatively connected to the memory unit, the control unit configured to call the first charging curve model stored in the memory unit.
  • the controller may include a first charge curve model from a first time point at which the first charge curve model meets a charge set voltage value determined to be lower than a charge upper limit voltage value of the battery to a second time point at which it meets the charge upper limit voltage value. The first time change amount is calculated.
  • the controller calculates a first attenuation current value with respect to a first temperature value based on the charge upper limit voltage value, the charge set voltage value, and the first time change amount.
  • the controller calculates a first current attenuation ratio indicating a relative magnitude of the first attenuation current value with respect to a first maximum charging current value mapped to the first charging state value.
  • the controller stores the first current decay rate in association with the first state of charge value and the first temperature value and stores the first current decay rate in the memory unit.
  • a battery management method comprising: calling a first discharge curve model associated with a first state of charge value among a plurality of previously stored discharge curve models, wherein the first discharge curve model is configured to include a first discharge curve model; Defining a voltage change over time of a battery having the first state of charge under a discharge condition; A first time change amount from the first discharge curve model to a second time point at which the first discharge curve model meets a discharge set voltage value determined higher than the discharge lower limit voltage value of the battery; Calculating; Calculating a first decay current value with respect to a first temperature value based on the discharge lower limit voltage value, the discharge set voltage value, the first time variation amount, a first factor, and a second factor, wherein the first factor Is a first internal resistance value of the battery mapped to the first temperature value, and the second factor is a first maximum resistance change rate of the battery mapped to the first temperature value; Calculating a first current attenuation ratio indicating a relative magnitude of the first
  • the current decay rate according to the state of charge and temperature value that the battery can have in advance You can do it.
  • the battery under charge and discharge when the voltage of the battery under charge and discharge reaches a predetermined set voltage, charging and discharging based on a predetermined current attenuation ratio corresponding to the current charging state and temperature of the battery.
  • the upper limit of the current can be determined. Accordingly, the charge / discharge current of the battery within the voltage sudden change period (eg, the shaded period in FIG. 1) may be limited below the upper limit. Accordingly, the battery can be effectively protected from at least one of over discharge and over charge.
  • the upper limit of the discharge current may be differently determined for each safety reference value.
  • FIG. 1 is a discharge curve model showing a change in voltage when a discharge is performed at a constant current of 360 A when a state of charge of a lithium battery having a capacity of 36 Ah is 20%.
  • FIG. 2 is a block diagram of an output parameter adjustment system of a battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a graph of the discharge curve models of five lithium batteries with different full charge capacities equal to 36 Ah and charge states of 15%, 20%, 30%, 40% and 50%.
  • FIG. 4 is a view for explaining a parameter of the equation used when determining the attenuation current value in an embodiment of the present invention.
  • 5 to 8 are views for explaining the operation of the battery management apparatus according to an embodiment of the present invention to calculate the attenuation current value and the current decay ratio for each temperature from each discharge curve model.
  • 9 to 12 are flowcharts illustrating a battery management method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the battery refers to a lithium battery.
  • the lithium battery is a generic term for a battery in which lithium ions act as operating ions during charging and discharging to induce an electrochemical reaction in the positive electrode and the negative electrode.
  • the present invention can be applied to other batteries other than lithium batteries. Therefore, even if the operating ions are not lithium ions, any battery to which the technical idea of the present invention can be applied should be construed as being included in the scope of the present invention regardless of its type.
  • a battery is not limited by the number of elements which comprise it.
  • a battery may include an assembly of anodes / membranes / cathodes and a unit cell containing an electrolyte, an assembly of unit cells connected in series and / or in parallel, a plurality of assemblies connected in series and / or in parallel, a plurality of It is to be understood that the modules also include packs connected in series and / or in parallel, battery systems in which multiple packs are connected in series and / or in parallel.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an apparatus 100 in accordance with one embodiment of the present invention.
  • the apparatus 100 basically includes a memory unit 150 and a controller 140, and optionally a voltage measuring unit 110 and a current measuring unit 120.
  • the apparatus may further include at least one of a temperature measuring unit 130 and an information output unit.
  • the device 100 may attenuate the current of the battery 10 after a point in time when the voltage of the battery 10 during charging and discharging becomes equal to a predetermined set voltage. For example, the device 100 attenuates the charging current of the battery 10 when the voltage of the battery 10 being charged reaches the charge setting voltage, and the voltage of the battery 10 being discharged is equal to the discharge setting voltage. If so, the discharge current of the battery 10 can be attenuated.
  • the charge set voltage may be predetermined to have a level higher than the discharge set voltage.
  • the battery 10 is electrically connected to the load device 200 through the high potential terminal PACK + and the low potential terminal PACK ⁇ .
  • the load device 200 refers to a device that operates with power output from the battery 10.
  • the load device 200 includes a control system 210, a power converter 220, and a load 230.
  • the load device 200 may optionally further include a charger 240.
  • the charger 240 may provide a charging current capable of charging the battery 10 to the battery 10 through the power converter 220.
  • the charger 240 may generate a charging current by itself, or may generate a charging current by receiving power from a commercial power source.
  • the load 230 may be a motor included in an electric vehicle or a hybrid vehicle, and the power converter 220 may be an inverter capable of bidirectional power conversion.
  • the control system 210 is a computing system that controls the overall operation of the load device 200.
  • the control system 210 controls the discharge of the battery 10 by using an output parameter of the battery 10 provided by the controller 140. That is, the control system 210 controls the discharge of the battery 10 by controlling the power converter 220 under a discharge condition corresponding to the output parameter.
  • the power converter 220 transfers the discharge output of the battery 10 to the load 230 side. At this time, the power converter 220 may adjust the power conversion degree so that the battery 10 can be discharged within the range of the output parameter under the control of the control system 210.
  • the power converter 220 may transfer the charging output supplied from the charger 240 to the battery 10 side. At this time, the power converter 220 may adjust the power conversion degree so that the battery 10 can be charged within a range of output parameters under the control of the control system 210.
  • the memory unit 150 is not particularly limited as long as it is a storage medium capable of recording and erasing information.
  • the memory unit 150 may be a RAM, a ROM, a register, a hard disk, an optical recording medium, or a magnetic recording medium.
  • the memory unit 150 may also be electrically connected to the controller 140 via, for example, a data bus so as to be accessible by the controller 140.
  • the memory unit 150 is also communicatively connected to the control unit 140 to store and / or update a program including various control logics performed by the control unit 140 and / or data generated when the control logic is executed. And / or erase and / or transmit.
  • the memory unit 150 may be logically divided into two or more and is not limited to being included in the controller 140.
  • the voltage measuring unit 110 is electrically coupled with the control unit 140 to transmit and receive electrical signals.
  • the voltage measuring unit 110 measures the voltage applied between the positive electrode and the negative electrode of the battery 10 at a time interval under the control of the controller 140, and outputs a signal indicating the magnitude of the measured voltage to the controller 140. do.
  • the controller 140 determines the voltage of the battery 10 from the signal output from the voltage measuring unit 110, and stores the value of the determined voltage in the memory unit 150.
  • the voltage measuring unit 110 may be configured as a voltage measuring circuit generally used in the art.
  • the current measuring unit 120 is electrically coupled with the control unit 140 to transmit and receive electrical signals.
  • the current measuring unit 120 repeatedly measures the magnitude of the current flowing through the battery 10 at a time interval under the control of the controller 140, and outputs a signal indicating the magnitude of the measured current to the controller 140.
  • the controller 140 determines the magnitude of the current from the signal output from the current measuring unit 120 and stores the determined current value in the memory unit 150.
  • the current measuring unit 120 may be configured of a hall sensor or a sense resistor generally used in the art.
  • the temperature measuring unit 130 is electrically coupled with the control unit 140 to transmit and receive an electrical signal.
  • the temperature measuring unit 130 repeatedly measures the temperature of the battery 10 at time intervals and outputs a signal indicating the magnitude of the measured temperature to the controller 140.
  • the controller 140 determines the temperature of the battery 10 from the signal output from the temperature measuring unit 130 and stores the determined temperature value in the memory unit 150.
  • the temperature measuring unit 130 may be formed of a thermocouple commonly used in the art.
  • the apparatus 100 may further include a communication interface 160.
  • the communication interface 160 is a component necessary for the controller 140 to communicate with the control system 210 included in the load device 200.
  • Any communication interface 160 may be used as long as it is a known communication interface that supports two different systems to communicate with each other.
  • the communication interface may support wired or wireless communication.
  • the communication interface may support CAN or Daisy Chain communication.
  • the controller 140 may include at least one of the voltage of the battery 10 measured by the voltage measuring unit 110 and the current of the battery 10 measured by the current measuring unit 120 and the temperature measuring unit 130.
  • the state of charge of the battery 10 may be determined by selectively utilizing the measured temperature of the battery 10.
  • the charging state of the battery 10 may be determined by integrating a current value periodically measured through the current measuring unit 120. This method is known under the name of ampere counting method, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • the charging state of the battery 10 may be determined based on a voltage value periodically measured by the voltage measuring unit 110, and may be determined by referring to an OCV-SOC table previously stored in a memory.
  • the state of charge can be determined using an adaptive algorithm such as an extended Kalman filter based on circuit modeling of the battery 10.
  • the state of charge may be determined by other known methods capable of estimating the state of charge by selectively utilizing the voltage, temperature, and current of the battery 10 in addition to the above-described amp counting method or the extended Kalman filter.
  • the controller 140 monitors the voltage level of the battery 10 measured by the voltage measuring unit 110 while the battery 10 is being discharged. The controller 140 may determine whether the battery 10 is being charged or discharged according to the direction of the current measured by the current measuring unit 120.
  • the controller 140 determines an output parameter of the battery differently according to the voltage level of the battery 10. Specifically, the controller 140 may determine the output parameter in the normal mode when the voltage of the battery 10 being discharged belongs to the voltage flat period. On the contrary, when the voltage of the battery 10 enters the voltage dropping period or the voltage ramping period out of the voltage flat period, the output parameter may be determined in the attenuation mode. In this case, the voltage flat period and the voltage drop period may be divided based on a predetermined discharge set voltage. In addition, the voltage flat period and the voltage surge period may be divided based on a predetermined charge setting voltage to be higher than the discharge setting voltage.
  • the voltage drop period corresponds to a voltage range below the discharge set voltage
  • the voltage increase period corresponds to a voltage range above the charge set voltage
  • the voltage flat period is larger than the discharge set voltage and smaller than the charge set voltage.
  • a plurality of discharge curve models may be obtained by performing a constant current discharge test while maintaining the same temperature for each predetermined state of charge of the battery 10.
  • Figure 3 is a graph of the discharge curve models of five lithium batteries with different full charge capacities equal to 36 Ah and charge states of 15%, 20%, 30%, 40% and 50%. From left to right, the state of charge corresponding to each discharge curve model is larger.
  • the magnitude of the discharge current applied in each constant current discharge test is a maximum discharge current value corresponding to the state of charge and temperature of the battery 10.
  • the maximum discharge current value corresponding to a specific state of charge and temperature is a discharge that causes the voltage of the battery 10 to reach the discharge lower limit voltage (V min ) when the battery 10 is pulsed by the HPPC (Hybrid Pulse Power Characterization) method.
  • the current value is a discharge that causes the voltage of the battery 10 to reach the discharge lower limit voltage (V min ) when the battery 10 is pulsed by the HPPC (Hybrid Pulse Power Characterization) method.
  • HPPC Hybrid Pulse Power Characterization
  • the maximum discharge current value determined by the HPPC method is larger than the discharge upper limit current value set for safety of the battery 10
  • the maximum discharge current value may be replaced by the discharge upper limit current value
  • the discharge upper limit current value was set to 360A.
  • the maximum discharge current value applied when obtaining each discharge curve model is shown on the right side of a graph. That is, the maximum discharge current values corresponding to 15%, 20%, 30%, 40%, and 50% of the charged states are the same as 360A. At 20%, 30%, 40% and 50% state of charge, the maximum discharge current value was replaced by the discharge upper limit current value because the maximum discharge current value determined by the HPPC method exceeded 360 A (ampere) set as the discharge upper limit current value. Because On the other hand, when the SOC of the battery 10 is 15%, since the maximum discharge current value 359A determined by the HPPC method is smaller than 360A, which is the upper discharge upper limit current value, 359A determined by the HPPC method is applied as it is.
  • the horizontal line A represents the level of the predetermined discharge set voltage V D_set
  • the horizontal line B represents the level of the discharge lower limit voltage V min .
  • the discharge set voltage V D_set may be equal to any one of predetermined safety reference values. For example, when the discharge lower limit voltage V min is 1.5V, three safety reference values corresponding to 2.6V, 2.3V, and 2.0V may be predetermined.
  • the controller 140 may calculate the decay current value and the current decay rate according to the state of charge and temperature in a state in which predetermined safety reference values are sequentially set to the discharge set voltage V D_set .
  • the maximum discharge current value is fixed, the smaller the attenuation current value, the larger the current attenuation ratio. That is, the attenuation current value and the current attenuation ratio may have an inverse relationship.
  • the controller 140 attenuates the output parameter of the battery 10, in particular, the discharge current, based on the calculated current decay rate, so that the voltage of the battery 10 reaches the discharge lower limit voltage V min . You can increase your time enough.
  • controller 140 detects a first time point at which each discharge curve model intersects the horizontal line A and a second time point crossing the horizontal line B, respectively, and the elapsed time from the detected first time point to the second time point, that is, time The rate of change can be calculated.
  • the controller 140 determines the output parameter in the normal mode when the current voltage of the battery 10 measured by the voltage measurer 110 is greater than the preset discharge set voltage V D_set .
  • the normal mode may mean a mode in which no limit is imposed on the discharge current of the battery 10. That is, while the controller 140 does not operate in the attenuation mode, the controller 140 may always operate in the normal mode.
  • the output parameter determined during the discharging process includes at least one of the maximum discharge current value and the current decay rate of the battery 10 or a parameter related thereto.
  • the controller 140 may determine the maximum discharge current value for each charging state by using the first current map stored in the memory unit 150 in advance.
  • the first current map may be a data structure having a form of a lookup table that defines a maximum discharge current value associated with each of the plurality of state of charge values.
  • the allowable power value P D can be determined by the following equation.
  • V min is a predetermined discharge lower limit voltage of the battery 10.
  • I D_max corresponds to the maximum discharge current value applicable to the battery 10 being discharged in a specific state of charge.
  • the controller 140 when the voltage of the battery 10 measured by the voltage measuring unit 110 falls below the discharge set voltage V D_set (that is, belonging to the voltage drop period) from the normal mode to the attenuation mode Switch to determine the output parameters in attenuation mode.
  • the controller 140 may perform an operation of determining a current attenuation ratio corresponding to at least one predetermined charging state value and at least one temperature value before performing an operation of determining an output parameter.
  • a plurality of discharge curve models may be stored in the memory unit 150 in advance. Each discharge curve model pre-stored in the memory unit 150 may be one-to-one associated with each of the plurality of charge state values.
  • the first discharge curve model defines a change in voltage over time of the battery 10 having the first charge state value under the first discharge condition
  • the second discharge curve model is the second charge state under the second discharge condition. It may be to define a voltage change over time of the battery 10 having a value.
  • the first discharge condition discharges the battery 10 to a discharge maximum lower limit voltage or less with a first maximum discharge current value corresponding to the first charge state value at a specified temperature (eg, 25 degrees).
  • the second discharge condition may be to discharge the battery 10 to a discharge lower limit voltage or less at a second maximum discharge current value corresponding to the second charge state value at the same temperature as the first discharge condition.
  • the parameter determined while the controller 140 operates in the decay mode includes at least one of a decay current value and a decay target power value of the battery 10.
  • the controller 140 may simultaneously call one or two or more discharge curve models stored in the memory unit 150 in advance.
  • the discharge curve model currently called by the controller 140 from the memory 140 will be referred to as a "target curve model”.
  • the controller 140 detects a time point when the target curve model meets the discharge set voltage value and a time point when the target curve model meets the discharge lower limit voltage value, respectively. From this, the controller 140 may calculate a time change amount representing the time between the two detected time points. That is, the amount of time change is the value which subtracted the small one from the big one among two viewpoints.
  • the controller 140 may calculate the attenuation current value for at least one temperature value within a given target temperature range based on at least the discharge set voltage value, the discharge lower limit voltage value, and the amount of time change.
  • the attenuation current value is a current value for sufficiently extending the time remaining until the voltage of the battery 10 reaches the discharge lower limit voltage in the voltage drop period.
  • the target temperature range may be predetermined in correspondence with the target curve model. For example, when the target temperature range is 0 to 20 degrees, the controller 140 may calculate the attenuation current value for 10 degrees within the target temperature range.
  • the controller 140 uses the predetermined mathematical algorithm to determine the discharge set voltage value,
  • the attenuation current value can be obtained from the discharge lower limit voltage value and the time variation amount.
  • the time change amount and the attenuation current value may have a proportional relationship.
  • the controller 140 may further calculate the attenuation current value for the target curve model for each temperature based on the maximum discharge current value and two or more different factors.
  • the maximum discharge current value may correspond to the target curve model.
  • the maximum discharge current value is 359A
  • the maximum discharge current value is 360A.
  • one of the two or more different factors may be an internal resistance value of the battery, and the other may be a maximum resistance change rate of the battery.
  • the controller 140 may determine the attenuation current value I D_ derate for the target curve model using Equation 2 below.
  • I D_max is the maximum discharge current value
  • V min is the discharge lower limit voltage
  • V D_set is the discharge set voltage
  • R 0 is the internal resistance value
  • ⁇ t D is the amount of time change
  • (dR / dt) D_max is the maximum resistance change rate
  • I D_ derate is the attenuation current value.
  • R 0 and (dR / dt) D_max are two factors in which different values may be assigned by the controller 140 according to the temperature of the battery 10.
  • the controller 140 selects values to be assigned to R 0 and (dR / dt) D_max of Equation 2 from Tables 1 and 2 below. You can decide.
  • the internal resistance value mapped to a relatively high temperature value may be smaller than the internal resistance value mapped to a relatively low temperature value.
  • the internal resistance value B associated with 10 degrees in Table 1 is greater than the internal resistance value D associated with 45 degrees.
  • the relation A> B> C> D is satisfied.
  • the relationship between the temperature and the internal resistance defined as shown in Table 1 may be pre-stored in the memory unit 150 in the form of a lookup table.
  • the maximum resistance change rate mapped to a relatively high temperature may be greater than the maximum resistance change rate associated with a relatively low temperature.
  • the maximum resistance change rate E mapped to 0 degrees in Table 2 is less than the maximum resistance change rate F associated with 10 degrees.
  • the relationship of E ⁇ F ⁇ G ⁇ H is satisfied.
  • the relationship between the temperature and the maximum resistance change rate defined as shown in Table 2 may be pre-stored in the memory unit 150 in the form of a lookup table as in Table 1.
  • FIG. 4 is a diagram for describing parameters related to Equation 2.
