WO2022092827A1 - 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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차아밍
배윤정
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LG Energy Solution Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a battery management apparatus and method, and more particularly, to a battery management apparatus and method capable of determining a type of a side reaction occurring in a battery cell and setting operating conditions of the battery cell.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and determines the type of side reaction generated in the battery based on the voltage deviation and capacity deviation of the battery at different time points, and sets the operating conditions of the battery appropriately.
  • An object of the present invention is to provide an apparatus and method for managing a battery capable of being used.
  • a battery management apparatus is configured to measure a first voltage of a battery cell at a first time point, and measure a second voltage and a second capacity of the battery cell at a second time point after the first time point measuring unit; and calculating a voltage deviation between the first voltage and the second voltage, calculating a capacity deviation between the first capacity corresponding to the first voltage and the second capacity, and based on the voltage deviation and the capacity deviation, the and a control unit configured to determine a positive side reaction factor and a negative side reaction factor for the battery cell, and to determine a type of side reaction of the battery cell based on the positive side reaction factor and the negative side reaction factor.
  • the controller is configured to calculate a voltage-based capacity corresponding to the voltage deviation based on a battery profile indicating a correspondence relationship between the SOC of the battery cell and a voltage, and according to the first voltage, the voltage-based capacity or the voltage-based capacity; and determine the anode side reaction factor based on the capacity deviation.
  • the control unit may be configured to estimate a first SOC corresponding to the first voltage, compare the estimated first SOC with a preset reference SOC, and determine a positive negative reaction factor of the battery cell to correspond to the comparison result. there is.
  • the controller may be configured to determine the anode side reaction factor based on the voltage-based capacity when the first SOC is equal to or greater than the reference SOC.
  • the controller may be configured to determine the anode side reaction factor based on a difference between the voltage-based capacity and the calculated capacity deviation when the first SOC is less than the reference SOC.
  • the controller may be configured to set, as the reference SOC, an SOC at a point where a negative electrode flattening period starts in a differential profile representing a correspondence relationship between the SOC of the battery cell and a differential voltage with respect to the SOC.
  • the controller may be configured to determine a target peak included in a predetermined SOC section in the differential profile, and set an SOC corresponding to the determined target peak as the reference SOC.
  • the control unit may be configured to determine a negative side reaction factor for the battery cell based on the capacity deviation.
  • the control unit calculates a side reaction reference value based on the positive side reaction factor and the negative side reaction factor, compares the calculated side reaction reference value with a preset side reaction reference value, and determines the type of side reaction of the battery cell according to the comparison result. Or it may be configured to determine the negative side reaction.
  • the controller may be configured to set an operating condition for the battery cell based on the type of side reaction determined for the battery cell.
  • the controller may be configured to decrease at least one of an upper limit SOC and an upper limit voltage for the battery cell when it is determined that the type of the side reaction of the battery cell is the positive side reaction.
  • the controller may be configured to decrease an upper limit temperature of the battery cell when it is determined that the type of the side reaction of the battery cell is the negative side reaction.
  • the battery management apparatus may further include a discharge unit configured to discharge the battery cell at the second time point.
  • the measuring unit may be configured to measure the second capacity by measuring an amount of discharge current of the battery cell while the battery cell is discharged at the second time point.
  • the battery cell may be configured to maintain a predetermined temperature or more from the first time point to the second time point.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include the battery management apparatus according to an aspect of the present invention.
  • a battery management method includes a first measuring step of measuring a first voltage of a battery cell at a first time point; a second measurement step of measuring a second voltage and a second capacity of the battery cell at a second time point after the first time point; a voltage deviation and capacity deviation calculating step of calculating a voltage deviation between the first voltage and the second voltage and calculating a capacity deviation between the first capacitance corresponding to the first voltage and the second capacity; a side reaction factor determining step of determining a positive side reaction factor and a negative side reaction factor for the battery cell based on the voltage deviation and the capacity deviation; and a side reaction type determination step of determining a type of a side reaction of the battery cell based on the positive side reaction factor and the negative side reaction factor.
  • the type of side reaction generated in the battery cell can be determined based on the voltage deviation of the battery cell and the capacity deviation of the battery cell at both time points.
  • an optimal operating condition for the battery cell can be set to correspond to the type of side reaction determined for the battery cell.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a battery profile according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a change in the capacity of a battery cell at each time point according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a differential profile according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating side reactions that may occur in a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a battery management method according to another embodiment of the present invention.
  • a term such as a control unit described in the specification means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery management apparatus 100 may include a measurement unit 110 and a control unit 120 .
  • the measurement unit 110 measures a first voltage of the battery cell at a first time point T1 and measures a second voltage and a second capacity of the battery cell at a second time point T2 after the first time point T1 can be configured to
  • the battery includes a negative terminal and a positive terminal, and refers to one physically separable independent cell.
  • a lithium ion battery or a lithium polymer battery may be considered a battery.
  • the second time point T2 is different from the first time point T1 , and may be a time point after a predetermined time has elapsed from the first time point T1 . That is, the measuring unit 110 measures the voltage (first voltage) of the battery cell at the first time point T1, and then the voltage (second voltage) and capacity (second voltage) of the battery cell at the second time point T2. capacity) can be measured.
  • the first time point T1 may be a time point at which the storage of the battery cells is started
  • the second time point T2 may be a time point at which the storage of the battery cells is finished.
  • the measurement unit 110 may measure the voltage of the battery cell at the storage start time and the storage end time of the battery cell, and measure the remaining capacity of the battery cell at the storage end time point.
  • the measurement unit 110 may measure an open circuit voltage (OCV) of the battery cell at the first time point T1 and the second time point T2 .
  • OCV open circuit voltage
  • the battery profile BP may include a full cell profile FP, a positive electrode profile PP, and a negative electrode profile NP for the battery cell.
  • the full cell profile FP is a profile indicating the correspondence between the voltage of the battery cell and the SOC.
  • the positive electrode profile PP is a profile representing the correspondence between the positive electrode voltage of the battery cell and the SOC of the battery cell.
  • the negative electrode profile NP is a profile representing the correspondence between the negative voltage of the battery cell and the SOC of the battery cell.
  • B1 may be a battery cell at a first time point T1
  • B2 may be a battery cell at a second time point T2
  • the measurement unit 110 measures the first voltage of the battery cell B1 at the first time point T1 as 4.1 [V], and sets the second voltage of the battery cell B2 at the second time point T2 to 4.0 [V]. V] can be measured.
  • the controller 120 may be configured to calculate a voltage deviation between the first voltage and the second voltage.
  • control unit 120 may be connected to the measurement unit 110 so as to be able to communicate through wired and/or wireless.
  • the controller 120 may receive the first voltage and the second voltage from the measurement unit 110 , and may calculate a voltage deviation between the received first voltage and the second voltage.
  • the controller 120 may calculate a voltage deviation by calculating an expression of “first voltage-second voltage”.
  • the controller 120 may calculate the equation of “4.1 [V]-4.0 [V]” to calculate the voltage deviation as 0.1 [V].
  • the controller 120 may be configured to calculate a capacity deviation between the first capacity and the second capacity corresponding to the first voltage.
  • the controller 120 may calculate a capacity deviation by calculating a formula of “first capacity-second capacity”.
  • the controller 120 may estimate the first SOC corresponding to the first voltage using the battery profile BP. Then, the controller 120 calculates the first capacity corresponding to the first voltage by using the capacity (eg, the rated capacity of the battery cell) and the estimated first SOC of the battery cell in the beginning of life (BOL) state. can do. For example, when the capacity of the BOL battery cell is Q0 and the estimated first SOC is 90%, the controller 120 may calculate “Q0 ⁇ 0.9” as the first capacity.
  • the capacity eg, the rated capacity of the battery cell
  • BOL beginning of life
  • the second capacity of the battery cell may be the remaining capacity of the battery cell at the second time point T2 .
  • the battery management apparatus 100 may further include a discharge unit 130 .
  • the discharge unit 130 may be provided in the battery management apparatus 100 , and an operating state may be controlled by the control unit 120 .
  • the discharging unit 130 may be configured to form a discharging path capable of discharging the battery cells when receiving a discharging command for the battery cells from the control unit 120 .
  • the discharge unit 130 includes a resistor (not shown) and a switching element (not shown), and when the switching element is controlled to be turned on by the controller 120 , the battery cell may be discharged. Thereafter, when the switching element is controlled to be turned off by the controller 120 , discharge of the battery cells may be terminated.
  • the switching element is an element whose operating state can be controlled by the controller 120, it may be applied without limitation.
  • a contactor, a relay, a field effect transistor (FET), or a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) may be applied to the switching device.
  • FET field effect transistor
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the measurement unit 110 may be configured to measure the second capacity by measuring the amount of discharge current of the battery cell while the battery cell is being discharged at the second time point T2 .
  • the measurement unit 110 may measure the second capacity of the battery cell by accumulating the amount of discharge current output from the battery cell while the battery cell is being discharged.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a change in the capacity of a battery cell at each time point according to an embodiment of the present invention.
  • B0 may be a battery cell in the BOL state, and Q0 may be the maximum capacity of the battery cell B0 in the BOL state.
  • B1 may be a battery cell at the first time point T1
  • Q1 may be the capacity of the battery cell B1 at the first time point T1 .
  • B2 may be a battery cell at the second time point T2, and Q2 may be the capacity of the battery cell B2 at the second time point T2.
  • the first capacity preset for the battery cell may be Q0
  • the second capacity of the battery cell may be Q3.
  • the units of Q0, Q1, and Q2 may be [mAh].
  • the controller 120 may be configured to calculate the capacity deviation Qi based on a difference between the first capacity and the second capacity of the battery cell. Specifically, the controller 120 may calculate the capacity deviation Qi of the battery cell by calculating the formula of “first capacity-second capacity”.
  • the controller 120 calculates the formula “Q1-Q2” to calculate the capacity deviation Qi of the battery cells.
  • the controller 120 may be configured to determine a positive side reaction factor and a negative side reaction factor for the battery cell based on the voltage deviation and the capacity deviation.
  • the positive side reaction factor may be a numerical value of the positive side reaction generated in the battery cell
  • the negative side reaction factor may be a value obtained by quantifying the negative side reaction generated in the battery cell.
  • the positive side reaction factor and the negative side reaction factor are values related to the capacity of the battery cell, and the unit may be the same [mAh] as the capacity unit of the battery cell.
  • controller 120 determines the positive side reaction factor and the negative side reaction factor for the battery cell based on the voltage deviation and the capacity deviation will be described later.
  • control unit 120 may be configured to determine the type of side reaction of the battery cell based on the positive side reaction factor and the negative side reaction factor.
  • control unit 120 may determine the type of side reaction that occurs more frequently in the battery cell in consideration of the positive side reaction factor and the negative side reaction factor.
  • control unit 120 may specifically classify and diagnose the type of side reaction that occurs more in the battery cell.
  • the controller 120 may be configured to calculate a side reaction reference value based on the positive side reaction factor and the negative side reaction factor.
  • the controller 120 may calculate a formula of “positive side reaction factor ⁇ negative side reaction factor” to calculate a side reaction reference value.
  • control unit 120 may compare the calculated side reaction reference value with a preset side reaction reference value.
  • the side reaction reference value is a preset value, and may be a value indicating a criterion for classifying a side reaction type of a battery cell into a positive side reaction or a negative side reaction according to the side reaction reference value.
  • the side reaction reference value may be preset to 0.5.
  • control unit 120 may be configured to determine the type of the side reaction of the battery cell as a positive side reaction or a negative side reaction according to the comparison result of the side reaction reference value and the side reaction reference value.
  • the controller 120 may determine the type of side reaction of the battery cell as a positive side reaction. As another example, when the side reaction reference value is less than the reference value, the controller 120 may determine the type of side reaction of the battery cell as a negative side reaction.
  • control unit 120 determines the type of side reaction of the battery cell using the ratio of the positive side reaction factor to the negative side reaction factor, but the control unit 120 controls the positive side reaction factor and the negative side reaction factor.
  • the type of side reaction of the battery cell may be determined based on the comparison between the difference value and another preset reference value.
  • the cause of the anode side reaction and the cathode side reaction generated in the battery cell may be different, and operating conditions for preventing further side reactions from occurring may be different. Accordingly, in the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, the voltage deviation of the battery cells and the capacity deviation Qi of the battery cells at both time points (the first time point T1 and the second time point T2) Based on this, there is an advantage in that the type of side reaction generated in the battery cell can be specifically determined.