  • the discharge curve model illustrated in graph (a) of FIG. 4 is a discharge curve model corresponding to 20% of the state of charge among the plurality of discharge curve models shown in FIG. 3. It can be easily seen from the foregoing description with reference to FIG. 3 that 360A, the maximum discharge current value allowed when the state of charge of the battery 10 is 20%, is assigned to I D_max in Equation 2.
  • the graph (b) of FIG. 4 shows the resistance change rate with time when the battery 10 having a state of charge of 20% is discharged to 360A.
  • V I ⁇ R
  • dV / dt I D_max ⁇ dR / dt
  • dR / dt equals (dV / dt) / I D_max and Substantially the same.
  • dR / dt for each discharge curve model may be determined using the voltage change rate dV / dt.
  • R 0 is an internal resistance value of the battery 10, and is a parameter that may be previously determined for each temperature through experiments and defined as shown in Table 1 below.
  • V min , V D_set, and R 0 may be stored in the memory unit 150 in advance.
  • (dR / dt) D_ max is the maximum value of (dR / dt) appearing in the voltage drop period , as shown in the graph (b), and the rate of change of voltage or voltage at the time when the voltage of the battery 10 reaches V min . It corresponds to the absolute value of the rate of change divided by I D_max .
  • (dR / dt) D_max may be determined in advance by using discharge curve models measured for each state of charge and temperature of the battery 10, and data about (dR / dt) D_max defined for each state of charge and temperature is shown in Table 2 It may be stored in advance in the memory unit 150 as shown.
  • Equation 2 can be derived as follows.
  • the voltage of the battery 10 may be equivalently modeled by a circuit in which an open voltage component, an internal resistance R 0 , and an RC circuit connected in series with each other vary according to the state of charge and temperature of the battery 10.
  • the voltage V of the battery 10 may be represented by the sum of three voltage components as shown in Equation 3 below. That is, the three voltage component, a current in the resistance (R) of the IR 0 and the RC circuit, the voltage component applied to the opposite ends of the internal resistance R 0 when the open-circuit voltage component of OCV, the current I that is uniquely determined by the charge to flow It can be expressed as the sum of the voltage components I RC ⁇ R across the RC circuit when I RC flows.
  • V OCV + I ⁇ R 0 + I RC ⁇ R
  • Equation 5 By differentiating both sides of Equation 3 by the time t, Equation 5 can be obtained.
  • dV / dt dOCV / dt + (dI / dt) ⁇ R 0 + (dI RC / dt) ⁇ R + I RC ⁇ (dR / dt)
  • Equation 5 Assuming that the current I RC flowing through the state of charge of the battery 10 and the resistance of the RC circuit is constant for a period of time (e.g., several seconds to several tens of seconds), dOCV / dt and dI RC / dt become zero, so 4 may be approximated by Equation 5 below.
  • V min -V D_set (I 1 -I 0 ) ⁇ R 0 + I 1 ⁇ (dR / dt) D_max ⁇ (t 1 -t 0 )
  • Equation 7 Equation 7.
  • Equation 7 when I D_max is assigned to I 0 , I 1 becomes I D_ derate of Equation 2 as the attenuation current value.
  • the controller 140 may calculate a current attenuation ratio corresponding to the attenuation current value calculated using Equation 2.
  • the current attenuation rate may be stored in the memory unit 150.
  • the controller 140 may store only the current attenuation ratio in the memory unit 150 among the attenuation current values and the current attenuation ratios calculated through the above process. This is because the amount of data required for storing the current decay rate is smaller than the decay current value.
  • the information output unit is configured to output at least one of a visual signal and an audio signal for notifying the current decay rate calculated for each temperature from each discharge curve model by the controller 140.
  • the controller 140 may determine the attenuation of target power values P D_ derate from the attenuated current value calculated by using the equation (2).
  • P D_ derate can be obtained by using Equation 8 below.
  • the controller 140 may transmit an output parameter including at least one of a decay current value and a decay target power value to the control system 210 of the load device 200 through the communication interface 160.
  • the control system 210 controls the power converter 220 by using the output parameter transmitted from the controller 140 after the delay time has elapsed to attenuate the discharge current or output of the battery 10. That is, the control system 210 controls the power converter 220 by using the attenuation current value or the attenuation target output value included in the output parameter to determine the magnitude of the discharge current output from the battery 10 in advance. The following control may be performed or the output of the battery 10 may be controlled to be smaller than the attenuation target output value.
  • control system 210 may control the power converter 220 to attenuate the magnitude of the discharge current to less than or equal to the attenuation current value.
  • the controller 140 may optionally include a processor, an application-specific integrated circuit (ASIC), another chipset, a logic circuit, a register, a communication modem, a data processing device, or the like, which are known in the art, to execute the above-described various control logics. have.
  • the control logic when the control logic is implemented in software, the controller 140 may be implemented as a set of program modules.
  • the program module may be stored in a memory and executed by a processor.
  • the memory may be internal or external to the processor and may be coupled to the processor through various well known computer components.
  • the memory may be included in the memory unit 150 of the present invention.
  • the memory refers to a device that stores information regardless of the type of device, and does not refer to a specific memory device.
  • At least one of various control logics of the controller 140 may be combined, and the combined control logics may be written in a computer readable code system and recorded on a computer readable recording medium.
  • the recording medium is not particularly limited as long as it is accessible by a processor included in the computer.
  • the recording medium includes at least one selected from the group consisting of a ROM, a RAM, a register, a CD-ROM, a magnetic tape, a hard disk, a floppy disk, and an optical data recording device.
  • the code system may be distributed and stored and executed in a networked computer.
  • functional programs, code and code segments for implementing the combined control logics can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention pertains.
  • FIG. 5 to 8 are views for explaining the operation of the battery management apparatus according to an embodiment of the present invention to calculate the attenuation current value and the current decay ratio for each temperature from each discharge curve model.
  • FIG. 5 is a graph showing a relationship between the state of charge of the battery 10 and the maximum discharge current value defined by the first predetermined current map.
  • 6 is a graph showing a change in the current decay rate according to the state of charge of the battery 10 and the temperature value.
  • FIG. 7 is a graph showing a change in the maximum representative attenuation ratio for each temperature derived from the graph shown in FIG. 6.
  • 8 is a graph showing a change characteristic of a representative attenuation ratio according to the increase and decrease of the discharge set voltage.
  • the maximum discharge current value of the battery 10 may continuously increase as the state of charge increases and may remain constant after exceeding a specific point. Referring to FIG. 4, before the state of charge reaches 20%, the maximum discharge current value gradually rises toward a straight line toward 360A. Subsequently, after the state of charge reaches 20%, the maximum discharge current value is kept constant at 360A.
  • the current decay ratio calculated from the predetermined temperature value and the discharge curve model can be confirmed.
  • the graph of FIG. 6 includes 22 in total (3 at 45 degrees, 5 at 25 degrees, 5 at 10 degrees, 4 at 0 degrees, 1 at -10 degrees, and 4 at -20 degrees). The current attenuation ratio of is indicated.
  • a discharge curve model associated with a state of charge of 40% is referred to as a first model
  • a discharge curve model associated with a state of charge of 50% is referred to as a second model.
  • R 0 and (dR / dt) D_max in Equation 2 can be determined separately for the first model and the second model from Tables 1 and 2.
  • V min and V D_set of Equation 2 are values common to the first model and the second model
  • ⁇ t D is a value calculated separately from each of the first model and the second model
  • I D_max is the first current. It may be determined separately for the first model and the second model from the map (see FIG. 5).
  • the parameters that depend on the temperature value among the parameters of Equation 2 may be only R 0 and (dR / dt) D_max .
  • two different current attenuation ratios K1% and K2% are calculated at two different temperature values, 10 degrees and 25 degrees, for the first model. That is, the control unit 140 calculates the first internal resistance value B and the first maximum resistance change rate F mapped to the first temperature value 10 degrees with respect to the first model, using R 0 and (dR / dt) max in Equation 2 below. And a second internal resistance value C and a second maximum resistance change rate G mapped to 25 degrees, which is a second temperature value, are assigned to R 0 and (dR / dt) max in Equation 2, thereby providing a current attenuation ratio K1. % And K2% can be calculated, respectively.
  • two different current attenuation ratios K3% and K4% are calculated at two different temperature values, 0 degrees and 10 degrees, for the second model. That is, the controller 140 may determine the third internal resistance value A and the third maximum resistance change rate E, which are mapped to the third temperature value 0 degrees, with respect to the second model, R 0 and (dR / dt) D_max And the fourth internal resistance value B and the fourth maximum resistance change rate F mapped to 10 degrees, which are the fourth temperature values, are assigned to R 0 and (dR / dt) D_max of Equation 2, thereby providing a current attenuation ratio K3. % And K4% can be calculated, respectively.
  • the controller 140 may select any one of the current decay rates corresponding to the common temperature value. Can be set as the representative decay rate for a common temperature value.
  • the controller 140 sets a larger K1% as the representative attenuation ratio with respect to the common temperature value of 10 degrees among the current decay rate K1% of the first model and K4% that is the current decay rate of the second model. Can be.
  • the controller 140 may set the current attenuation ratio as a representative attenuation ratio for the corresponding temperature value.
  • the controller 140 may set the representative decay rate for all given temperature values by repeating the above-described process, and FIG. 7 shows a graph showing the representative decay rate for each temperature value. Referring to FIG. 7, it can be seen that the representative attenuation ratio correspondingly increases gradually from the minimum value to the maximum value among the plurality of predetermined temperature values.
  • 9 to 12 are flowcharts illustrating a battery management method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the first discharge curve model and the second discharge curve model associated with different charge state values are stored in advance in the memory unit 150, and the current attenuation ratios for the two temperature values are determined for each discharge curve model. Assume that it is calculated.
  • step 910 the controller 140 calls a first discharge curve model from the memory unit 150.
  • the first discharge curve model defines a change in voltage across the battery 10 with time having a first state of charge value under a first discharge condition.
  • the controller 140 calculates a first time variation amount from the first discharge curve model.
  • the first time variation amount represents a period from a first time point when the first discharge curve model meets the discharge set voltage value V D_set to a second time point where the discharge lower limit voltage value V min meets.
  • the controller 140 calculates a first attenuation current value with respect to the first temperature value based on the first discharge curve model.
  • the first attenuation current value may be calculated based on the discharge lower limit voltage value, the discharge set voltage value, the first time variation amount, the first factor, and the second factor.
  • the first factor is a first internal resistance value mapped to the first temperature value
  • the second factor is a first maximum resistance change rate mapped to the first temperature value.
  • the controller 140 calculates a first current attenuation ratio.
  • the first current decay ratio is a parameter indicating a relative magnitude of the first decay current value with respect to the first maximum discharge current value mapped to the first state of charge value.
  • the first maximum discharge current value is, for example, a parameter determined with reference to the first current map (see FIG. 5) that defines the graph shown in FIG. 3.
  • the controller 140 stores the first current decay rate in the memory unit 150.
  • the controller 140 may associate the first current decay rate with the first charge state value and the first temperature value.
  • the first attenuation current value may also be stored together.
  • the controller 140 calculates a second attenuation current value with respect to the second temperature value based on the first discharge curve model.
  • the second temperature value is different from the first temperature value.
  • the second attenuation current value may be calculated based on the discharge lower limit voltage value, the discharge set voltage value, the first time variation amount, the third factor, and the fourth factor.
  • the third factor is a second internal resistance value mapped to the second temperature value
  • the fourth factor is a second maximum resistance change rate mapped to the second temperature value.
  • the controller 140 calculates a second current attenuation ratio.
  • the second current decay ratio is a parameter indicating the relative magnitude of the second decay current value to the first maximum discharge current value.
  • the controller 140 stores the second current attenuation ratio in the memory unit 150.
  • the controller 140 may associate the second current decay rate with the first charge state value and the second temperature value.
  • the second attenuation current value may also be stored together.
  • step 1010 the controller 140 calls a second discharge curve model from the memory unit 150.
  • the second discharge curve model defines a change in voltage with time across the battery 10 having the second state of charge value under a second discharge condition.
  • the controller 140 calculates a second time variation amount from the second discharge curve model.
  • the second time change amount represents a period from a third time point when the second discharge curve model meets the discharge set voltage value V D_set to a fourth time point when it meets the discharge lower limit voltage value V min .
  • the controller 140 calculates a third attenuation current value with respect to the third temperature value based on the second discharge curve model.
  • the third attenuation current value may be calculated based on the discharge lower limit voltage value, the discharge set voltage value, the second time variation amount, the fifth factor, and the sixth factor.
  • the fifth factor is a third internal resistance value mapped to the third temperature value
  • the sixth factor is a third maximum resistance change rate mapped to the third temperature value.
  • the controller 140 calculates a third current attenuation ratio.
  • the third current decay rate is a parameter indicating the relative magnitude of the third decay current value with respect to the second maximum discharge current value mapped to the second state of charge value.
  • the second maximum discharge current value is, for example, a parameter determined with reference to the first current map that defines the graph shown in FIG. 3.
  • the controller 140 stores the third current attenuation ratio in the memory unit 150.
  • the controller 140 may associate the third current decay rate with the second charge state value and the third temperature value.
  • the third attenuation current value may also be stored together.
  • the controller 140 calculates a fourth attenuation current value with respect to the fourth temperature value based on the second discharge curve model.
  • the fourth temperature value is different from the third temperature value.
  • the fourth attenuation current value may be calculated based on the discharge lower limit voltage value, the discharge set voltage value, the second time variation amount, the seventh factor, and the eighth factor.
  • the seventh factor is a fourth internal resistance value mapped to the fourth temperature value
  • the eighth factor is a fourth maximum resistance change rate mapped to the fourth temperature value.
  • the controller 140 calculates a fourth current attenuation ratio.
  • the fourth current decay ratio is a parameter representing the relative magnitude of the fourth decay current value to the second maximum discharge current value.
  • the controller 140 stores the fourth current attenuation ratio in the memory unit 150.
  • the controller 140 may associate the fourth current decay rate with the second state of charge value and the fourth temperature value.
  • the fourth attenuation current value may also be stored together.
  • the temperature value to be used for each discharge curve model is stored in the memory unit 150 in advance.
  • the controller 150 may obtain a temperature value commonly used for two different discharge curve models. have.
  • the third current attenuation ratio is set as the representative attenuation ratio with respect to the second temperature value when the third current attenuation ratio is larger.
  • the controller 140 sets the first to fourth current attenuation ratios as representative representative attenuation ratios for each of the first to fourth temperature values. That is, the first current decay rate is represented as a representative decay rate with respect to the first temperature value, the second current decay rate is represented as a representative attenuation rate with respect to the second temperature value, and the third current decay rate is represented as a representative attenuation rate relative to the third temperature value. As a ratio, the fourth current damping ratio is set as the representative damping ratio with respect to the fourth temperature value.
  • the representative attenuation ratio for each temperature set through step 1120 or step 1130 may be stored in the memory unit 150.
  • FIG. 12 is a flowchart sequentially illustrating steps of a method of limiting the discharge current of the battery 10 based on a representative attenuation ratio for each temperature stored in the memory unit 150 through the above process.
  • the controller 140 estimates a current state of charge of the battery 10. For example, the controller 140 may measure the battery 10 based on the voltage value, the current value, and the temperature value of the battery 10 measured by the voltage measuring unit 110, the current measuring unit 120, and the temperature measuring unit 130. ) Can estimate the current state of charge.
  • step 1220 the controller 140 determines whether the current voltage of the battery 10 is equal to or less than the discharge set voltage value. If the determination of step 1220 is YES, the flow proceeds to step 1230.
  • the controller 140 obtains one representative attenuation ratio pre-mapped to the current charge state value and the temperature value of the battery 10 among the representative attenuation ratios previously stored in the memory unit 150. For example, referring to FIG. 6, when the current state of charge value and the temperature value are 20% and 10 degrees, respectively, K1% may be obtained from the memory unit 150.
  • the controller 140 may limit the discharge current to below the determined upper limit. For example, the controller 140 determines the duty ratio of the pulse width modulation signal based on the difference between the current discharge current and the upper limit value, and transmits a signal indicating the determined frequency to the control system 210 through the communication interface 160. Can be.
  • the control system 210 adjusts the turn-on and turn-off of the switching element connected between the battery 10 and the load 230 according to the duty ratio transmitted from the controller 140, so that the discharge current of the battery 10 is finally It is possible not to exceed the upper limit. If the upper limit value is determined by step 1240, the controller 140 may return to step 1210.
  • the operation of the device 100 that limits the discharge current of the battery 10, that is, the over-discharge protection operation has been described with reference to FIGS. 3 to 12, but the device 100 is charged with the charge current of the battery 10.
  • the operation for limiting that is, the overcharge protection operation can be performed.
  • the charging curve models can be obtained similar to the constant current discharge test for obtaining the discharge curve models described above with reference to FIG. 3. That is, a plurality of charging curve models may be obtained by performing a constant current charging test while maintaining the same temperature for each predetermined state of charge of the battery 10. At this time, the magnitude of the charging current used in each constant current charging experiment sets the maximum charging current value determined by the HPPC method.
  • Equation 2 which is used to determine the attenuation current value related to over-discharge protection, may be used to determine the attenuation current value related to the over-charge protection, as previously described.
  • I D_ derate , V min , V D_set , I D_max , (dR / dt) D_max , ⁇ t D may be substituted with I C_ derate , V max , V C_set , I C_max , (dR / dt) C_max , ⁇ t C , respectively.
  • I C_ derate is the decay current value related to overcharge protection
  • V max is the charge upper limit voltage
  • V C_set is the charge set voltage
  • I C_max is the maximum charge current value
  • (dR / dt) C_max is the voltage surge period V max ⁇ V C_set
  • the maximum value of (dR / dt) at ⁇ t C is the amount of time change from the point when the charging curve model meets the charge set voltage V C_set to the point where the charge upper limit voltage V max is met.
  • the charging curve models may also be stored in the memory unit 150 in advance.
  • the first charge curve model defines a change in voltage over time of the battery 10 having the first state of charge value under the first charging condition
  • the second charge curve model is the second under the second charging condition. It may be to define a voltage change over time of the battery 10 having a state of charge.
  • the first charging condition is configured to allow the battery 10 to be above a charge upper limit voltage with a first maximum charging current value corresponding to the first charging state value at a specified temperature (eg, 25 degrees).
  • the charging may be performed, and the second charging condition may be to charge the battery 10 to a charging upper limit voltage or higher at a second maximum charging current value corresponding to the second charging state value at the same temperature as the first charging condition.
  • the controller 140 may determine the maximum discharge current value for each charging state by using the second current map stored in the memory unit 150 in advance.
  • the second current map may be a data structure having a lookup table or the like that defines a maximum charging current value associated with each of the plurality of charging state values. If the state of charge of the battery 10 is constant, I C_max is also a constant value by the second current map. Therefore, the controller 140 may determine the charging curve model (dR / dt) C_max by using the voltage change rate dV / dt in the voltage increase period.
  • over-discharge protection operation and the overcharge protection operation are only distinguished according to whether the battery 10 is being charged or discharged
  • embodiments related to the over-discharge protection operation may be applied to executing the overcharge protection operation by varying only relevant parameters. Can be.
  • each component may be selectively integrated with other components or each component may be divided into subcomponents for efficient execution of control logic (s).
  • control logic control logic
  • the integrated or divided components should also be interpreted as being within the scope of the present invention, provided that the functional identity can be recognized even if the components are integrated or divided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)