  • control unit 120 provided in the battery management apparatus 100 is a processor, an application-specific integrated circuit (ASIC), other chipsets, logic circuits, and registers known in the art to execute various control logics performed in the present invention.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the controller 120 may be implemented as a set of program modules.
  • the program module may be stored in the memory and executed by the controller 120 .
  • the memory may be inside or outside the control unit 120 , and may be connected to the control unit 120 by various well-known means.
  • the battery management apparatus 100 may further include a storage unit 140 .
  • the storage unit 140 may store data necessary for each component of the battery management apparatus 100 to perform an operation and function, a program or data generated while an operation and a function are performed.
  • the storage unit 140 is not particularly limited in its type as long as it is a known information storage means capable of writing, erasing, updating and reading data.
  • the information storage means may include RAM, flash memory, ROM, EEPROM, registers, and the like.
  • the storage unit 140 may store program codes in which processes executable by the control unit 120 are defined.
  • the storage 140 may store the battery profile BP according to the embodiment of FIG. 2 in advance.
  • the storage unit 140 stores the BOL capacity Q0 of the battery cell B0 in the BOL state according to the embodiment of FIG. 3 , the voltage and capacity Q1 of the battery cell B1 at the first time point T1 , and The voltage and capacity Q2 of the battery cell B2 at the second time point T2 may be stored.
  • controller 120 calculates the voltage-based capacity from the voltage difference between the voltage of the battery cell B1 at the first time point T1 and the voltage of the battery cell B2 at the second time point T2 explain about
  • the controller 120 may be configured to calculate a voltage-based capacity corresponding to a voltage deviation based on a battery profile BP indicating a correspondence relationship between an SOC of a battery cell and a voltage.
  • the control unit 120 controls the first SOC corresponding to the voltage of the battery cell B1 at the first time point T1 and the battery cell B2 at the second time point T2.
  • a second SOC corresponding to the voltage may be estimated.
  • the controller 120 may estimate the first SOC corresponding to the first voltage 4.1 [V] of the battery cell B1 at the first time point T1 as 90%.
  • the controller 120 may estimate the second SOC corresponding to the second voltage 4.0 [V] of the battery cell B2 at the second time point T2 as 80%.
  • the controller 120 controls between the first SOC corresponding to the voltage of the battery cell B1 at the first time point T1 and the second SOC corresponding to the voltage of the battery cell B2 at the second time point T2.
  • the SOC deviation can be calculated.
  • the controller 120 may calculate the SOC deviation between the first SOC (90%) and the second SOC (80%) as 10%.
  • the controller 120 may calculate the voltage-based capacity corresponding to the SOC deviation based on the BOL capacity Q0 of the BOL battery cell B0. For example, in the embodiment of FIG. 2 , the controller 120 may calculate the voltage-based capacity corresponding to the SOC deviation (10%) based on the BOL capacity Q0 of the BOL battery cell B0.
  • the controller 120 controls the capacity corresponding to the first SOC of the battery cell B1 at the first time point T1 and the capacity corresponding to the second SOC of the battery cell B2 at the second time point T2. can be calculated individually. Also, the controller 120 may calculate a voltage-based capacity by calculating a difference between the capacity corresponding to the first SOC and the capacity corresponding to the second SOC.
  • controller 120 determines the anode side reaction factor
  • the control unit 120 may be configured to determine the anode side reaction factor based on the voltage-based capacity or the voltage-based capacity and the capacity deviation Qi according to the first voltage.
  • the controller 120 may estimate the first SOC corresponding to the first voltage.
  • the first voltage may be a voltage value measured by the measurement unit 110 as the voltage of the battery cell B1 at the first time point T1 .
  • the controller 120 may estimate the first SOC corresponding to the first voltage by using the battery profile BP.
  • the controller 120 may compare the estimated first SOC with a preset reference SOC.
  • the reference SOC may be preset to an SOC that starts not being affected by the negative electrode of the battery cell.
  • SOC 58% may be preset as the reference SOC. Details of the control unit 120 setting the reference SOC will be described later.
  • the control unit 120 may be configured to determine the positive side reaction factor of the battery cell to correspond to the comparison result of the first SOC and the reference SOC.
  • control unit 120 may be configured to determine the anode side reaction factor based on the voltage-based capacity corresponding to the voltage deviation.
  • the control unit 120 determines the anode side reaction factor as a voltage-based capacity corresponding to the voltage deviation between the first voltage and the second voltage. can decide
  • the controller 120 may determine the positive side reaction factor based on a difference between the voltage-based capacity corresponding to the voltage deviation and the negative side reaction factor.
  • the control unit 120 may be configured to determine the anode side reaction factor based on a difference between the voltage-based capacity corresponding to the voltage deviation and the calculated capacity deviation Qi.
  • the controller 120 determines the anode side reaction factor based on the voltage affected by the anode side reaction.
  • a value obtained by subtracting the capacity deviation (Qi) affected by the negative side reaction from the capacity may be determined as the positive side reaction factor.
  • the controller 120 may determine the positive side reaction factor by calculating the formula of “voltage-based capacity-capacity deviation Qi”.
  • the controller 120 subtracts the capacity deviation Qi due to the negative side reaction from the voltage-based capacity calculated based on the voltage difference between the first time point T1 and the second time point T2 as the positive side reaction factor. can decide
  • the battery management apparatus 100 uses the SOC of the battery cell B1 at the first time point T1 in the process of determining the anode side reaction factor, thereby more accurately representing the anode side reaction. It has the advantage of being able to determine side-response factors. Accordingly, the battery management apparatus 100 has the advantage of more accurately determining the type of side reaction of the battery cell based on the comparison result of the positive side reaction factor and the negative side reaction factor.
  • the controller 120 may be configured to acquire a battery profile BP indicating a correspondence relationship between the SOC of the battery cell and the voltage of the battery cell.
  • the controller 120 may acquire the battery profile BP stored in the storage 140 .
  • the controller 120 may store the battery profile BP in an internal memory, and may receive the battery profile BP from the outside.
  • the controller 120 may be configured to set the SOC of the point where the negative electrode flattening period F of the battery cell starts in the obtained battery profile BP as the reference SOC.