Abstract

본 발명은 배터리 관리 장치와 방법을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는, 메모리부와 제어부를 포함한다. 상기 메모리부는, 제1 충전 상태값에 연관된 제1 방전 커브 모델을 포함하는 복수의 방전 커브 모델들을 저장한다. 이때, 상기 제1 방전 커브 모델은 제1 방전 조건 하에서 상기 제1 충전 상태값을 가지는 배터리의 시간에 따른 전압 변화를 정의하는 것이다. 상기 제어부는, 상기 메모리부와 통신 가능하게 연결되어, 상기 메모리부에 저장된 상기 제1 방전 커브 모델을 호출 가능하도록 구성된다.

Description

배터리 관리 장치 및 방법
본 출원은 2017년 01월 24일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2017-0011227호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리를 관리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리의 충방전 특성에 기초해 배터리를 보호할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
배터리는 반복적인 충전과 방전이 가능하므로 다양한 분야에서 전력 소스로 사용된다. 예를 들어, 리튬 이온 배터리 등은, 휴대 전화, 랩탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 비디오 카메라, 태블릿 컴퓨터, 전동 공구 등과 같이 사람의 손에 휴대할 수 있는 장치에 사용됨은 물론, 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 배, 전기 비행기 등과 같은 각종 전기구동 동력 장치에 사용된다.
배터리는 인버터와 같은 전력 변환 디바이스를 통해 부하 장치에 연결된다. 부하 장치는 상기에서 언급된 배터리에 저장된 전력을 사용하는 임의의 장치를 의미한다.
부하 장치는 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은 통신을 통해 배터리의 충방전을 관리하는 장치(이하, '배터리 관리 장치'라고 함)로부터 배터리에 대한 출력 파라미터를 제공 받는다.
출력 파라미터는 배터리의 방전 성능 또는 충전 성능을 나타내는 지표이고, 배터리의 충전 상태와 온도에 따라 갱신된다. 출력 파라미터는 배터리가 방전 또는 충전될 때 배터리를 통해 흐를 수 있는 최대 충방전 전류값 또는 이로부터 계산되는 허용 파워(Power)에 대한 정보를 포함할 수 있다.
제어 시스템은 배터리 관리 장치로부터 제공되는 출력 파라미터의 범위 내에서 배터리의 충전과 방전을 제어한다. 즉, 제어 시스템은 전력 변환 디바이스를 제어함으로써 배터리의 출력을 허용 출력 값 이하로 통제하거나 충전 또는 방전 전류의 크기를 최대 충방전 전류값 이하로 통제한다.
한편, 배터리의 전압은 미리 정해진 방전 하한 전압(또는 충전 상한 전압)에 가까워지면 빠르게 변화한다. 여기서, 방전 하한 전압은 과방전을 방지하기 위해 충전 상한 전압은 과충전을 방지하기 위해 각각 미리 정해질 수 있는 것이다.
도 1은 만충전 용량이 360Ah인 리튬 배터리의 충전 상태가 20%일 때 360A의 정전류로 방전이 이루어지는 동안에 나타나는 전압 변화를 보여주는 그래프이다. 360A의 정전류라는 비교적 큰 전류를 이용하여, 수초에서 수십초 정도의 짧은 시간 동안에 방전이 이루어지므로, 방전 전후로 배터리의 용량은 일정하게 유지되는 것으로 취급할 수 있다.
도 1에 도시된 그래프를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 배터리의 전압이 방전 하한 전압 Vmin보다 높은 특정 전압값 Vs에 도달하면서부터, 전압의 감소 속도가 갑자기 빨라진다.
이와 유사하게, 전압의 급격한 변화는 배터리의 충전 상황에서도 나타날 수 있다. 즉, 배터리의 전압이 충전 상한 전압에 가까워질수록 전압의 증가 속도가 갑자기 빨라진다. 배터리의 전압의 급격한 변화가 발생하는 주요 원인 중 하나는, 배터리의 충전 상태에 따른 내부 저항의 급격한 변화 현상이다.
배터리의 전압의 급격한 변화는 배터리가 곧 과충전 또는 과방전될 위험이 있는 상태임을 나타내는 것이다. 따라서, 배터리 관리 장치는, 배터리의 양단 사이의 전압에 급격한 변화가 모니터되는 경우, 배터리의 방전 전류 또는 충전 전류의 크기를 적절히 조절해줄 필요가 있다. 즉, 배터리 관리 장치는 배터리에 허용되는 출력 파라미터를 적절히 감쇄시킬 수 있어야만, 배터리의 전압이 방전 하한 전압보다 낮아지거나 충전 상한 전압보다 높이지게 되는 문제를 해결할 수 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 배터리를 과방전 또는 과충전으로부터 보호하기 위해, 배터리의 충전 상태와 온도에 따라 배터리에 허용되는 충방전 전류의 상한값을 결정하기 위한 전류 감쇄 비율을 산출할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는, 제1 충전 상태값에 연관된 제1 방전 커브 모델을 포함하는 복수의 방전 커브 모델들을 저장하되, 상기 제1 방전 커브 모델은 제1 방전 조건 하에서 상기 제1 충전 상태값을 가지는 배터리의 시간에 따른 전압 변화를 정의하는 메모리부; 및 상기 메모리부와 통신 가능하게 연결되어, 상기 메모리부에 저장된 상기 제1 방전 커브 모델을 호출 가능하도록 구성된 제어부;를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 제1 방전 커브 모델로부터 상기 제1 방전 커브 모델이 상기 배터리의 방전 하한 전압값보다 높게 정해진 방전 설정 전압값과 만나는 제1 시점부터 상기 방전 하한 전압값과 만나는 제2 시점까지의 제1 시간 변화량을 산출하고, 상기 방전 하한 전압값, 상기 방전 설정 전압값 및 상기 제1 시간 변화량을 기초로, 제1 온도값에 대한 제1 감쇄 전류값을 산출하며, 상기 제1 충전 상태값에 매핑된 제1 최대 방전 전류값에 대한 상기 제1 감쇄 전류값의 상대적 크기를 나타내는 제1 전류 감쇄 비율을 산출하고, 상기 제1 전류 감쇄 비율을 상기 제1 충전 상태값 및 상기 제1 온도값에 연관시켜 상기 메모리부에 저장한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 최대 방전 전류값, 제1 팩터 및 제2 팩터를 더 기초로, 상기 제1 감쇄 전류값을 산출한다. 이 경우, 상기 제1 팩터는 상기 제1 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제1 내부 저항값이며, 상기 제2 팩터는 상기 제1 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제1 최대 저항 변화율이다.
또한, 상기 제어부는, 하기 수학식 1을 이용하여, 상기 제1 감쇄 전류값을 산출하되,
[수학식 1]
Figure PCTKR2017015053-appb-I000001
상기 수학식 1에서, ID_max는 상기 제1 최대 방전 전류값이고, Vmin은 상기 방전 하한 전압이며, VD_set는 상기 방전 설정 전압이고, R0는 상기 제1 내부 저항값이며, ΔtD는 상기 제1 시간 변화량이고, (dR/dt)D_max는 상기 제1 최대 저항 변화율이며, ID_ derate는 상기 제1 감쇄 전류값이다.
또한, 상기 제어부는, 상기 방전 하한 전압값, 상기 방전 설정 전압값, 상기 제1 시간 변화량, 제3 팩터 및 제4 팩터를 기초로, 제2 온도값에 대한 제2 감쇄 전류값을 산출할 수 있다. 이때, 상기 제3 팩터는 상기 제2 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제2 내부 저항값이며, 상기 제4 팩터는 상기 제2 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제2 최대 저항 변화율이다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 최대 방전 전류값에 대한 상기 제2 감쇄 전류값의 상대적 크기를 나타내는 제2 전류 감쇄 비율을 산출하며, 상기 제2 전류 감쇄 비율을 상기 제1 충전 상태값 및 상기 제2 온도값에 연관시켜 상기 메모리부에 저장할 수 있다.
또한, 상기 메모리부는, 상기 제1 충전 상태값과는 상이한 제2 충전 상태값 및 상기 제2 충전 상태값에 연관된 제2 방전 커브 모델을 더 저장할 수 있다. 이때, 상기 제2 방전 커브 모델은 제2 방전 조건 하에서 상기 제2 충전 상태값을 가지는 배터리의 시간에 따른 전압 변화를 정의한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제2 방전 커브 모델로부터 상기 제2 방전 커브 모델이 상기 방전 설정 전압값과 만나는 제3 시점부터 상기 방전 하한 전압값과 만나는 제4 시점까지의 제2 시간 변화량을 산출하고, 상기 방전 하한 전압값, 상기 방전 설정 전압값 및 상기 제2 시간 변화량을 기초로, 제3 온도값에 대한 제3 감쇄 전류값을 산출하며, 상기 제2 충전 상태값에 매핑된 제2 최대 방전 전류값에 대한 상기 제3 감쇄 전류값의 상대적 크기를 나타내는 제3 전류 감쇄 비율을 산출하고, 상기 제3 전류 감쇄 비율을 상기 제2 충전 상태값 및 상기 제3 온도값에 연관시켜 상기 메모리부에 저장할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제2 최대 방전 전류값, 제5 팩터 및 제6 팩터를 더 기초로, 상기 제3 감쇄 전류값을 산출할 수 있다. 이 경우, 상기 제5 팩터는 상기 제3 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제3 내부 저항값이며, 상기 제6 팩터는 상기 제3 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제3 최대 저항 변화율이다.
또한, 상기 제어부는, 상기 방전 하한 전압값, 상기 방전 설정 전압값, 상기 제2 시간 변화량, 제7 팩터 및 제8 팩터를 기초로, 제4 온도값에 대한 제4 감쇄 전류값을 산출한다. 이때, 상기 제7 팩터는 상기 제4 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제4 내부 저항값이며, 상기 제8 팩터는 상기 제4 온도값에 대응하는 상기 배터리의 제4 최대 저항 변화율이다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제2 최대 방전 전류값에 대한 상기 제4 감쇄 전류값의 상대적 크기를 나타내는 제4 전류 감쇄 비율을 산출하며, 상기 제4 전류 감쇄 비율을 상기 제2 충전 상태값 및 상기 제4 온도값에 연관시켜 상기 메모리부에 저장할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제2 온도값과 상기 제3 온도값이 동일한 경우, 상기 제2 전류 감쇄 비율 및 상기 제3 전류 감쇄 비율 중 더 큰 것을 상기 제3 온도값에 대한 대표 감쇄 비율로 설정할 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리 장치는, 상기 배터리의 방전 전압을 측정하는 전압 측정부; 상기 배터리의 전류를 측정하는 전류 측정부; 및 상기 배터리의 온도를 측정하는 온도 측정부;를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제어부는, 상기 전압 측정부, 상기 전류 측정부 및 상기 온도 측정부에 의해 측정되는 전압값, 전류값 및 온도값에 기초해 상기 배터리의 현재 충전 상태값을 추정하고, 상기 배터리의 전압이 상기 방전 설정 전압값 이하인 경우, 상기 메모리부로부터 상기 현재 충전 상태값 및 온도값에 매핑된 대표 감쇄 비율을 획득하며, 상기 획득된 대표 감쇄 비율을 이용하여, 상기 배터리의 방전 전류의 상한값을 결정할 수 있다.
또한, 상기 메모리부는, 미리 정해진 복수의 안전 기준값들을 더 저장할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부는, 미리 정해진 규칙에 따라 상기 복수의 안전 기준값들을 상기 방전 설정 전압값에 순차적으로 할당하고, 각 안전 기준값이 상기 방전 설정 전압값으로 설정된 상태에서, 상기 제1 전류 감쇄 비율을 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 관리 장치는, 제1 충전 상태값에 연관된 제1 충전 커브 모델을 포함하는 복수의 충전 커브 모델들을 저장하되, 상기 제1 충전 커브 모델은 제1 충전 조건 하에서 상기 제1 충전 상태값을 가지는 배터리의 시간에 따른 전압 변화를 정의하는 메모리부; 및 상기 메모리부와 통신 가능하게 연결되어, 상기 메모리부에 저장된 상기 제1 충전 커브 모델을 호출 가능하도록 구성된 제어부;를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 제1 충전 커브 모델로부터 상기 제1 충전 커브 모델이 상기 배터리의 충전 상한 전압값보다 낮게 정해진 충전 설정 전압값과 만나는 제1 시점부터 상기 충전 상한 전압값과 만나는 제2 시점까지의 제1 시간 변화량을 산출한다. 상기 제어부는, 상기 충전 상한 전압값, 상기 충전 설정 전압값 및 상기 제1 시간 변화량을 기초로, 제1 온도값에 대한 제1 감쇄 전류값을 산출한다. 상기 제어부는, 상기 제1 충전 상태값에 매핑된 제1 최대 충전 전류값에 대한 상기 제1 감쇄 전류값의 상대적 크기를 나타내는 제1 전류 감쇄 비율을 산출한다. 상기 제어부는, 상기 제1 전류 감쇄 비율을 상기 제1 충전 상태값 및 상기 제1 온도값에 연관시켜 상기 메모리부에 저장한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 관리 방법은, 미리 저장된 복수의 방전 커브 모델들 중, 제1 충전 상태값에 연관된 제1 방전 커브 모델을 호출하는 단계로서, 상기 제1 방전 커브 모델은 제1 방전 조건 하에서 상기 제1 충전 상태값을 가지는 배터리의 시간에 따른 전압 변화를 정의하는 것인 단계; 상기 제1 방전 커브 모델로부터 상기 제1 방전 커브 모델이 상기 배터리의 방전 하한 전압값보다 높게 정해진 방전 설정 전압값과 만나는 제1 시점부터 상기 방전 하한 전압값과 만나는 제2 시점까지의 제1 시간 변화량을 산출하는 단계; 상기 방전 하한 전압값, 상기 방전 설정 전압값, 상기 제1 시간 변화량, 제1 팩터 및 제2 팩터를 기초로, 제1 온도값에 대한 제1 감쇄 전류값을 산출하는 단계로서, 상기 제1 팩터는 상기 제1 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제1 내부 저항값이며, 상기 제2 팩터는 상기 제1 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제1 최대 저항 변화율인 단계; 상기 제1 충전 상태값에 매핑된 제1 최대 방전 전류값에 대한 상기 제1 감쇄 전류값의 상대적 크기를 나타내는 제1 전류 감쇄 비율을 산출하는 단계; 및 상기 제1 전류 감쇄 비율을 상기 제1 충전 상태값 및 상기 제1 온도값에 연관시켜 상기 메모리부에 저장하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 따르면, 사전 실험을 통해 얻어진 적어도 하나의 방전 커브 모델 또는 충전 커브 모델을 이용하여, 배터리가 가질 수 있는 충전 상태값과 온도값에 따른 전류 감쇄 비율을 미리 산출해둘 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 따르면, 충방전 중인 배터리의 전압이 미리 정해진 설정 전압에 도달하는 경우, 현재 배터리의 충전 상태와 온도에 대응하는 미리 정해진 전류 감쇄 비율을 기초로 충방전 전류의 상한값을 결정할 수 있다. 이에 따라, 전압 급변 구간(예컨대, 도 1의 음영으로 표시된 구간) 내에서 배터리의 충방전 전류가 상기 상한값 이하로 제한될 수 있다. 이에 따라, 배터리를 과방전 및 과충전 중 적어도 하나으로부터 효과적으로 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 따르면, 상기 방전 설정 전압값으로 활용 가능한 복수개의 안전 기준값들을 미리 정해놓음으로써, 방전 전류의 상한값을 각 안전 기준값별로 상이하게 결정할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 36Ah의 용량을 가진 리튬 배터리의 충전 상태가 20%일 때 360A의 정전류로 방전이 이루어질 때의 전압 변화 개형을 보여주는 방전 커브 모델이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 출력 파라미터 조정 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 3은 만충전 용량은 36Ah로 동일하고 충전 상태가 15%, 20%, 30%, 40% 및 50%로서 서로 다른 5개의 리튬 배터리의 방전 커브 모델을 그래프들이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 감쇄 전류값을 결정할 때 사용하는 수학식의 파라미터를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치가 각 방전 커브 모델로부터 온도별로 감쇄 전류값과 전류 감쇄 비율을 산출하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 보여주는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서 설명되는 실시 예에 있어서, 배터리는 리튬 배터리를 일컫는다. 여기서, 리튬 배터리라 함은 충전과 방전이 이루어지는 동안 리튬 이온이 작동 이온으로 작용하여 양극과 음극에서 전기화학적 반응을 유발하는 배터리를 총칭한다.