  • the negative electrode flattening period F may mean a period in which the negative electrode voltage of the battery cell is the same or changes within a predetermined range even if the SOC of the battery cell increases in the negative electrode profile NP of the battery cell. That is, the negative electrode flattening section F means a section in which the negative electrode voltage does not change or hardly changes even when the SOC of the battery cell is increased. Such a cathode flat section F may appear at an SOC of 50% or more.
  • the negative electrode flat section F may be 58% to 100% SOC. Accordingly, the controller 120 may set SOC 58%, which is the point where the cathode flattening section F starts, as the reference SOC.
  • the controller 120 may more accurately set the reference SOC based on the differential profile indicating the correspondence between the SOC of the battery cell and the differential voltage.
  • the differential voltage may be an instantaneous rate of change of the voltage with respect to the SOC. That is, the differential voltage is a differential value of the voltage with respect to the SOC, and may be expressed as dV/dSOC.
  • the differential profile may be expressed as an X-Y graph when X is set as SOC and Y is set as differential voltage (dV/dSOC).
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a differential profile (DP) according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 4 may be a differential profile DP corresponding to the battery profile BP of FIG. 2 .
  • the controller 120 may generate the differential profile DP indicating the correspondence between the SOC and the differential voltage based on the battery profile BP.
  • the differential profile DP may be previously stored in the storage 140 , and the controller 120 may access the storage 140 to obtain the differential profile DP.
  • the controller 120 may acquire the differential profile DP by receiving the differential profile DP from the outside.
  • the controller 120 may be configured to determine a target peak TP included in a predetermined SOC section from the obtained differential profile DP.
  • the differential profile DP may include a plurality of peaks.
  • the peak is a point at which the instantaneous rate of change of the differential voltage with respect to the SOC in the differential profile DP is 0, and may be a point at which the instantaneous rate of change changes from positive to negative with respect to the peak. That is, the peak may be a point having an upward convex opening in the differential profile DP.
  • the controller 120 may determine a peak included in a predetermined SOC section among a plurality of peaks included in the differential profile DP as the target peak TP.
  • the predetermined SOC interval may be preset to include the SOC at which the negative electrode flattening interval F starts in the negative electrode profile NP of the battery cell.
  • a predetermined SOC section may be preset to a section of 50% SOC to 60% SOC.
  • the controller 120 may determine a peak located at 58% SOC among a plurality of peaks included in the differential profile DP as the target peak TP.
  • controller 120 may be configured to set the SOC corresponding to the determined target peak TP as the reference SOC.
  • the controller 120 may set SOC 58% corresponding to the target peak TP as the reference SOC. That is, the target peak TP may be a peak corresponding to a point where the negative electrode flattening period F starts in the negative electrode profile NP of the battery cell.
  • the controller 120 may set the reference SOC in consideration of both the battery profile BP and the differential profile DP.
  • the controller 120 may determine the SOC of the point where the negative electrode flattening period F starts in the negative electrode profile NP of the battery cell, and determine the SOC corresponding to the target peak TP in the differential profile DP. there is. And, when the two determined SOCs are the same, the controller 120 may set the determined SOC as the reference SOC. If the two SOCs determined by the control unit 120 are not the same, the control unit 120 may set the SOC determined based on the differential profile DP as the reference SOC.
  • controller 120 determines the negative side reaction factor
  • the controller 120 may be configured to determine a negative side reaction factor for the battery cell based on the capacity deviation.
  • the controller 120 may estimate the first SOC from the first voltage of the battery cell B1 at the first time point T1 using the battery profile BP. In addition, the controller 120 may calculate the first capacity corresponding to the first SOC based on the BOL capacity Q0 of the BOL battery cell B0.
  • the capacity of the battery cell B1 at the first time point T1 may be calculated as Q1 [mAh].
  • the controller 120 may control the discharge unit 130 to discharge the battery cell B2 at the second time point T2 . While the battery cell B2 is discharged by the discharge unit 130 , the measurement unit 110 may measure the discharge current of the battery cell B2 to calculate the discharge amount. Here, the discharge amount is the remaining capacity of the battery cell B2 at the second time point T2.
  • the measurement unit 110 may calculate the capacity of the battery cell B1 at the second time point T2 as Q2 [mAh].
  • the controller 120 may calculate a difference between the first capacity Q1 and the second capacity Q2 to calculate the capacity deviation Qi. That is, the capacity deviation Qi may be the amount of change in the capacity of the battery cell from the first time point T1 to the second time point T2. More specifically, the capacity deviation Qi may be the amount of self-discharge of the battery cell from the first time point T1 to the second time point T2.
  • the controller 120 may determine the calculated capacity deviation Qi as a negative side reaction factor for the battery cell.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating side reactions that may occur in a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • a Solid Electrolyte Interphase (SEI) S1 may be generated. Thereafter, when lithium ions (Li+) are further supplied to the negative electrode N from the electrolyte, SEI(S2) may be further generated on the surface of the generated SEI(S1). That is, when a side reaction occurs in the negative electrode N of the battery cell, since lithium ions (Li+) and electrons (e-) included in the battery cell may be irreversibly reduced, the controller 120 controls the calculated capacity A negative side reaction factor may be determined based on the deviation (Qi).
  • the controller 120 controls the capacity deviation Qi according to the difference between the capacity Q1 of the battery cell B1 at the first time point T1 and the capacity Q2 of the battery cell B2 at the second time point T2. ) may be calculated, and the calculated capacity deviation (Qi) may be determined as a negative negative reaction factor.
  • the controller 120 determines the voltage difference between the battery cells at the first time point T1 and the second time point T2. Voltage-based capacity can be determined as an anode side reaction factor.
  • the controller 120 may determine a value obtained by subtracting the capacity deviation Qi from the voltage-based capacity as the anode side reaction factor.
  • the battery management apparatus 100 determines the positive side reaction factor in consideration of the voltage of the battery cell B1 at the first time point T1 when the battery cell starts to be stored, and the battery cell is stored.
  • the negative side reaction factor may be determined in consideration of the amount of capacity change (eg, self-discharge amount) during operation. Accordingly, the battery management apparatus 100 has the advantage of being able to specifically determine the positive side reaction factor for the positive side reaction of the battery cell and the negative side reaction factor for the negative side reaction of the battery cell.
  • the controller 120 may be configured to set an operating condition for the battery cell based on the type of side reaction determined for the battery cell.
  • the controller 120 may set different operating conditions for the battery cell according to the type of side reaction of the battery cell. That is, in order to effectively prevent further deterioration of the battery cell, the controller 120 may appropriately set the operating condition of the battery cell according to the type of side reaction of the battery cell.
  • the control unit 120 when it is determined that the type of side reaction of the battery cell is a positive side reaction, the control unit 120 reduces at least one of an upper limit SOC (maximum allowable SOC) and an upper limit voltage (maximum allowable voltage) for the battery cell. can be configured.
  • an upper limit SOC maximum allowable SOC
  • an upper limit voltage maximum allowable voltage
  • control unit 120 may be configured to decrease the upper limit temperature (maximum allowable temperature) for the battery cell.
  • the controller 120 may set an optimal operating condition for the battery cell to correspond to the determined type of side reaction of the battery cell.
  • the operating conditions set in this way may be stored in the storage unit 140 and/or the control unit 120 and may be considered in the driving process of the corresponding battery cell. That is, the corresponding battery cell is operated according to the operating condition set by the controller 120 , so that an unexpected side reaction is additionally generated in the battery cell, and thus the rapid deterioration of the battery cell can be prevented.
  • the operating conditions set by the controller 120 may be stored in an external server.
  • Such an external server may induce the corresponding battery cell to be operated according to the set operating condition by transmitting the operating condition set to the device or system in which the corresponding battery cell is provided.
  • the battery cell may be configured to maintain a predetermined temperature or more from the first time point T1 to the second time point T2 .
  • the predetermined temperature may be a temperature of 40° C. or higher.
  • the electrolyte included in the battery cell may be decomposed, and lithium ions (Li+) included in the electrolyte may be supplied to the positive electrode and/or the negative electrode.
  • the high potential side (high SOC side) capacity of the positive electrode supplied with lithium ions (Li+) from the electrolyte may not be used.
  • SEI (S2) described with reference to FIG. 5 may be further generated in the negative electrode supplied with lithium ions (Li+) from the electrolyte.
  • the battery management apparatus 100 when a condition (eg, a predetermined temperature maintenance condition) in which a side reaction may occur in the storage process of a battery cell is satisfied, the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention provides a positive electrode side reaction to the battery cell. It can be specifically determined whether the occurrence is predominant or whether the occurrence of the cathodic side reaction is predominant. In addition, the battery management apparatus 100 may appropriately set operating conditions for a battery cell that satisfies the temperature maintenance condition.
  • a condition eg, a predetermined temperature maintenance condition
  • the battery management apparatus 100 may be applied to a Battery Management System (BMS). That is, the BMS according to the present invention may include the above-described battery management apparatus 100 . In this configuration, at least some of each component of the battery management apparatus 100 may be implemented by supplementing or adding functions of the configuration included in the conventional BMS. For example, the measurement unit 110 , the control unit 120 , the discharge unit 130 , and the storage unit 140 of the battery management apparatus 100 may be implemented as components of the BMS.
  • BMS Battery Management System
  • the battery management apparatus 100 may be applied to a battery storage system as well as a BMS.
  • the battery storage system may be a system capable of storing battery cells from a first time point T1 to a second time point T2.
  • the manufactured battery cells may be loaded and shipped in a storage space such as a container.
  • the battery management apparatus 100 may be applied to a battery storage system to diagnose the state of a battery cell stored in a no-load state from a first time point T1 to a second time point T2 .
  • the battery management apparatus 100 may specifically determine the type of side reaction generated in the battery cells while the battery cells are stored in a no-load state, and set an operating condition suitable for each battery cell. Accordingly, the corresponding battery cell is operated according to the operating condition set by the battery management apparatus 100 , thereby effectively preventing an additional side reaction from occurring. As a result, deterioration of the battery cell is effectively prevented, and thus, the life expectancy of the battery cell may be remarkably increased.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a battery pack 1 according to another embodiment of the present invention.
  • the battery management apparatus 100 may be provided in the battery pack 1 . That is, the battery pack 1 according to the present invention may include the battery management apparatus 100 and one or more battery cells B described above. In addition, the battery pack 1 may further include electrical equipment (relays, fuses, etc.) and a case. The battery pack 1 may be applied to a battery storage system, a vehicle, and an energy storage system (ESS).
  • ESS energy storage system
  • the measurement unit 110 may be connected to the first sensing line SL1 , the second sensing line SL2 , and the third sensing line SL3 .
  • the measurement unit 110 may measure the positive voltage of the battery cell B through the first sensing line SL1 and measure the negative voltage of the battery cell B through the second sensing line SL2 .
  • the measurement unit 110 may measure the voltage of the battery cell B by calculating a difference between the measured positive voltage and negative voltage.
  • the measurement unit 110 may be connected to the current measurement unit A through the third sensing line SL3 .
  • the current measuring unit (A) may be provided on the charging/discharging path of the battery cell (B).
  • the current measuring unit A may be an ammeter or a shunt resistor.
  • the charging/discharging path may be a high current path through which the charging current and the discharging current of the battery cell B flow. Accordingly, the measurement unit 110 measures the current of the battery cell B through the third sensing line SL3 connected to the current measurement unit A, and measures the capacity of the battery cell B based on the measured current. can be measured
  • the discharge unit 130 may include a switching element and a discharge resistor constituting a discharge path of the battery cell (B). Both ends of the discharging unit 130 may be connected to the charging/discharging path of the battery cell (B).
  • one end of the discharging unit 130 may be connected to the positive side of the battery cell B in the charging/discharging path.
  • the other end of the discharge unit 130 may be connected to the negative side of the battery cell (B) in the charge/discharge path.
  • the switching element included in the discharge unit 130 may open or close the discharge path for the battery cell B by controlling the operation state by the controller 120 .
  • the discharge unit 130 may completely discharge the battery cell B2 at the second time point T2 to an SOC of 0%.
  • the measurement unit 110 may measure the second capacity Q2 of the battery cell B.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a battery management method according to another embodiment of the present invention.
  • each step of the battery management method may be performed by the battery management apparatus 100 .
  • the content overlapping with the previously described content will be omitted or briefly described.
  • the battery management method includes a first measurement step (S100), a second measurement step (S200), a voltage deviation and capacity deviation calculation step (S300), a side reaction factor determination step (S400), and a side reaction type determination step ( S500) may be included.