한편, 리튬 배터리에 사용된 전해질이나 분리막의 종류, 배터리를 포장하는데 사용된 포장재의 종류, 리튬 배터리의 내부 또는 외부의 구조 등에 따라 배터리의 명칭이 변경되더라도 리튬 이온이 작동 이온으로 사용되는 배터리라면 모두 상기 리튬 배터리의 범주에 포함되는 것으로 해석하여야 한다.
본 발명은 리튬 배터리 이외의 다른 배터리에도 적용이 가능하다. 따라서 작동 이온이 리튬 이온이 아니더라도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 배터리라면 그 종류에 상관 없이 모두 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석하여야 한다.
또한, 배터리는 그것을 구성하는 요소의 수에 의해 한정되지 않는다. 따라서 배터리는 하나의 포장재 내에 양극/분리막/음극의 조립체 및 전해질이 포함된 단위 셀을 비롯하여 단위 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 어셈블리, 다수의 어셈블리가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 모듈, 다수의 모듈이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 팩, 다수의 팩이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 전지 시스템 등도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하는 장치(100)를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 장치(100)는, 기본적으로 메모리부(150) 및 제어부(140)를 포함하고, 선택적으로 전압 측정부(110), 전류 측정부(120), 온도 측정부(130) 및 정보 출력부 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
장치(100)는, 충방전 중인 배터리(10)의 전압이 미리 정해진 설정 전압과 같아진 시점 이후부터 배터리(10)의 전류를 감쇄시킬 수 있다. 예를 들어, 장치(100)는, 충전 중인 배터리(10)의 전압이 충전 설정 전압에 도달한 경우 배터리(10)의 충전 전류를 감쇄시키고, 방전 중인 배터리(10)의 전압이 방전 설정 전압에 도달한 경우에는 배터리(10)의 방전 전류를 감쇄시킬 수 있다. 물론, 충전 설정 전압은 방전 설정 전압보다 높은 레벨을 가지도록 미리 정해질 수 있다.
배터리(10)는 고전위 단자(PACK+) 및 저전위 단자(PACK-)를 통해 부하 장치(200)와 전기적으로 연결된다. 부하 장치(200)는, 배터리(10)로부터 출력되는 전력으로 동작하는 장치를 일컫는다.
부하 장치(200)는 제어 시스템(210), 전력 변환부(220) 및 부하(230)를 포함한다. 부하 장치(200)는, 선택적으로, 충전기(240)를 더 포함할 수 있다. 충전기(240)는 배터리(10)를 충전할 수 있는 충전 전류를 전력 변환부(220)를 통해 배터리(10) 측으로 제공할 수 있다. 충전기(240)는 자체적으로 충전 전류를 생성할 수도 있고, 상용 전원으로부터 전력을 인가 받아 충전 전류를 생성할 수도 있다.
바람직한 예에서, 부하(230)는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 포함된 모터일 수 있고, 전력 변환부(220)는 쌍방향 전력 변환이 가능한 인버터일 수 있다.
제어 시스템(210)은 부하 장치(200)의 전반적인 동작을 제어하는 컴퓨팅 시스템이다. 특히, 제어 시스템(210)은 제어부(140)가 제공하는 배터리(10)의 출력 파라미터를 이용하여 배터리(10)의 방전을 제어한다. 즉, 제어 시스템(210)은 출력 파라미터에 대응되는 방전 조건으로 전력 변환부(220)를 제어함으로써 배터리(10)의 방전을 제어한다.
전력 변환부(220)는 배터리(10)의 방전 출력을 부하(230) 측으로 전달한다. 이 때, 전력 변환부(220)는 제어 시스템(210)의 통제하에 출력 파라미터의 범위 내에서 배터리(10)가 방전될 수 있도록 전력 변환 정도를 조절할 수 있다.
반대로, 전력 변환부(220)는 충전기(240)로부터 공급되는 충전 출력을 배터리(10) 측으로 전달할 수 있다. 이 때, 전력 변환부(220)는 제어 시스템(210)의 통제하에 출력 파라미터의 범위 내에서 배터리(10)가 충전될 수 있도록 전력 변환 정도를 조절할 수 있다.
메모리부(150)는 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 메모리부(150)은 RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체일 수 있다. 메모리부(150)는 또한 제어부(140)에 의해 접근이 가능하도록 예컨대 데이터 버스 등을 통해 제어부(140)와 전기적으로 연결될 수 있다. 메모리부(150)는 또한 제어부(140)와 통신 가능하게 연결되어, 제어부(140)가 수행하는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장 및/또는 갱신 및/또는 소거 및/또는 전송한다. 메모리부(150)는 논리적으로 2개 이상으로 분할 가능하고, 제어부(140) 내에 포함되는 것을 제한하지 않는다.
전압 측정부(110)는 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어부(140)와 전기적으로 결합된다. 전압 측정부(110)는 제어부(140)의 통제 하에, 시간 간격을 두고 배터리(10)의 양극과 음극 사이에 인가되는 전압을 측정하고 측정된 전압의 크기를 나타내는 신호를 제어부(140)로 출력한다. 제어부(140)는 전압 측정부(110)로부터 출력되는 신호로부터 배터리(10)의 전압을 결정하고, 결정된 전압의 값을 메모리부(150)에 저장한다. 예컨대, 전압 측정부(110)는 당업계에서 일반적으로 사용되는 전압 측정 회로로 구성될 수 있다.
전류 측정부(120)는 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어부(140)와 전기적으로 결합된다. 전류 측정부(120)는 제어부(140)의 통제하에 시간 간격을 두고 배터리(10)를 통해 흐르는 전류의 크기를 반복 측정하고 측정된 전류의 크기를 나타내는 신호를 제어부(140)로 출력한다. 제어부(140)는 전류 측정부(120)로부터 출력되는 신호로부터 전류의 크기를 결정하고 결정된 전류값을 메모리부(150)에 저장한다. 예컨대, 전류 측정부(120)는 당업계에서 일반적으로 사용되는 홀 센서 또는 센스 저항으로 구성될 수 있다.
온도 측정부(130)는 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어부(140)와 전기적으로 결합된다. 온도 측정부(130)는 시간 간격을 두고 배터리(10)의 온도를 반복 측정하고 측정된 온도의 크기를 나타내는 신호를 제어부(140)로 출력한다. 제어부(140)는 온도 측정부(130)로부터 출력되는 신호로부터 배터리(10)의 온도를 결정하고 결정된 온도의 값을 메모리부(150)에 저장한다. 예컨대, 온도 측정부(130)는 당업계에서 일반적으로 사용되는 열전대(thermocouple)로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 장치(100)는 통신 인터페이스(160)를 더 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(160)는 제어부(140)가 부하 장치(200)에 포함된 제어 시스템(210)과 통신을 수행하기 위해 필요한 구성요소이다.
통신 인터페이스(160)로는 서로 다른 2개의 시스템이 통신을 할 수 있도록 지원하는 공지된 통신 인터페이스라면 어떠한 것이라도 사용될 수 있다. 통신 인터페이스는 유선 또는 무선 통신을 지원할 수 있다. 바람직하게, 통신 인터페이스는 캔(CANN) 통신이나 데이지 체인(Daisy Chain) 통신을 지원하는 것일 수 있다.
제어부(140)는 전압 측정부(110)에 의해 측정된 배터리(10)의 전압 및 전류 측정부(120)에 의해 측정된 배터리(10)의 전류 중 적어도 하나와 온도 측정부(130)에 의해 측정된 배터리(10)의 온도를 선택적으로 활용하여 배터리(10)의 충전 상태를 결정할 수 있다.
예컨대, 배터리(10)의 충전 상태는 전류 측정부(120)를 통해서 주기적으로 측정되는 전류값을 적산하여 결정될 수 있다. 이러한 방식은 암페어 카운팅법이라는 이름으로 알려져 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 다른 예로, 배터리(10)의 충전 상태는 전압 측정부(110)를 통해서 주기적으로 측정되는 전압값을 기초로 개방 전압을 결정하고, 메모리에 미리 저장된 OCV-SOC 테이블을 참조하여 결정될 수 있다. 또 다른 예로, 충전 상태는 배터리(10)의 회로 모델링에 기반을 둔 확장 칼만 필터와 같은 적응적 알고리즘을 이용하여 결정할 수 있다.
물론, 충전 상태는 전술한 암페어 카운팅법 또는 확장 칼만 필터 이외에도 배터리(10)의 전압, 온도 및 전류를 선택적으로 활용하여 충전 상태를 추정할 수 있는 다른 공지의 방법에 의해서도 결정할 수 있다.
제어부(140)는, 배터리(10)가 방전되는 동안 전압 측정부(110)에 의해 측정된 배터리(10)의 전압 레벨을 모니터한다. 제어부(140)는, 전류 측정부(120)에 측정되는 전류의 방향에 따라, 배터리(10)가 충전 중인지 방전 중인지를 판정할 수 있다.
제어부(140)는 배터리(10)의 전압 레벨에 따라 배터리의 출력 파라미터를 다르게 결정한다. 구체적으로, 제어부(140)는 방전 중인 배터리(10)의 전압이 전압 평탄 구간에 속하면 일반 모드로 출력 파라미터를 결정할 수 있다. 반면, 배터리(10)의 전압이 전압 평탄 구간을 벗어나 전압 급감 구간 또는 전압 급증 구간에 진입하면 감쇄 모드로 출력 파라미터를 결정할 수 있다. 이때, 전압 평탄 구간과 전압 급감 구간은, 미리 정해진 방전 설정 전압을 기준으로 구분될 수 있다. 또한, 전압 평탄 구간과 전압 급증 구간은, 방전 설정 전압보다 높도록 미리 정해진 충전 설정 전압을 기준으로 구분될 수 있다. 즉, 전압 급감 구간은 방전 설정 전압 이하의 전압 범위에 해당하는 구간이고, 전압 급증 구간은 충전 설정 전압 이상의 전압 범위에 해당하는 구간이며, 전압 평탄 구간은 방전 설정 전압보다 크면서 충전 설정 전압보다는 작은 전압 범위에 해당하는 구간이다.
먼저, 배터리(10)의 미리 정해진 충전 상태값별로 동일한 온도를 유지한 상태로 정전류 방전 시험을 시행하여 복수의 방전 커브 모델들을 얻을 수 있다.
도 3은 만충전 용량은 36Ah로 동일하고 충전 상태가 15%, 20%, 30%, 40% 및 50%로서 서로 다른 5개의 리튬 배터리의 방전 커브 모델을 그래프들이다. 좌측으로부터 우측으로 갈수록, 각 방전 커브 모델에 대응하는 충전 상태값은 더 크다.
각각의 정전류 방전 시험에서 적용된 방전 전류의 크기는 배터리(10)의 충전 상태 및 온도에 대응되는 최대 방전 전류값이다. 특정한 충전 상태 및 온도에 대응되는 최대 방전 전류값은 HPPC(Hybrid Pulse Power Characterization)법으로 배터리(10)를 펄스 방전시켰을 때 배터리(10)의 전압이 방전 하한 전압(Vmin)에 도달되도록 하는 방전 전류값이다.
바람직하게, HPPC법으로 결정한 최대 방전 전류값이 배터리(10)의 안전(Safety)을 위해 설정한 방전 상한 전류값보다 크면 최대 방전 전류값은 방전 상한 전류값으로 대체될 수 있다.
도 3에 도시된 방전 커브 모델들을 얻기 위한 정전류 방전 실험 시 방전 상한 전류값은 360A로 설정하였다.
도 3에 있어서, 각 방전 커브 모델을 얻을 때 적용한 최대 방전 전류값은 그래프의 오른쪽에 표시하였다. 즉, 충전 상태 15%, 20%, 30%, 40% 및 50%에 대응되는 최대 방전 전류값은 360A로서 동일하다. 충전 상태 20%, 30%, 40% 및 50%일 때에는, HPPC법으로 결정한 최대 방전 전류값이 방전 상한 전류값으로 설정된 360A(ampere)를 초과하였기 때문에 최대 방전 전류값을 방전 상한 전류값으로 대체하였기 때문이다. 반면, 배터리(10)의 SOC가 15%일 경우는, HPPC법으로 결정한 최대 방전 전류값 359A 이 방전 상한 전류값인 360A보다 작으므로, HPPC법으로 결정한 359A이 그대로 적용되었다.
도 3에 있어서, 수평선 A는 미리정해진 방전 설정 전압(VD_set)의 레벨을 나타내고, 수평선 B는 방전 하한 전압(Vmin)의 레벨을 나타낸다. 이때, 방전 설정 전압(VD_set)은 미리 정해진 안전 기준값들 중 어느 하나와 동일할 수 있다. 예컨대, 방전 하한 전압(Vmin)이 1.5V라고 할 때, 2.6V, 2.3V 및 2.0V에 대응하는 3개의 안전 기준값들이 미리 정해질 수 있다.
위와 같이, 제어부(140)는 미리 정해진 안전 기준값들을 순차적으로 방전 설정 전압(VD_set)으로 설정한 상태에서, 충전 상태와 온도에 따라 감쇄 전류값과 전류 감쇄 비율을 산출할 수 있다. 이때, 최대 방전 전류값이 고정되어 있을 때, 감쇄 전류값이 작아질수록, 전류 감쇄 비율은 커질 수 있다. 즉, 감쇄 전류값과 전류 감쇄 비율은 반비례 관계를 가질 수 있다.
또한, 제어부(140)는 산출된 전류 감쇄 비율에 기초해, 배터리(10)의 출력 파라미터 특히, 방전 전류를 감쇄시킴으로써, 배터리(10)의 전압이 방전 하한 전압(Vmin)에 도달하기까지 걸리는 시간을 충분히 늘릴 수 있다.
또한, 제어부(140)는 각 방전 커브 모델이 수평선 A에 교차하는 제1 시점과 수평선 B에 교차하는 제2 시점을 각각 검출하고, 검출된 제1 시점부터 제2 시점까지의 경과 시간 즉, 시간 변화율을 산출할 수 있다.
제어부(140)는 전압 측정부(110)를 통해서 측정한 배터리(10)의 현재 전압이 미리 설정된 방전 설정 전압(VD_set)보다 큰 경우는 일반 모드에서 출력 파라미터를 결정한다. 일반 모드는, 후술할 감쇄 모드와는 달리, 배터리(10)의 방전 전류에 대한 어떠한 제한도 가하지 않는 모드를 의미하는 것일 수 있다. 즉, 제어부(140)가 감쇄 모드로 동작하지 않는 동안에는 항상 일반 모드로 동작할 수 있다.
방전 과정 중에 결정되는 출력 파라미터는, 배터리(10)의 최대 방전 전류값 및 전류 감쇄 비율 중 적어도 하나 또는 이와 관련된 파라미터를 포함한다. 제어부(140)는 메모리부(150)에 미리 저장된 제1 전류맵을 이용하여 충전 상태별 최대 방전 전류값을 결정할 수 있다. 여기서, 제1 전류맵은, 복수의 충전 상태값들 각각에 연관되는 최대 방전 전류값을 정의하는 룩업 테이블 등을 형식을 가지는 데이터 구조일 수 있다.
허용 파워값 PD은 다음의 수학식 1에 의해 결정할 수 있다.
[수학식 1]
PD = Vmin × ID_max
수학식 1에 있어서, Vmin은 배터리(10)의 방전 하한 전압으로서 미리 정해진 값이다. ID_max는 특정한 충전 상태에서 방전 중인 배터리(10)에 적용 가능한 최대 방전 전류값에 해당한다.
한편, 제어부(140)는 전압 측정부(110)를 통해 측정한 배터리(10)의 전압이 방전 설정 전압(VD_set) 이하로 떨어지면(즉, 전압 급감 구간에 속하면) 일반 모드로부터 감쇄 모드로 전환하여, 감쇄 모드에서 출력 파라미터를 결정한다. 이때, 제어부(140)는 출력 파라미터를 결정하는 동작을 수행하기에 앞서서, 미리 정해진 적어도 하나의 충전 상태값과 적어도 하나의 온도값에 대응하는 전류 감쇄 비율을 결정하는 동작을 수행할 수 있다. 이를 위해, 메모리부(150)에는 복수의 방전 커브 모델들이 미리 저장될 수 있다. 메모리부(150)에 미리 저장되는 각 방전 커브 모델은, 상기 복수의 충전 상태값들 각각에 일대일로 연관되는 것일 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해, 메모리부(150)에는 적어도 제1 방전 커브 모델 및 제2 방전 커브 모델이 저장되는 것으로 가정한다. 여기서, 제1 방전 커브 모델은 제1 방전 조건 하에서 제1 충전 상태값을 가지는 배터리(10)의 시간에 따른 전압 변화를 정의하는 것이고, 제2 방전 커브 모델은 제2 방전 조건 하에서 제2 충전 상태값을 가지는 배터리(10)의 시간에 따른 전압 변화를 정의하는 것일 수 있다. 도 3을 참조하여 전술한 바와 같이, 제1 방전 조건은 지정된 온도(예, 25도)에서 제1 충전 상태값에 대응하는 제1 최대 방전 전류값으로 배터리(10)를 방전 하한 전압 이하까지 방전시키는 것이고, 제2 방전 조건은 제1 방전 조건과 동일한 온도에서 제2 충전 상태값에 대응하는 제2 최대 방전 전류값으로 배터리(10)를 방전 하한 전압 이하까지 방전시키는 것일 수 있다.