  • the first measuring step S100 is a step of measuring the first voltage of the battery cell B1 at a first time point T1 , and may be performed by the measuring unit 110 .
  • the first time point T1 may be a time point immediately before the battery cell B1 is stored. That is, the measurement unit 110 may measure the first voltage of the battery cell B1 at a first time point T1 when the battery cell B1 starts to be stored.
  • the second measuring step S200 is a step of measuring a second voltage and a second capacity of the battery cell at a second time point T2 after the first time point T1 and may be performed by the measurement unit 110 . .
  • the second time point T2 may be a time point at which the storage of the battery cell B2 is completed. Similar to the process of measuring the voltage of the battery cell B1 at the first time point T1 , the measurement unit 110 may measure the voltage of the battery cell B2 at the second time point T2 .
  • the controller 120 may control the discharge unit 130 to discharge the battery cell B2 .
  • the measuring unit 110 measures the discharge current of the battery cell B2, and accumulates the measured discharge current to determine the second capacity corresponding to the discharge amount of the battery cell B2. can be measured
  • the voltage deviation and capacity deviation calculation step ( S300 ) is a step of calculating a voltage deviation between the first voltage and the second voltage and calculating a capacity deviation between the first capacity and the second capacity corresponding to the first voltage. ) can be done by
  • the controller 120 may calculate a voltage deviation by calculating the difference between the first voltage of the battery cell B1 at the first time point T1 and the second voltage of the battery cell B2 at the second time point T2. .
  • the controller 120 may calculate a voltage deviation by calculating an equation of "first voltage - second voltage".
  • the controller 120 may calculate the capacity deviation by calculating the difference between the first capacity of the battery cell B1 at the first time point T1 and the second capacity of the battery cell B2 at the second time point T2. .
  • the control unit 120 may calculate the capacity deviation by calculating a formula of “first capacity minus second capacity”.
  • the controller 120 may calculate the first capacity based on the first voltage. Specifically, the controller 120 may estimate the first SOC corresponding to the first voltage using the battery profile BP. In addition, the controller 120 may calculate the first capacity corresponding to the first voltage by using the capacity Q0 of the BOL battery cell B0 and the estimated first SOC.
  • the step of determining the side reaction factor ( S400 ) is a step of determining the positive side reaction factor and the negative side reaction factor for the battery cell based on the voltage deviation and the capacity deviation, and may be performed by the controller 120 .
  • the controller 120 controls the capacity deviation Qi according to the difference between the capacity Q1 of the battery cell B1 at the first time point T1 and the capacity Q2 of the battery cell B2 at the second time point T2. ) may be calculated, and the calculated capacity deviation (Qi) may be determined as a negative negative reaction factor.
  • the controller 120 determines the voltage difference between the battery cells at the first time point T1 and the second time point T2.
  • Voltage-based capacity can be determined as an anode side reaction factor.
  • the voltage deviation means a deviation between the first voltage of the battery cell B1 at the first time point T1 and the second voltage of the battery cell B2 at the second time point T2.
  • the controller 120 may calculate the voltage-based capacity by converting the voltage deviation into a capacity-related value using the battery profile BP.
  • the controller 120 may determine a value obtained by subtracting the capacity deviation Qi from the voltage-based capacity as the anode side reaction factor.
  • the capacity deviation Qi corresponding to the negative side reaction may be included in the voltage-based capacity. Accordingly, in order to accurately determine the anode side reaction factor, the controller 120 may determine a value obtained by subtracting the capacity deviation Qi from the voltage-based capacity as the anode side reaction factor.
  • the step of determining the side reaction type ( S500 ) is a step of determining the type of the side reaction of the battery cell based on the positive side reaction factor and the negative side reaction factor, and may be performed by the controller 120 .
  • the controller 120 may calculate a formula of “positive side reaction factor ⁇ negative side reaction factor” to calculate a side reaction reference value.
  • the controller 120 may determine the type of side reaction of the battery cell as a positive side reaction.
  • the controller 120 may determine the type of side reaction of the battery cell as a negative side reaction.
  • the battery management method according to another embodiment of the present invention may further include an operating condition setting step (not shown).
  • the operation condition setting step is a step of setting operating conditions for the battery cell based on the side reaction type determined for the battery cell after the side reaction type determination step S500 , and may be performed by the controller 120 .
  • the controller 120 may set different operating conditions for the battery cell according to the type of side reaction of the battery cell. That is, in order to effectively prevent further deterioration of the battery cell, the controller 120 may appropriately set the operating condition of the battery cell according to the type of side reaction of the battery cell.
  • the control unit 120 when it is determined that the type of side reaction of the battery cell is a positive side reaction, the control unit 120 reduces at least one of an upper limit SOC (maximum allowable SOC) and an upper limit voltage (maximum allowable voltage) for the battery cell. can be configured.
  • an upper limit SOC maximum allowable SOC
  • an upper limit voltage maximum allowable voltage
  • control unit 120 may be configured to decrease the upper limit temperature (maximum allowable temperature) for the battery cell.
  • the embodiment of the present invention described above is not implemented only through the apparatus and method, and may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded.
  • the implementation can be easily implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiments.
  • control unit 120 control unit

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 제1 시점에서 배터리 셀의 제1 전압을 측정하고, 상기 제1 시점 이후의 제2 시점에서 상기 배터리 셀의 제2 전압 및 제2 용량을 측정하도록 구성된 측정부; 및 상기 제1 전압과 상기 제2 전압 간의 전압 편차를 산출하고, 상기 제1 전압에 대응되는 제1 용량과 상기 제2 용량 간의 용량 편차를 산출하며, 상기 전압 편차 및 상기 용량 편차에 기반하여 상기 배터리 셀에 대한 양극 부반응 인자와 음극 부반응 인자를 결정하고, 상기 양극 부반응 인자 및 상기 음극 부반응 인자에 기반하여 상기 배터리 셀의 부반응의 종류를 판단하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치 및 방법
본 출원은 2020년 10월 27일 자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2020-0140726호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 셀에 발생된 부반응의 종류를 판단하고, 배터리 셀의 운용 조건을 설정할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 배터리는 고온에 노출되는 경우 양극 및 음극에서 부반응이 발생되어 가용 리튬이 손실되고, 내부 가스가 발생되어 벤팅(Venting)될 수 있는 문제가 있다. 또한, 종래에는 배터리의 용량 유지율 정보(예컨대, 비가역 용량 정보)를 이용하여 배터리의 퇴화도를 추정할 수 있었을 뿐, 용량 유지율 정보를 이용하여 배터리에서 발생된 부반응의 종류를 특정할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 서로 다른 시점에서의 배터리의 전압 편차 및 용량 편차에 기반하여 배터리에 발생된 부반응의 종류를 판단하고, 배터리의 운용 조건을 적절하게 설정할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는 제1 시점에서 배터리 셀의 제1 전압을 측정하고, 상기 제1 시점 이후의 제2 시점에서 상기 배터리 셀의 제2 전압 및 제2 용량을 측정하도록 구성된 측정부; 및 상기 제1 전압과 상기 제2 전압 간의 전압 편차를 산출하고, 상기 제1 전압에 대응되는 제1 용량과 상기 제2 용량 간의 용량 편차를 산출하며, 상기 전압 편차 및 상기 용량 편차에 기반하여 상기 배터리 셀에 대한 양극 부반응 인자와 음극 부반응 인자를 결정하고, 상기 양극 부반응 인자 및 상기 음극 부반응 인자에 기반하여 상기 배터리 셀의 부반응의 종류를 판단하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 셀의 SOC와 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일에 기반하여 상기 전압 편차에 대응되는 전압 기반 용량을 산출하고, 상기 제1 전압에 따라 상기 전압 기반 용량 또는 상기 전압 기반 용량 및 상기 용량 편차에 기반하여 상기 양극 부반응 인자를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 전압에 대응되는 제1 SOC를 추정하고, 추정된 제1 SOC와 미리 설정된 기준 SOC를 비교하며, 비교 결과에 대응되도록 상기 배터리 셀의 양극 부반응 인자를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 SOC가 상기 기준 SOC 이상인 경우, 상기 전압 기반 용량에 기반하여 상기 양극 부반응 인자를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 SOC가 상기 기준 SOC 미만인 경우, 상기 전압 기반 용량과 상기 산출된 용량 편차 간의 차이에 기반하여 상기 양극 부반응 인자를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 셀의 SOC와 상기 SOC에 대한 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일에서 음극 평탄 구간이 시작되는 지점의 SOC를 상기 기준 SOC로 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 미분 프로파일에서 소정의 SOC 구간에 포함된 타겟 피크를 결정하며, 결정된 타겟 피크에 대응되는 SOC를 상기 기준 SOC로 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 용량 편차에 기반하여 상기 배터리 셀에 대한 음극 부반응 인자를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 양극 부반응 인자와 상기 음극 부반응 인자에 기반하여 부반응 참조값을 산출하고, 산출된 부반응 참조값과 미리 설정된 부반응 기준값을 비교하며, 비교 결과에 따라 상기 배터리 셀의 부반응의 종류를 상기 양극 부반응 또는 상기 음극 부반응으로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 셀에 대해 판단된 부반응의 종류에 기반하여, 상기 배터리 셀에 대한 운용 조건을 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 셀의 부반응의 종류가 상기 양극 부반응으로 판단된 경우, 상기 배터리 셀에 대한 상한 SOC 및 상한 전압 중 적어도 하나를 감소시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 셀의 부반응의 종류가 상기 음극 부반응으로 판단된 경우, 상기 배터리 셀에 대한 상한 온도를 감소시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 관리 장치는 상기 제2 시점에서 상기 배터리 셀을 방전시키도록 구성된 방전부를 더 포함할 수 있다.
상기 측정부는, 상기 제2 시점에서 상기 배터리 셀이 방전되는 동안 상기 배터리 셀의 방전 전류량을 측정함으로써, 상기 제2 용량을 측정하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 셀은, 상기 제1 시점에서 상기 제2 시점까지 소정의 온도 이상으로 유지되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 관리 방법은 제1 시점에서 배터리 셀의 제1 전압을 측정하는 제1 측정 단계; 상기 제1 시점 이후의 제2 시점에서 상기 배터리 셀의 제2 전압 및 제2 용량을 측정하는 제2 측정 단계; 상기 제1 전압과 상기 제2 전압 간의 전압 편차를 산출하고, 상기 제1 전압에 대응되는 제1 용량과 상기 제2 용량 간의 용량 편차를 산출하는 전압 편차 및 용량 편차 산출 단계; 상기 전압 편차 및 상기 용량 편차에 기반하여 상기 배터리 셀에 대한 양극 부반응 인자와 음극 부반응 인자를 결정하는 부반응 인자 결정 단계; 및 상기 양극 부반응 인자 및 상기 음극 부반응 인자에 기반하여 상기 배터리 셀의 부반응의 종류를 판단하는 부반응 종류 판단 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 양 시점에서의 배터리 셀의 전압 편차 및 배터리 셀의 용량 편차에 기반하여, 배터리 셀에 발생된 부반응의 종류가 판단될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀에 대해 판단된 부반응의 종류에 대응되도록 배터리 셀에 대한 최적의 운용 조건이 설정될 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 시점별 용량 변화를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀에 발생될 수 있는 부반응을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 제어부와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 측정부(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.
측정부(110)는 제1 시점(T1)에서 배터리 셀의 제1 전압을 측정하고, 제1 시점(T1) 이후의 제2 시점(T2)에서 배터리 셀의 제2 전압 및 제2 용량을 측정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 배터리는 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지가 배터리로 간주될 수 있다.
또한, 제2 시점(T2)은 제1 시점(T1)과 상이한 시점으로, 제1 시점(T1)으로부터 소정의 시간이 지난 시점일 수 있다. 즉, 측정부(110)는 제1 시점(T1)에서 배터리 셀의 전압(제1 전압)을 측정한 후, 제2 시점(T2)에서 배터리 셀의 전압(제2 전압) 및 용량(제2 용량)을 측정할 수 있다.
예컨대, 제1 시점(T1)은 배터리 셀이 저장되기 시작한 시점이고, 제2 시점(T2)은 배터리 셀의 저장이 종료된 시점일 수 있다. 측정부(110)는 배터리 셀의 저장 개시 시점 및 저장 종료 시점에서 배터리 셀의 전압을 측정하고, 저장 종료 시점에서 배터리 셀의 잔여 용량을 측정할 수 있다.