또한, 제어부(140)가 감쇄 모드에서 동작하는 동안에 결정되는 파라미터는 배터리(10)의 감쇄 전류값 및 감쇄 목표 파워값 중 적어도 하나를 포함한다.
구체적으로, 제어부(140)는 메모리부(150)에 미리 저장된 각각의 방전 커브 모델을 하나씩 또는 둘 이상을 동시에 호출할 수 있다. 제어부(140)에 의해 메모리부(140)로부터 현재 호출된 방전 커브 모델을 '타겟 커브 모델'라고 칭하기로 한다.
제어부(140)는 타겟 커브 모델로부터 타켓 커브 모델이 방전 설정 전압값과 만나는 시점과 방전 하한 전압값과 만나는 시점을 각각 검출한다. 이로부터, 제어부(140)는 검출된 두 시점 간의 시간을 나타내는 시간 변화량을 산출할 수 있다. 즉, 시간 변화량은, 두 시점 중 큰 것에서 작은 것을 뺀 값이다.
다음으로, 제어부(140)는 적어도 방전 설정 전압값, 방전 하한 전압값 및 시간 변화량을 기초로, 미리 주어진 타겟 온도 범위 내의 적어도 한 온도값에 대한 감쇄 전류값을 산출할 수 있다. 이때, 감쇄 전류값은 전압 급감 구간 내에서 배터리(10)의 전압이 방전 하한 전압에 도달하기까지 남은 시간을 충분히 연장시키기 위한 전류값이다. 또한, 타겟 온도 범위는, 타겟 커브 모델에 대응하여 미리 정해지는 것일 수 있다. 일 예로, 타겟 온도 범위가 0~20도인 경우, 제어부(140)는 타겟 온도 범위 내의 10도에 대한 감쇄 전류값을 산출할 수 있다.
상세히는, 방전 설정 전압값과 방전 하한 전압값은 미리 정해지는 것이고, 시간 변화량은 방전 커브 모델별로 유일하게 결정될 수 있는 것이므로, 제어부(140)는 미리 정해진 수학 알고리즘을 이용하여, 방전 설정 전압값, 방전 하한 전압값 및 시간 변화량로부터 감쇄 전류값을 구할 수 있다. 일 예로, 어느 한 타켓 커브 모델에 대하여, 시간 변화량과 감쇄 전류값은 비례 관계를 가질 수 있다.
바람직하게는, 제어부(140)는 최대 방전 전류값과 둘 이상의 서로 다른 팩터를 더 기초로, 타겟 커브 모델에 대한 감쇄 전류값을 온도별로 산출할 수 있다. 여기서, 최대 방전 전류값은, 타겟 커브 모델에 대응하는 것일 수 있다. 예를 들어, 타겟 커브 모델이 충전 상태 15%에 대응하는 경우 최대 방전 전류값은 359A인 반면, 충전 상태 20% 이상에 대응하는 경우 최대 방전 전류값은 360A이다. 또한, 둘 이상의 서로 다른 팩터들 중 하나는 배터리의 내부 저항값이고, 다른 하나는 배터리의 최대 저항 변화율일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제어부(140)는 아래의 수학식 2를 이용하여 타겟 커브 모델에 대한 감쇄 전류값 ID_ derate을 결정할 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2017015053-appb-I000002
수학식 2에서, ID_max는 최대 방전 전류값이고, Vmin은 방전 하한 전압이며, VD_set는 방전 설정 전압이고, R0는 내부 저항값이며, ΔtD는 시간 변화량이고, (dR/dt)D_max는 최대 저항 변화율이며, ID_ derate는 감쇄 전류값이다.
여기서, R0 및 (dR/dt)D_max은 배터리(10)의 온도에 따라 제어부(140)에 의해 다른 값이 할당될 수 있는 두 팩터이다.
가령, 타겟 커브 모델이 충전 상태 20%인 배터리(10)로부터 얻어진 경우, 제어부(140)는 아래의 표 1 및 표 2로부터 수학식 2의 R0 및 (dR/dt)D_max 에 할당할 값을 결정할 수 있다.
온도값(℃) 내부 저항값 R0
0 A
10 B
25 C
45 D
표 1에서, 상대적으로 높은 온도값에 매핑된 내부 저항값은 상대적으로 낮은 온도값에 매핑된 내부 저항값보다 작을 수 있다. 예를 들어, 표 1의 10도에 연관된 내부 저항값 B는 45도에 연관된 내부 저항값 D보다 크다. 다시 말해, A > B > C > D 의 관계를 만족한다. 표 1과 같이 정의되는 온도와 내부 저항값 간의 관계는 룩업 테이블 등의 형식으로 메모리부(150)에 미리 저장될 수 있다.
온도값(℃) 최대 저항 변화율(dR/dt)D_max
0 E
10 F
25 G
45 H
표 2에서, 상대적으로 높은 온도에 매핑된 최대 저항 변화율은 상대적으로 낮은 온도에 연관된 최대 저항 변화율보다 클 수 있다. 예를 들어, 표 2의 0도에 매핑된 최대 저항 변화율 E는 10도에 연관된 최대 저항 변화율 F보다 작다. 다시 말해, E < F < G < H 의 관계를 만족한다. 표 2과 같이 정의되는 온도와 최대 저항 변화율 간의 관계는, 표 1과 마찬가지로 룩업 테이블 등의 형식으로 메모리부(150)에 미리 저장될 수 있다.
도 4는 수학식 2와 관련된 파라미터들을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 그래프 (a)에 도시된 방전 커브 모델은 도 3에 도시된 복수의 방전 커브 모델들 중 충전 상태 20%에 대응하는 방전 커브 모델이다. 배터리(10)의 충전 상태가 20%일 때 허용되는 최대 방전 전류값인 360A이 수학식 2의 ID_max에 할당된다는 것은, 도 3을 참조하여 전술한 설명으로부터 쉽게 알 수 있는 것이다.
도 4의 그래프 (b)는 충전 상태가 20%인 배터리(10)가 360A로 방전될 때 시간에 따른 저항 변화율을 나타낸 것이다. 옴의 법칙(ohm's law)에 의하면 V = I×R인데, 양변을 시간 t에 대해 미분하면 dV/dt = ID_max×dR/dt이 되므로, dR/dt는 (dV/dt)/ID_max와 실질적으로 동일하다. 이때, 충전 상태가 일정하다면 제1 전류맵에 의해 ID_max 역시 일정한 값이므로, 방전 커브 모델별 dR/dt는 전압 변화율 dV/dt을 이용하여 결정할 수 있다.
도 4를 참조하면, 수학식 2에 있어서, R0은 배터리(10)의 내부 저항값으로서 실험을 통해 온도별로 미리 정해져 표 1과 같이 정의될 수 있는 파라미터이다. Vmin, VD_set 및 R0는 메모리부(150)에 미리 저장될 수 있다.
여기서 주목해야할 파라미터는, (dR/dt)D_ max이다. (dR/dt)D_max는, 전압 급감 구간에 나타나는 (dR/dt)의 최대값으로서 그래프 (b)에 나타낸 것과 같이, 배터리(10)의 전압이 Vmin에 도달한 시점에서의 전압 변화율 또는 전압 변화율의 절대값을 ID_max로 나눈 값에 해당한다.
(dR/dt)D_max는, 배터리(10)의 충전 상태와 온도 별로 측정한 방전 커브 모델들을 이용하여 미리 결정할 수 있고, 충전 상태 및 온도 별로 정의된 (dR/dt)D_max에 관한 데이터는 표 2와 같이 메모리부(150)에 미리 저장될 수 있다.
한편, 수학식 2는 다음과 같이 유도할 수 있다. 배터리(10)의 전압은 배터리(10)의 충전 상태 및 온도에 따라 변하는 개방 전압 성분, 내부 저항(R0) 및 RC 회로가 서로 직렬로 연결된 회로에 의해 등가적으로 모델링할 수 있다.
상기 회로 모델링에 의하면, 배터리(10)의 전압 V는 하기 수학식 3과 같이 3개의 전압 성분의 합으로 나타낼 수 있다. 즉, 3개의 전압 성분은, 충전 상태에 따라 고유하게 결정되는 개방 전압 성분인 OCV, 전류 I가 흐를 때 내부 저항 R0의 양단에 걸리는 전압 성분인 IR0 및 RC 회로의 저항(R)에 전류 IRC가 흐를 때 RC 회로의 양단에 걸리는 전압 성분 IRC×R의 합으로 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
V = OCV + I×R0 + IRC×R
상기 수학식 3의 양변을 시간 t로 미분하면 다음 수학식 5를 얻을 수 있다.
[수학식 4]
dV/dt = dOCV/dt + (dI/dt) × R0 + (dIRC/dt) × R + IRC × (dR/dt)
배터리(10)의 충전 상태와 RC 회로의 저항에 흐르는 전류 IRC가 일정 시간동안(예, 수초 내지 수십초)에 대해 일정하다고 가정하면, dOCV/dt와 dIRC/dt는 0이 되므로 수학식 4는 하기의 수학식 5과 같이 근사할 수 있다.
[수학식 5]
dV/dt = (dI/dt) × R0 + IRC × (dR/dt)
한편, 방전 커브 모델이 방전 설정 전압 VD_set과 만나는 시점 t0에 측정되는 전류를 I0라고 하고, 방전 하한 전압 Vmin과 만나는 시점 t1에 측정되는 전류를 I1라고 하자. 또한, t0부터 t1까지 동안에 IRC는 I1과 같고 (dR/dt)는 (dR/dt)D_max로 일정하다고 가정하여, 수학식 5의 양변을 시간에 대해 적분하면 하기의 수학식 6을 얻을 수 있다.
[수학식 6]
Vmin-VD_set = (I1 - I0) × R0 + I1 × (dR/dt)D_max × (t1-t0)
= (I1 - I0) × R0 + I1 × (dR/dt)D_max × ΔtD
한편, 수학식 6을 I1에 대해 정리하면, 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 7]
Figure PCTKR2017015053-appb-I000003
수학식 7에 있어서, I0 에 ID_max을 할당하는 경우, I1는 감쇄 전류값으로서 수학식 2의 ID_ derate가 된다.
위와 같이, 수학식 5에서 (dR/dt)에 (dR/dt)D_ max 을 할당하는 이유는, 배터리(10)의 전압이 방전 하한 전압 Vmin 이하로 떨어지는 과방전 상태에 대비하여 ID_derate을 보수적으로 산출하기 위함이다.
제어부(140)는, 수학식 2를 이용하여 산출된 감쇄 전류값에 대응하는 전류 감쇄 비율을 산출할 수 있다. 구체적으로, 전류 감쇄 비율은, 방전 커브 모델의 충전 상태에 대응하는 최대 방전 전류값에 대한 감쇄 전류값의 상대적 크기를 나타내는 파라미터이다. 예컨대, 최대 방전 전류값이 360A라고 할 때, 특정 온도값에 대한 감쇄 전류값이 90A인 경우, 제어부(140)는 (360-90A)/360A × 100% = 75%를 상기 특정 온도값에 대한 전류 감쇄 비율로 메모리부(150)에 저장할 수 있다.
경우에 따라, 제어부(140)는 위와 같은 과정을 통해 각각 산출된 감쇄 전류값과 전류 감쇄 비율 중, 전류 감쇄 비율만을 메모리부(150)에 저장할 수 있다. 이는, 감쇄 전류값보다 전류 감쇄 비율을 저장하는 데에 요구되는 데이터량이 적기 때문이다.
정보 출력부는, 제어부(140)에 의해 각각의 방전 커브 모델로부터 온도별로 산출된 전류 감쇄 비율을 통지하는 시각적 신호 및 청각적 신호 중 적어도 하나를 출력하도록 구성된다.
선택적으로, 제어부(140)는, 수학식 2를 이용하여 산출된 감쇄 전류값으로부터 감쇄 목표 파워값인 PD_ derate을 결정할 수 있다. PD_ derate은 아래의 수학식 8을 이용하여 구할 수 있다.
[수학식 8]
PD_ derate = Vmin × ID_ derate
제어부(140)는 감쇄 모드에서, 감쇄 전류값 및 감쇄 목표 파워값 중에서 적어도 하나를 포함하는 출력 파라미터를 통신 인터페이스(160)를 통해 부하 장치(200)의 제어 시스템(210)으로 전송할 수 있다.
제어 시스템(210)은 지연 시간이 경과된 이후에 제어부(140)로부터 전송된 출력 파라미터를 이용하여 전력 변환부(220)를 제어하여 배터리(10)의 방전 전류 또는 출력을 감쇄시킨다. 즉, 제어 시스템(210)은 출력 파라미터에 포함된 감쇄 전류값 또는 감쇄 목표 출력 값을 이용하여 전력 변환부(220)를 제어함으로써 배터리(10)로부터 출력되는 방전 전류의 크기를 미리 구한 감쇄 전류값 이하로 통제하거나 배터리(10)의 출력을 감쇄 목표 출력 값보다 작게 통제할 수 있다.
제어 시스템(210)은 바람직한 예로서 전력 변환부(220)를 제어하여 단계적으로 방전 전류의 크기를 감쇄 전류값 이하로 감쇄시킬 수 있다.
제어부(140)는 상술한 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 제어부(140)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이 때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 컴퓨터 부품으로 프로세서와 연결될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 본 발명의 메모리부(150)에 포함될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 디바이스의 종류에 상관 없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다.
제어부(140)의 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 수록될 수 있다. 상기 기록매체는 컴퓨터에 포함된 프로세서에 의해 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 기록매체는 ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 상기 코드 체계는 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 상기 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치가 각 방전 커브 모델로부터 온도별로 감쇄 전류값과 전류 감쇄 비율을 산출하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다. 구체적으로, 도 5는 미리 정해진 제1 전류맵에 의해 정의되는 배터리(10)의 충전 상태와 최대 방전 전류값 간의 관계를 보여주는 그래프이다. 도 6은 배터리(10)의 충전 상태와 온도값에 따른 전류 감쇄 비율의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 7은 도 6에 도시된 그래프로부터 도출된 온도별 최대 대표 감쇄 비율의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 8은 방전 설정 전압의 증감에 따른 대표 감쇄 비율의 변화 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 배터리(10)의 최대 방전 전류값은, 충전 상태가 증가함에 따라 지속적으로 증가하다가 특정 포인트를 넘어서면서부터는 일정하게 유지될 수 있다. 도 4을 함께 참조하면, 충전 상태가 20%에 이르기 전에는 최대 방전 전류값은 360A을 향하여 직선에 가까운 형태로 점차적으로 상승한다. 이어, 충전 상태가 20%에 도달한 후부터는 최대 방전 전류값은 360A로 일정하게 유지된다.
도 6을 참조하면, 방전 설정 전압이 2.6V인 경우에, 미리 정해진 온도값과 방전 커브 모델로부터 산출된 전류 감쇄 비율을 확인할 수 있다. 구체적으로, 도 6의 그래프에는 총 22개(45도에서 3개, 25도에서 5개, 10도에서 5개, 0도에서 4개, -10도에서 1개, -20도에서 4개)의 전류 감쇄 비율이 표시되어 있다.
이해를 돕기 위해, 도 3에서 충전 상태값 40%에 연관된 방전 커브 모델을 제1 모델이라고 칭하고, 충전 상태값 50%에 연관된 방전 커브 모델을 제2 모델이라고 하자. 이 경우, 온도값이 특정되면, 표 1 및 표 2로부터 수학식 2의 R0 및 (dR/dt)D_max가 제1 모델 및 제2 모델에 대하여 개별적으로 정해질 수 있다. 또한, 수학식 2의 Vmin 및 VD_set는 제1 모델과 제2 모델에 공통되는 값이고, ΔtD는 제1 모델과 제2 모델 각각으로부터 개별적으로 산출되는 값이며, ID_max는 제1 전류맵(도 5 참조)으로부터 제1 모델 및 제2 모델에 대하여 개별적으로 정해질 수 있다. 여기서, 수학식 2의 파라미터들 중 온도값에 따라 달라지는 파라미터는, R0 및 (dR/dt)D_max 뿐일 수 있다.
<제1 모델에 대한 전류 감쇄 비율의 산출 동작>
도 6을 참조하면, 제1 모델에 대하여 서로 다른 2개의 온도값인 10도 및 25도에서 서로 다른 2개의 전류 감쇄 비율인 K1% 및 K2%가 산출되어 있다. 즉, 제어부(140)는 제1 모델에 대하여, 제1 온도값인 10도에 매핑된 제1 내부 저항값 B과 제1 최대 저항 변화율 F을 수학식 2의 R0 및 (dR/dt)max 에 할당하고, 제2 온도값인 25도에 매핑된 제2 내부 저항값 C과 제2 최대 저항 변화율 G을 수학식 2의 R0 및 (dR/dt)max 에 할당함으로써, 전류 감쇄 비율인 K1% 및 K2%를 각각 산출할 수 있다.
<제2 모델에 대한 전류 감쇄 비율의 산출 동작>
다시 도 6을 참조하면, 제2 모델에 대하여 서로 다른 2개의 온도값인 0도 및 10도에서 서로 다른 2개의 전류 감쇄 비율인 K3% 및 K4%가 산출되어 있다. 즉, 제어부(140)는 제2 모델에 대하여, 제3 온도값인 0도에 매핑된 제3 내부 저항값 A과 제3 최대 저항 변화율 E을 수학식 2의 R0 및 (dR/dt)D_max 에 할당하고, 제4 온도값인 10도에 매핑된 제4 내부 저항값 B과 제4 최대 저항 변화율 F을 수학식 2의 R0 및 (dR/dt)D_max 에 할당함으로써, 전류 감쇄 비율인 K3% 및 K4%를 각각 산출할 수 있다.
<온도별 대표 감쇄 비율의 산출 동작>
전류 감쇄 비율을 산출하기 위하여 제1 모델에 사용된 온도값과 제2 모델에 사용된 온도값 중 적어도 하나가 공통되는 경우, 제어부(140)는 공통 온도값에 대응하는 전류 감쇄 비율들 중 어느 하나를 공통 온도값에 대한 대표 감쇄 비율로 설정할 수 있다.
예컨대, 제1 모델에 사용된 온도값은 10도와 25도이고, 제2 모델에 사용된 온도값은 0도와 10도이므로, 이 중 10도가 공통 온도값이다. 따라서, 제어부(140)는 10도에 연관된 제1 모델의 전류 감쇄 비율인 K1%와 제2 모델의 전류 감쇄 비율인 K4% 중 더 큰 K1%를 공통 온도값 10도에 대한 대표 감쇄 비율로 설정할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 어느 한 온도값(도 6의 -10도)에 대하여 산출된 전류 감쇄 비율이 단 하나인 경우, 그 전류 감쇄 비율을 해당 온도값에 대한 대표 감쇄 비율로 설정할 수 있다.
제어부(140)는 전술한 과정을 반복함으로써, 미리 주어진 모든 온도값들에 대한 대표 감쇄 비율을 설정할 수 있는데, 도 7이 바로 온도값별 대표 감쇄 비율을 표시한 그래프를 보여준다. 도 7을 참조하면, 미리 정해진 복수의 온도값들 중 최소값으로부터 최대값으로 갈수록, 그에 대응하는 대표 감쇄 비율은 점차적으로 증가함을 확인할 수 있다.
또한, 도 8을 참조하면, 복수의 안전 기준값들 중 상대적으로 큰 안전 기준값이 방전 설정 전압으로 설정된 경우, 동일한 온도값에서 상대적으로 작은 대표 감쇄 비율이 설정된다는 점을 확인할 수 있다. 이는, 방전 설정 전압이 클수록, 수학식 2의 (Vmin-VD_set)의 값이 증가하기 때문이다.
이하에서는 배터리 관리 장치(100)가 배터리(10)를 과방전으로부터 보호하기 위해 실행하는 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 보여주는 순서도이다. 설명의 편의를 위해, 메모리부(150)에는 서로 다른 충전 상태값에 연관된 제1 방전 커브 모델 및 제2 방전 커브 모델만이 미리 저장되어 있고, 방전 커브 모델별로 두 온도값에 대한 전류 감쇄 비율을 산출하는 것으로 가정한다.
먼저 도 9를 참조하면, 단계 910에서, 제어부(140)는 메모리부(150)로부터 제1 방전 커브 모델을 호출한다. 제1 방전 커브 모델은, 제1 방전 조건 하에서 제1 충전 상태값을 가지는 시간에 따른 배터리(10) 양단의 전압 변화를 정의하는 것이다.
이어서, 단계 920에서, 제어부(140)는 제1 방전 커브 모델로부터 제1 시간 변화량을 산출한다. 제1 시간 변화량은, 제1 방전 커브 모델이 방전 설정 전압값(VD_set)과 만나는 제1 시점부터 방전 하한 전압값(Vmin)과 만나는 제2 시점까지의 기간을 나타낸다.
이어서, 단계 930에서, 제어부(140)는 제1 방전 커브 모델을 기준으로 제1 온도값에 대한 제1 감쇄 전류값을 산출한다. 제1 감쇄 전류값은 방전 하한 전압값, 방전 설정 전압값, 제1 시간 변화량, 제1 팩터 및 제2 팩터에 기초해 산출될 수 있다. 여기서, 제1 팩터는 제1 온도값에 매핑된 제1 내부 저항값이며, 제2 팩터는 제1 온도값에 매핑된 제1 최대 저항 변화율이다.
이어서, 단계 940에서, 제어부(140)는 제1 전류 감쇄 비율을 산출한다. 제1 전류 감쇄 비율은, 제1 충전 상태값에 매핑된 제1 최대 방전 전류값에 대한 제1 감쇄 전류값의 상대적 크기를 나타내는 파라미터이다. 제1 최대 방전 전류값은, 예컨대 도 3에 도시된 그래프를 정의하는 제1 전류맵(도 5 참조)을 참조하여 결정되는 파라미터이다.
이어서, 단계 950에서, 제어부(140)는 제1 전류 감쇄 비율을 메모리부(150)에 저장한다. 이때, 제어부(140)는 제1 전류 감쇄 비율을 제1 충전 상태값 및 제1 온도값에 연관시킬 수 있다. 물론, 제1 감쇄 전류값도 함께 저장될 수 있다.
이어서, 단계 960에서, 제어부(140)는 제1 방전 커브 모델을 기준으로 제2 온도값에 대한 제2 감쇄 전류값을 산출한다. 제2 온도값은 제1 온도값과는 상이하다. 제2 감쇄 전류값은 방전 하한 전압값, 방전 설정 전압값, 제1 시간 변화량, 제3 팩터 및 제4 팩터에 기초해 산출될 수 있다. 여기서, 제3 팩터는 제2 온도값에 매핑된 제2 내부 저항값이며, 제4 팩터는 제2 온도값에 매핑된 제2 최대 저항 변화율이다.
이어서, 단계 970에서, 제어부(140)는 제2 전류 감쇄 비율을 산출한다. 제2 전류 감쇄 비율은, 제1 최대 방전 전류값에 대한 제2 감쇄 전류값의 상대적 크기를 나타내는 파라미터이다.
이어서, 단계 980에서, 제어부(140)는 제2 전류 감쇄 비율을 메모리부(150)에 저장한다. 이때, 제어부(140)는 제2 전류 감쇄 비율을 제1 충전 상태값 및 제2 온도값에 연관시킬 수 있다. 물론, 제2 감쇄 전류값도 함께 저장될 수 있다.
다음으로 도 10을 참조하면, 단계 1010에서, 제어부(140)는 메모리부(150)로부터 제2 방전 커브모델을 호출한다. 제2 방전 커브 모델은, 제2 방전 조건 하에서 상기 제2 충전 상태값을 가지는 배터리(10) 양단의 시간에 따른 전압 변화를 정의하는 것이다.
이어서, 단계 1020에서, 제어부(140)는 제2 방전 커브 모델로부터 제2 시간 변화량을 산출한다. 제2 시간 변화량은, 제2 방전 커브 모델이 방전 설정 전압값(VD_set)과 만나는 제3 시점부터 방전 하한 전압값(Vmin)과 만나는 제4 시점까지의 기간을 나타낸다.
이어서, 단계 1030에서, 제어부(140)는 제2 방전 커브 모델을 기준으로 제3 온도값에 대한 제3 감쇄 전류값을 산출한다. 제3 감쇄 전류값은 방전 하한 전압값, 방전 설정 전압값, 제2 시간 변화량, 제5 팩터 및 제6 팩터에 기초해 산출될 수 있다. 여기서, 제5 팩터는 제3 온도값에 매핑된 제3 내부 저항값이며, 제6 팩터는 제3 온도값에 매핑된 제3 최대 저항 변화율이다.
이어서, 단계 1040에서, 제어부(140)는 제3 전류 감쇄 비율을 산출한다. 제3 전류 감쇄 비율은, 제2 충전 상태값에 매핑된 제2 최대 방전 전류값에 대한 제3 감쇄 전류값의 상대적 크기를 나타내는 파라미터이다. 제2 최대 방전 전류값은, 예컨대 도 3에 도시된 그래프를 정의하는 제1 전류맵을 참조하여 결정되는 파라미터이다.
이어서, 단계 1050에서, 제어부(140)는 제3 전류 감쇄 비율을 메모리부(150)에 저장한다. 이때, 제어부(140)는 제3 전류 감쇄 비율을 제2 충전 상태값 및 제3 온도값에 연관시킬 수 있다. 물론, 제3 감쇄 전류값도 함께 저장될 수 있다.
이어서, 단계 1060에서, 제어부(140)는 제2 방전 커브 모델을 기준으로 제4 온도값에 대한 제4 감쇄 전류값을 산출한다. 제4 온도값은 제3 온도값과는 상이하다. 제4 감쇄 전류값은 방전 하한 전압값, 방전 설정 전압값, 제2 시간 변화량, 제7 팩터 및 제8 팩터에 기초해 산출될 수 있다. 여기서, 제7 팩터는 제4 온도값에 매핑된 제4 내부 저항값이며, 제8 팩터는 제4 온도값에 매핑된 제4 최대 저항 변화율이다.
이어서, 단계 1070에서, 제어부(140)는 제4 전류 감쇄 비율을 산출한다. 제4 전류 감쇄 비율은, 제2 최대 방전 전류값에 대한 제4 감쇄 전류값의 상대적 크기를 나타내는 파라미터이다.
이어서, 단계 1080에서, 제어부(140)는 제4 전류 감쇄 비율을 메모리부(150)에 저장한다. 이때, 제어부(140)는 제4 전류 감쇄 비율을 제2 충전 상태값 및 제4 온도값에 연관시킬 수 있다. 물론, 제4 감쇄 전류값도 함께 저장될 수 있다.
도 11을 설명하기에 앞서서, 메모리부(150)에는 방전 커브 모델별로 사용될 온도값들이 미리 저장되어 있는바, 제어부(150)는 서로 다른 두 방전 커브 모델에 공통적으로 사용되는 온도값을 획득할 수 있다.
도 11을 참조하면, 단계 1110에서 제어부(140)는 제1 온도값과 제2 온도값 중 제3 온도값 또는 제4 온도값과 동일한 온도값이 존재하는지 판정한다. 예컨대, 제1 온도값 < 제2 온도값 = 제3 온도값 < 제4 온도값인 경우, 제2 온도값과 제3 온도값이 동일하므로 단계 1110에서는 "YES"로 판정된다. 반면, 제1 온도값 < 제2 온도값 < 제3 온도값 < 제4 온도값 등인 경우, 제1 온도값과 제2 온도값 중 어느 것도 제3 온도값이나 제4 온도값과 일치하지 않으므로 단계 1110에서는 "NO"로 판정된다. 단계 1110에서의 판정 결과가 "YES"인 경우 단계 1120으로 진행한다. 반면, 단계 1110에서의 판정 결과가 "NO"인 경우 단계 1130으로 진행한다.
단계 1120에서 제어부(140)는 동일 온도값에 연관된 두 전류 감쇄 비율 중 더 큰 것을 동일 온도값에 대한 대표 감쇄 비율로 설정한다. 예를 들어, 제2 온도값 = 제3 온도값인 경우, 제2 전류 감쇄 비율과 제3 전류 감쇄 비율을 비교하여, 제2 전류 감쇄 비율이 더 크면 제2 전류 감쇄 비율을 제2 온도값에 대한 대표 감쇄 비율로 설정하고, 제3 전류 감쇄 비율이 더 크면 제3 전류 감쇄 비율을 제2 온도값에 대한 대표 감쇄 비율로 설정한다.
이와 함께 또는 별개로, 제어부(140)는 나머지 온도값 각각에 연관된 전류 감쇄 비율을 해당 온도값의 대표 감쇄 비율로 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 온도값 < 제2 온도값 = 제3 온도값 < 제4 온도값인 경우, 제1 전류 감쇄 비율을 제1 온도값에 대한 대표 감쇄 비율로 설정하고, 제4 전류 감쇄 비율을 제4 온도값에 대한 대표 감쇄 비율로 설정할 수 있다.
단계 1130에서 제어부(140)는 제1 내지 제4 전류 감쇄 비율을 제1 내지 제4 온도값 각각에 대한 대표 감쇄 비율로 설정한다. 즉, 제1 전류 감쇄 비율을 제1 온도값에 대한 대표 감쇄 비율로, 제2 전류 감쇄 비율을 제2 온도값에 대한 대표 감쇄 비율로, 제3 전류 감쇄 비율을 제3 온도값에 대한 대표 감쇄 비율로, 제4 전류 감쇄 비율을 제4 온도값에 대한 대표 감쇄 비율로 설정한다.
단계 1120 또는 단계 1130을 통해 설정된 온도별 대표 감쇄 비율은 메모리부(150)에 저장될 수 있다.
도 12는 상기와 같은 과정을 통해 메모리부(150)에 저장된 온도별 대표 감쇄 비율에 기초해 배터리(10)의 방전 전류를 제한하는 방법의 단계들을 순차적으로 도시한 순서도이다.
다음으로, 도 12를 참조하면, 단계 1210에서 제어부(140)는 배터리(10)의 현재 충전 상태값을 추정한다. 예컨대, 제어부(140)는 전압 측정부(110), 전류 측정부(120) 및 온도 측정부(130)에 의해 측정되는 배터리(10)의 전압값, 전류값 및 온도값에 기초해 배터리(10)의 현재 충전 상태값을 추정할 수 있다.
단계 1220에서 제어부(140)는 배터리(10)의 현재 전압이 방전 설정 전압값 이하인지 판정한다. 단계 1220의 판정 결과가 "YES"인 경우 단계 1230으로 진행한다.
단계 1230에서 제어부(140)는 메모리부(150)에 기 저장된 대표 감쇄 비율들 중에서 배터리(10)의 현재 충전 상태값 및 온도값에 미리 매핑된 어느 한 대표 감쇄 비율을 획득한다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 현재 충전 상태값과 온도값이 각각 20%와 10도인 경우, 메모리부(150)로부터 K1%가 획득될 수 있다.
단계 1240에서 제어부(140)는 획득된 대표 감쇄 비율을 이용하여, 배터리(10)의 방전 전류의 상한값을 결정한다. 예컨대, 현재 충전 상태값에 매핑된 최대 방전 전류값이 360A이면서 단계 1230을 통해 획득된 대표 감쇄 비율이 80%인 경우, 360A ×(100% - 80%) = 72A가 상한값으로 결정될 수 있다. 제어부(140)는 결정된 상한값 이하로 방전 전류를 제한할 수 있다. 예컨대, 제어부(140)는 현재의 방전 전류와 상기 상한값 간의 차이에 기초해 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 결정하고, 결정된 주파수를 알리는 신호를 통신 인터페이스(160)를 통해 제어시스템(210)으로 전송할 수 있다. 제어시스템(210)은 제어부(140)로부터 전송된 듀티비에 따라 배터리(10)와 부하(230) 사이에 연결된 스위칭 소자의 턴온과 턴오프를 조절함으로써, 최종적으로 배터리(10)의 방전 전류가 상기 상한값을 초과하지 않도록 할 수 있다. 단계 1240에 의해 상한값이 결정되면, 제어부(140)는 단계 1210로 회귀할 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 12를 참조하여 배터리(10)의 방전 전류를 제한하는 장치(100)의 동작 즉, 과방전 보호 동작을 중심으로 설명하였으나, 장치(100)는 배터리(10)의 충전 전류를 제한하기 위한 동작 즉, 과충전 보호 동작을 실행할 수 있음은 물론이다.
보다 상세하게는, 충전 커브 모델들은, 도 3을 참조하여 전술한 방전 커브 모델들을 얻기 위한 정전류 방전 시험과 유사하게 얻을 수 있다. 즉, 배터리(10)의 미리 정해진 충전 상태값별로 동일한 온도를 유지한 상태로 정전류 충전 시험을 시행하여 복수의 충전 커브 모델들을 얻을 수 있다. 이때, 각 정전류 충전 실험에서 사용되는 충전 전류의 크기는 HPPC 법으로 정한 최대 충전 전류 값을 설정한다.
과방전 보호와 관련된 감쇄 전류값을 결정하는 데에 이용되는 수학식 2를 과충전 보호와 관련된 감쇄 전류값을 결정하는 데에 이용하고자 하는 경우, 이미 설명된 ID_ derate, Vmin, VD_set, ID_max, (dR/dt)D_max, ΔtD는 각각 IC_ derate, Vmax, VC_set, IC_max, (dR/dt)C_max, ΔtC 로 치환될 수 있다. IC_ derate는 과충전 보호와 관련된 감쇄 전류값, Vmax은 충전 상한 전압, VC_set은 충전 설정 전압, IC_max은 최대 충전 전류값, (dR/dt)C_max은 전압 급증 구간인 Vmax ~ VC_set에 나타나는 (dR/dt)의 최대값, ΔtC은 충전 커브 모델이 충전 설정 전압 VC_set과 만나는 시점부터 충전 상한 전압 Vmax와 만나는 시점까지의 시간 변화량이다. 과충전 보호 동작과 관련된 위 파라미터들과 함께 충전 커브 모델들 역시 메모리부(150)에 미리 저장될 수 있다.
예를 들어, 제1 충전 커브 모델은 제1 충전 조건 하에서 제1 충전 상태값을 가지는 배터리(10)의 시간에 따른 전압 변화를 정의하는 것이고, 제2 충전 커브 모델은 제2 충전 조건 하에서 제2 충전 상태값을 가지는 배터리(10)의 시간에 따른 전압 변화를 정의하는 것일 수 있다. 도 3을 참조하여 전술한바와 유사하게, 제1 충전 조건은 지정된 온도(예, 25도)에서 제1 충전 상태값에 대응하는 제1 최대 충전 전류값으로 배터리(10)를 충전 상한 전압 이상까지 충전시키는 것이고, 제2 충전 조건은 제1 충전 조건과 동일한 온도에서 제2 충전 상태값에 대응하는 제2 최대 충전 전류값으로 배터리(10)를 충전 상한 전압 이상까지 충전시키는 것일 수 있다.
제어부(140)는 메모리부(150)에 미리 저장된 제2 전류맵을 이용하여 충전 상태별 최대 방전 전류값을 결정할 수 있다. 여기서, 제2 전류맵은, 제1 전류맵과 유사하게, 복수의 충전 상태값들 각각에 연관되는 최대 충전 전류값을 정의하는 룩업 테이블 등을 형식을 가지는 데이터 구조일 수 있다. 배터리(10)의 충전 상태가 일정하다면 제2 전류맵에 의해 IC_max 역시 일정한 값이다. 따라서, 제어부(140)는, 전압 급증 구간 내에서의 전압 변화율 dV/dt을 이용하여, 충전 커브 모델별 (dR/dt)C_max를 결정할 수도 있다.
즉, 과방전 보호 동작과 과충전 보호 동작은 단지 배터리(10)가 충전 중인지 방전 중인지에 따라 구분되는 것이므로, 과방전 보호 동작과 관련된 실시예들은 관련 파라미터만을 달리하여 과충전 보호 동작을 실행하는 데에 적용될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 양태를 설명함에 있어서, '~부'라고 명명된 구성 요소들은 물리적으로 구분되는 요소들이라고 하기 보다 기능적으로 구분되는 요소들로 이해되어야 한다. 따라서 각각의 구성요소는 다른 구성요소와 선택적으로 통합되거나 각각의 구성요소가 제어 로직(들)의 효율적인 실행을 위해 서브 구성요소들로 분할될 수 있다. 하지만 구성요소들이 통합 또는 분할되더라도 기능의 동일성이 인정될 수 있다면 통합 또는 분할된 구성요소들도 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 당업자에게 자명하다.
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.