바람직하게, 측정부(110)는 제1 시점(T1) 및 제2 시점(T2)에서 배터리 셀의 개방 전압(Open circuit voltage, OCV)을 측정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 프로파일(BP)을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 배터리 프로파일(BP)은 배터리 셀에 대한 풀 셀 프로파일(FP), 양극 프로파일(PP) 및 음극 프로파일(NP)을 포함할 수 있다. 풀 셀 프로파일(FP)은 배터리 셀의 전압과 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일이다. 양극 프로파일(PP)은 배터리 셀의 양극 전압과 배터리 셀의 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일이다. 음극 프로파일(NP)은 배터리 셀의 음극 전압과 배터리 셀의 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일이다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, B1은 제1 시점(T1)의 배터리 셀이고, B2는 제2 시점(T2)의 배터리 셀일 수 있다. 측정부(110)는 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 제1 전압을 4.1[V]로 측정하고, 제2 시점(T2)의 배터리 셀(B2)의 제2 전압을 4.0[V]로 측정할 수 있다.
제어부(120)는 제1 전압과 제2 전압 간의 전압 편차를 산출하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 측정부(110)와 유선 및/또는 무선을 통해 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 측정부(110)로부터 제1 전압 및 제2 전압을 수신하고, 수신한 제1 전압과 제2 전압 간의 전압 편차를 산출할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 "제1 전압-제2 전압"의 수식을 계산하여, 전압 편차를 산출할 수 있다. 도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 "4.1[V]-4.0[V]"의 수식을 계산하여, 전압 편차를 0.1[V]로 산출할 수 있다.
제어부(120)는 제1 전압에 대응되는 제1 용량과 제2 용량 간의 용량 편차를 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 "제1 용량-제2 용량"의 수식을 계산하여, 용량 편차를 산출할 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 배터리 프로파일(BP)을 이용하여 제1 전압에 대응되는 제1 SOC를 추정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 BOL(Beginning of life) 상태의 배터리 셀에 대한 용량(예컨대, 배터리 셀의 정격 용량)과 추정된 제1 SOC를 이용하여, 제1 전압에 대응되는 제1 용량을 산출할 수 있다. 예컨대, BOL 배터리 셀의 용량이 Q0이고, 추정된 제1 SOC가 90%인 경우, 제어부(120)는 "Q0×0.9"를 제1 용량으로 산출할 수 있다.
그리고, 배터리 셀의 제2 용량은, 제2 시점(T2)에서의 배터리 셀의 잔여 용량일 수 있다. 이를 위해, 도 1을 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 방전부(130)를 더 포함할 수 있다.
방전부(130)는 배터리 관리 장치(100)에 구비되어, 제어부(120)에 의해 동작 상태가 제어될 수 있다. 그리고, 방전부(130)는 제어부(120)로부터 배터리 셀에 대한 방전 명령을 수신하면, 배터리 셀을 방전시킬 수 있는 방전 경로를 형성하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 방전부(130)는 저항(미도시) 및 스위칭 소자(미도시)를 포함하며, 제어부(120)에 의해 스위칭 소자가 턴-온 상태로 제어되면, 배터리 셀을 방전시킬 수 있다. 이후, 제어부(120)에 의해 스위칭 소자가 턴-오프 상태로 제어되면, 배터리 셀의 방전이 종료될 수 있다.
여기서, 스위칭 소자에는 제어부(120)에 의해 동작 상태가 제어될 수 있는 소자라면 제한없이 적용될 수 있다. 예컨대, 스위칭 소자에는 컨택터(Contactor), 릴레이(Relay), FET(Field effect transistor) 또는 MOSFET(Metal oxide semiconductor field effect transistor)가 적용될 수 있다.
측정부(110)는 제2 시점(T2)에서 배터리 셀이 방전되는 동안 배터리 셀의 방전 전류량을 측정함으로써, 제2 용량을 측정하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 측정부(110)는 배터리 셀이 방전되는 동안, 배터리 셀로부터 출력되는 방전 전류량을 누적함으로써 배터리 셀의 제2 용량을 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 시점별 용량 변화를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3의 실시예에서, B0는 BOL 상태의 배터리 셀이고, Q0는 BOL 상태의 배터리 셀(B0)의 최대 용량일 수 있다. B1은 제1 시점(T1)의 배터리 셀이고, Q1은 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 용량일 수 있다. B2는 제2 시점(T2)의 배터리 셀이고, Q2는 제2 시점(T2)의 배터리 셀(B2)의 용량일 수 있다. 예컨대, 배터리 셀에 대해 미리 설정된 제1 용량은 Q0이고, 배터리 셀의 제2 용량은 Q3일 수 있다. 여기서, Q0, Q1 및 Q2의 단위는 [mAh]일 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 배터리 셀의 제1 용량과 제2 용량 간의 차이에 기반하여 용량 편차(Qi)를 산출하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 "제1 용량-제2 용량"의 수식을 계산하여, 배터리 셀의 용량 편차(Qi)를 산출할 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 제어부(120)는 "Q1-Q2"의 수식을 계산하여, 배터리 셀의 용량 편차(Qi)를 산출할 수 있다.
제어부(120)는, 전압 편차 및 용량 편차에 기반하여 배터리 셀에 대한 양극 부반응 인자와 음극 부반응 인자를 결정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 양극 부반응 인자는 배터리 셀에 발생된 양극 부반응을 수치화한 값이고, 음극 부반응 인자는 배터리 셀에 발생된 음극 부반응을 수치화한 값일 수 있다. 그리고, 양극 부반응 인자와 음극 부반응 인자는 배터리 셀의 용량에 관련된 값으로서, 단위는 배터리 셀의 용량 단위와 동일한 [mAh]일 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 제어부(120)가 전압 편차 및 용량 편차에 기반하여 배터리 셀에 대한 양극 부반응 인자와 음극 부반응 인자를 결정하는 구체적인 실시예는 후술한다.
마지막으로, 제어부(120)는 양극 부반응 인자 및 음극 부반응 인자에 기반하여 배터리 셀의 부반응의 종류를 판단하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 양극 부반응 인자와 음극 부반응 인자를 고려하여, 배터리 셀에 더 많이 발생된 부반응의 종류를 판단할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 산출된 양극 부반응