Claims (12)

  1. 제1 충전 상태값에 연관된 제1 방전 커브 모델을 포함하는 복수의 방전 커브 모델들을 저장하되, 상기 제1 방전 커브 모델은 제1 방전 조건 하에서 상기 제1 충전 상태값을 가지는 배터리의 시간에 따른 전압 변화를 정의하는 메모리부; 및
    상기 메모리부와 통신 가능하게 연결되어, 상기 메모리부에 저장된 상기 제1 방전 커브 모델을 호출 가능하도록 구성된 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 제1 방전 커브 모델로부터 상기 제1 방전 커브 모델이 상기 배터리의 방전 하한 전압값보다 높게 정해진 방전 설정 전압값과 만나는 제1 시점부터 상기 방전 하한 전압값과 만나는 제2 시점까지의 제1 시간 변화량을 산출하고,
    상기 방전 하한 전압값, 상기 방전 설정 전압값 및 상기 제1 시간 변화량을 기초로, 제1 온도값에 대한 제1 감쇄 전류값을 산출하며,
    상기 제1 충전 상태값에 매핑된 제1 최대 방전 전류값에 대한 상기 제1 감쇄 전류값의 상대적 크기를 나타내는 제1 전류 감쇄 비율을 산출하고,
    상기 제1 전류 감쇄 비율을 상기 제1 충전 상태값 및 상기 제1 온도값에 연관시켜 상기 메모리부에 저장하는, 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 최대 방전 전류값, 제1 팩터 및 제2 팩터를 더 기초로, 상기 제1 감쇄 전류값을 산출하되,
    상기 제1 팩터는 상기 제1 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제1 내부 저항값이며, 상기 제2 팩터는 상기 제1 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제1 최대 저항 변화율인, 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    하기 수학식 1을 이용하여, 상기 제1 감쇄 전류값을 산출하되,
    [수학식 1]
    Figure PCTKR2017015053-appb-I000004
    상기 수학식 1에서, ID_max는 상기 제1 최대 방전 전류값이고, Vmin은 상기 방전 하한 전압이며, VD_set는 상기 방전 설정 전압이고, R0는 상기 제1 내부 저항값이며, ΔtD는 상기 제1 시간 변화량이고, (dR/dt)D_max는 상기 제1 최대 저항 변화율이며, ID_ derate는 상기 제1 감쇄 전류값인, 배터리 관리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 방전 하한 전압값, 상기 방전 설정 전압값, 상기 제1 시간 변화량, 제3 팩터 및 제4 팩터를 기초로, 제2 온도값에 대한 제2 감쇄 전류값을 산출하되, 상기 제3 팩터는 상기 제2 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제2 내부 저항값이며, 상기 제4 팩터는 상기 제2 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제2 최대 저항 변화율이고,
    상기 제1 최대 방전 전류값에 대한 상기 제2 감쇄 전류값의 상대적 크기를 나타내는 제2 전류 감쇄 비율을 산출하며,
    상기 제2 전류 감쇄 비율을 상기 제1 충전 상태값 및 상기 제2 온도값에 연관시켜 상기 메모리부에 저장하는, 배터리 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메모리부는,
    상기 제1 충전 상태값과는 상이한 제2 충전 상태값 및 상기 제2 충전 상태값에 연관된 제2 방전 커브 모델을 더 저장하되, 상기 제2 방전 커브 모델은 제2 방전 조건 하에서 상기 제2 충전 상태값을 가지는 배터리의 시간에 따른 전압 변화를 정의하고,
    상기 제어부는,
    상기 제2 방전 커브 모델로부터 상기 제2 방전 커브 모델이 상기 방전 설정 전압값과 만나는 제3 시점부터 상기 방전 하한 전압값과 만나는 제4 시점까지의 제2 시간 변화량을 산출하고,
    상기 방전 하한 전압값, 상기 방전 설정 전압값 및 상기 제2 시간 변화량을 기초로, 제3 온도값에 대한 제3 감쇄 전류값을 산출하며,
    상기 제2 충전 상태값에 매핑된 제2 최대 방전 전류값에 대한 상기 제3 감쇄 전류값의 상대적 크기를 나타내는 제3 전류 감쇄 비율을 산출하고,
    상기 제3 전류 감쇄 비율을 상기 제2 충전 상태값 및 상기 제3 온도값에 연관시켜 상기 메모리부에 저장하는, 배터리 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 최대 방전 전류값, 제5 팩터 및 제6 팩터를 더 기초로, 상기 제3 감쇄 전류값을 산출하되,
    상기 제5 팩터는 상기 제3 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제3 내부 저항값이며, 상기 제6 팩터는 상기 제3 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제3 최대 저항 변화율인, 배터리 관리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 방전 하한 전압값, 상기 방전 설정 전압값, 상기 제2 시간 변화량, 제7 팩터 및 제8 팩터를 기초로, 제4 온도값에 대한 제4 감쇄 전류값을 산출하되, 상기 제7 팩터는 상기 제4 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제4 내부 저항값이며, 상기 제8 팩터는 상기 제4 온도값에 대응하는 상기 배터리의 제4 최대 저항 변화율이고,
    상기 제2 최대 방전 전류값에 대한 상기 제4 감쇄 전류값의 상대적 크기를 나타내는 제4 전류 감쇄 비율을 산출하며,
    상기 제4 전류 감쇄 비율을 상기 제2 충전 상태값 및 상기 제4 온도값에 연관시켜 상기 메모리부에 저장하는, 배터리 관리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 온도값과 상기 제3 온도값이 동일한 경우, 상기 제2 전류 감쇄 비율 및 상기 제3 전류 감쇄 비율 중 더 큰 것을 상기 제3 온도값에 대한 대표 감쇄 비율로 설정하는, 배터리 관리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배터리의 방전 전압을 측정하는 전압 측정부;
    상기 배터리의 전류를 측정하는 전류 측정부; 및
    상기 배터리의 온도를 측정하는 온도 측정부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 전압 측정부, 상기 전류 측정부 및 상기 온도 측정부에 의해 측정되는 전압값, 전류값 및 온도값에 기초해 상기 배터리의 현재 충전 상태값을 추정하고,
    상기 배터리의 전압이 상기 방전 설정 전압값 이하인 경우, 상기 메모리부로부터 상기 현재 충전 상태값 및 온도값에 매핑된 대표 감쇄 비율을 획득하며,
    상기 획득된 대표 감쇄 비율을 이용하여, 상기 배터리의 방전 전류의 상한값을 결정하는, 배터리 관리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 메모리부는,
    미리 정해진 복수의 안전 기준값들을 더 저장하고,
    상기 제어부는,
    미리 정해진 규칙에 따라 상기 복수의 안전 기준값들을 상기 방전 설정 전압값에 순차적으로 할당하고,
    각 안전 기준값이 상기 방전 설정 전압값으로 설정된 상태에서, 상기 제1 전류 감쇄 비율을 산출하는, 배터리 관리 장치.
  11. 제1 충전 상태값에 연관된 제1 충전 커브 모델을 포함하는 복수의 충전 커브 모델들을 저장하되, 상기 제1 충전 커브 모델은 제1 충전 조건 하에서 상기 제1 충전 상태값을 가지는 배터리의 시간에 따른 전압 변화를 정의하는 메모리부; 및
    상기 메모리부와 통신 가능하게 연결되어, 상기 메모리부에 저장된 상기 제1 충전 커브 모델을 호출 가능하도록 구성된 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 제1 충전 커브 모델로부터 상기 제1 충전 커브 모델이 상기 배터리의 충전 상한 전압값보다 낮게 정해진 충전 설정 전압값과 만나는 제1 시점부터 상기 충전 상한 전압값과 만나는 제2 시점까지의 제1 시간 변화량을 산출하고,
    상기 충전 상한 전압값, 상기 충전 설정 전압값 및 상기 제1 시간 변화량을 기초로, 제1 온도값에 대한 제1 감쇄 전류값을 산출하며,
    상기 제1 충전 상태값에 매핑된 제1 최대 충전 전류값에 대한 상기 제1 감쇄 전류값의 상대적 크기를 나타내는 제1 전류 감쇄 비율을 산출하고,
    상기 제1 전류 감쇄 비율을 상기 제1 충전 상태값 및 상기 제1 온도값에 연관시켜 상기 메모리부에 저장하는, 배터리 관리 장치.
  12. 미리 저장된 복수의 방전 커브 모델들 중, 제1 충전 상태값에 연관된 제1 방전 커브 모델을 호출하는 단계로서, 상기 제1 방전 커브 모델은 제1 방전 조건 하에서 상기 제1 충전 상태값을 가지는 배터리의 시간에 따른 전압 변화를 정의하는 것인 단계;
    상기 제1 방전 커브 모델로부터 상기 제1 방전 커브 모델이 상기 배터리의 방전 하한 전압값보다 높게 정해진 방전 설정 전압값과 만나는 제1 시점부터 상기 방전 하한 전압값과 만나는 제2 시점까지의 제1 시간 변화량을 산출하는 단계;
    상기 방전 하한 전압값, 상기 방전 설정 전압값, 상기 제1 시간 변화량, 제1 팩터 및 제2 팩터를 기초로, 제1 온도값에 대한 제1 감쇄 전류값을 산출하는 단계로서, 상기 제1 팩터는 상기 제1 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제1 내부 저항값이며, 상기 제2 팩터는 상기 제1 온도값에 매핑된 상기 배터리의 제1 최대 저항 변화율인 단계;
    상기 제1 충전 상태값에 매핑된 제1 최대 방전 전류값에 대한 상기 제1 감쇄 전류값의 상대적 크기를 나타내는 제1 전류 감쇄 비율을 산출하는 단계; 및
    상기 제1 전류 감쇄 비율을 상기 제1 충전 상태값 및 상기 제1 온도값에 연관시켜 상기 메모리부에 저장하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 관리 방법.
PCT/KR2017/015053 2017-01-24 2017-12-19 배터리 관리 장치 및 방법 WO2018139764A2 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018556930A JP6682658B2 (ja) 2017-01-24 2017-12-19 バッテリー管理装置及び方法
CN201780030043.6A CN109155446B (zh) 2017-01-24 2017-12-19 用于管理电池的装置和方法
US16/093,793 US11125825B2 (en) 2017-01-24 2017-12-19 Apparatus and method for managing battery
PL17894348.6T PL3444888T3 (pl) 2017-01-24 2017-12-19 Urządzenie i sposób zarządzania akumulatorem
EP17894348.6A EP3444888B1 (en) 2017-01-24 2017-12-19 Apparatus and method for managing battery

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170011227A KR102066703B1 (ko) 2017-01-24 2017-01-24 배터리 관리 장치 및 방법
KR10-2017-0011227 2017-01-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2018139764A2 true WO2018139764A2 (ko) 2018-08-02
WO2018139764A3 WO2018139764A3 (ko) 2018-10-04

Family

ID=62979120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/015053 WO2018139764A2 (ko) 2017-01-24 2017-12-19 배터리 관리 장치 및 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11125825B2 (ko)
EP (1) EP3444888B1 (ko)
JP (1) JP6682658B2 (ko)
KR (1) KR102066703B1 (ko)
CN (1) CN109155446B (ko)
PL (1) PL3444888T3 (ko)
WO (1) WO2018139764A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111487541A (zh) * 2019-01-25 2020-08-04 宏碁股份有限公司 判断电量状态的方法及其电子装置

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3537730A1 (en) * 2018-03-09 2019-09-11 Oticon A/s A method for updating a discharge battery profile
KR102656481B1 (ko) * 2018-11-06 2024-04-11 삼성에스디아이 주식회사 셀의 발화 억제 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램
TWI687701B (zh) * 2018-12-05 2020-03-11 宏碁股份有限公司 判斷電量狀態的方法及其電子裝置
US11183862B2 (en) * 2018-12-11 2021-11-23 Hyundai Motor Company System of controlling output of high voltage battery for eco-friendly vehicle
US11001155B2 (en) * 2019-01-14 2021-05-11 Sf Motors, Inc. Electric vehicle lithium ion battery charging system and method
WO2020149557A1 (ko) * 2019-01-18 2020-07-23 주식회사 엘지화학 배터리 관리 장치 및 방법
KR102465373B1 (ko) 2019-01-23 2022-11-08 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치, 배터리 관리 방법 및 배터리팩
CN110596612B (zh) * 2019-09-16 2021-08-24 上海理工大学 一种对面向梯次利用的退役锂电池分类方法的选取方法
US11515587B2 (en) * 2019-10-10 2022-11-29 Robert Bosch Gmbh Physics-based control of battery temperature
JP7215657B2 (ja) * 2019-10-30 2023-01-31 エルジー エナジー ソリューション リミテッド 並列マルチパックシステムの出力制御装置及び方法
TWI744721B (zh) * 2019-11-19 2021-11-01 廣達電腦股份有限公司 電池裝置及其控制方法
US11271416B2 (en) * 2019-11-20 2022-03-08 Semiconductor Components Industries, Llc Methods and apparatus for a battery
CN113495212A (zh) * 2020-03-18 2021-10-12 北京好风光储能技术有限公司 一种可维护再生电池的维护再生次数及循环寿命估测方法
TWI754943B (zh) * 2020-05-28 2022-02-11 廣達電腦股份有限公司 智慧電池裝置
CN112083338B (zh) * 2020-08-18 2023-05-05 金龙联合汽车工业（苏州）有限公司 一种燃料电池功率衰减实时监测预警方法及***
KR20220029109A (ko) 2020-09-01 2022-03-08 삼성전자주식회사 배터리 상태 추정 방법 및 장치
KR20220100331A (ko) * 2021-01-08 2022-07-15 주식회사 엘지에너지솔루션 최대 방전 전류 예측 방법 및 이를 이용한 배터리 시스템
CN114430077B (zh) * 2022-01-24 2024-06-21 宁德新能源科技有限公司 电化学装置管理方法、电子设备及电化学装置
CN115123018B (zh) * 2022-07-25 2024-06-18 潍柴动力股份有限公司 车辆的纯电模式限扭控制方法、装置、电子设备及介质
CN117054916B (zh) * 2023-07-27 2024-06-11 小米汽车科技有限公司 动力电池的异常检测方法、***及云端服务器

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3431867B2 (ja) 1999-09-21 2003-07-28 松下電器産業株式会社 電池電源装置及びこれを用いた電動機器
TW535308B (en) 2000-05-23 2003-06-01 Canon Kk Detecting method for detecting internal state of a rechargeable battery, detecting device for practicing said detecting method, and instrument provided with said
JP2005224013A (ja) 2004-02-05 2005-08-18 Honda Motor Co Ltd 電源装置
US8617745B2 (en) * 2004-02-06 2013-12-31 A123 Systems Llc Lithium secondary cell with high charge and discharge rate capability and low impedance growth
JP2006129588A (ja) * 2004-10-28 2006-05-18 Sanyo Electric Co Ltd 二次電池の電力制御方法及び電源装置
EP1883985A1 (en) * 2005-04-27 2008-02-06 Hydrogenics Corporation Systems and methods for adaptive energy management in a fuel cell system
JP5130608B2 (ja) 2005-05-31 2013-01-30 日産自動車株式会社 電池制御装置
JP5031231B2 (ja) 2005-12-09 2012-09-19 株式会社Ｎｔｔファシリティーズ 放電時間算出装置及び放電時間算出方法
US7446505B2 (en) * 2006-08-24 2008-11-04 Symbol Technologies, Inc. System and method for calculating a state of charge of a battery
KR100906908B1 (ko) 2006-12-11 2009-07-08 현대자동차주식회사 하이브리드 전기 차량의 배터리 충전량 제어 방법
FR2917178B1 (fr) * 2007-06-07 2009-09-04 Peugeot Citroen Automobiles Sa Systeme et procede de determination de la perte de capacite et de l'energie d'une batterie.
JP5106272B2 (ja) * 2008-06-30 2012-12-26 パナソニック株式会社 劣化判定回路、電源装置、及び二次電池の劣化判定方法
DE102008034461A1 (de) * 2008-07-24 2010-01-28 Ford Global Technologies, LLC, Dearborn Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Betriebszustandes einer Fahrzeugbatterie
US10132870B2 (en) * 2009-04-24 2018-11-20 Dell Products L.P. Dynamic discharging to detect derated battery cells
KR101232786B1 (ko) 2009-12-30 2013-02-13 주식회사 엘지화학 배터리 팩 관리 장치 및 방법
CN102340165B (zh) 2010-07-26 2015-02-11 *** 电动力汽车电源管理***
CN101975927B (zh) 2010-08-27 2012-09-05 华南师范大学 一种估算锂离子动力电池组剩余可用容量的方法
CN102411126B (zh) * 2010-09-21 2014-07-16 光宝科技股份有限公司 电池测量方法及装置
KR101238478B1 (ko) 2011-01-16 2013-03-04 김득수 배터리 잔존 용량 측정 방법
US9252624B2 (en) * 2011-06-10 2016-02-02 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Battery control device and battery system
CN102355021A (zh) * 2011-09-26 2012-02-15 惠州市亿能电子有限公司 一种电动汽车电池充放电电流控制方法
CN104396082B (zh) * 2012-04-13 2017-09-22 株式会社Lg化学 用于包括混合正极材料的二次电池的电池***及其管理设备和方法
JP5946955B2 (ja) 2012-04-30 2016-07-06 エルジー・ケム・リミテッド 二次電池のパラメータ推定装置及び方法
KR101621123B1 (ko) * 2012-05-15 2016-05-13 삼성에스디아이 주식회사 배터리 관리 시스템
CN104471414B (zh) * 2012-05-24 2017-04-05 日立汽车***株式会社 电池控制装置
WO2013187582A1 (ko) 2012-06-13 2013-12-19 주식회사 엘지화학 혼합 양극재를 포함하는 이차 전지의 충전 상태 추정 장치 및 방법
JP5354416B1 (ja) 2012-11-05 2013-11-27 東洋システム株式会社 二次電池評価方法および評価プログラム
KR101432536B1 (ko) 2013-03-06 2014-08-25 국방과학연구소 집합 전지의 soc 산출 방법
KR102082866B1 (ko) * 2013-04-18 2020-04-14 삼성에스디아이 주식회사 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법
KR101418883B1 (ko) 2013-06-24 2014-07-21 자동차부품연구원 차량용 배터리의 시동저항 산출 시스템 및 그 방법
KR101854218B1 (ko) 2013-10-22 2018-05-03 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩, 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장 시스템, 배터리 팩의 충전 방법
GB201407805D0 (en) * 2014-05-02 2014-06-18 Dukosi Ltd Battery condition determination
CN104166102B (zh) 2014-08-22 2017-02-22 科力远混合动力技术有限公司 车用动力电池组的soc使用区间的判定方法
KR102267626B1 (ko) * 2014-11-20 2021-06-22 삼성전자주식회사 전자 장치 및 전자 장치에서의 배터리 관리 방법
KR101846642B1 (ko) * 2015-02-02 2018-04-06 주식회사 엘지화학 이차 전지의 저항 팩터 결정 방법, 상기 저항 팩터를 이용한 충전 출력 추정 장치 및 방법
GB2543031A (en) * 2015-09-29 2017-04-12 Intelligent Energy Ltd Fuel cell system controller and associated method
KR101836577B1 (ko) * 2015-11-30 2018-04-20 현대자동차주식회사 차량의 고전압배터리 충전 제어방법 및 시스템

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111487541A (zh) * 2019-01-25 2020-08-04 宏碁股份有限公司 判断电量状态的方法及其电子装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20190178951A1 (en) 2019-06-13
JP6682658B2 (ja) 2020-04-15
KR20180087039A (ko) 2018-08-01
EP3444888A4 (en) 2019-07-24
WO2018139764A3 (ko) 2018-10-04
JP2019515621A (ja) 2019-06-06
CN109155446A (zh) 2019-01-04
CN109155446B (zh) 2021-10-19
EP3444888B1 (en) 2020-10-21
EP3444888A2 (en) 2019-02-20
US11125825B2 (en) 2021-09-21
KR102066703B1 (ko) 2020-01-15
PL3444888T3 (pl) 2021-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018139764A2 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
WO2018105881A1 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
WO2017082705A1 (ko) 이차 전지의 출력 파라미터를 조정하는 시스템 및 그 방법
WO2018235995A1 (ko) 전기자동차용 배터리의 열화 발생을 저감하면서 고속충전과 최대방전을 수행하기 위한 방법 및 그 장치
WO2017034277A1 (ko) 이차 전지의 퇴화도 추정 장치 및 방법
WO2019027190A1 (ko) 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩
WO2019117607A1 (ko) 배터리 팩의 음극 컨택터 진단 장치 및 방법
WO2020153637A1 (ko) 배터리 관리 장치, 배터리 관리 방법 및 배터리 팩
WO2021006708A1 (ko) 배터리 팩의 상태 진단 장치 및 방법
WO2021118118A1 (ko) 배터리 퇴화도 진단 장치 및 방법
WO2022019664A1 (ko) 병렬 멀티 팩 모듈의 출력 제어 장치 및 방법
WO2022154498A1 (ko) 배터리 뱅크 전력 제어 장치 및 방법
WO2021080161A1 (ko) 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 관리 방법
WO2020189919A1 (ko) 배터리 상태 추정 장치
WO2021118049A1 (ko) 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치 및 방법
WO2018194225A1 (ko) 배터리 모니터링 및 보호 시스템
WO2020130430A1 (ko) 이차 전지 팩의 충전 제어 장치 및 방법
WO2022075708A1 (ko) 배터리 상태 진단 장치 및 방법
WO2022092827A1 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
WO2020166914A1 (ko) 충전 상태 추정 장치 및 방법
WO2020145768A1 (ko) 배터리 팩 진단 장치
WO2022215962A1 (ko) 배터리 진단 장치 및 방법
WO2022092553A1 (ko) 배터리 분배 장치
WO2021066357A1 (ko) 배터리 관리 장치
WO2021060900A1 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018556930

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2017894348

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017894348

Country of ref document: EP

Effective date: 20181115

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17894348

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE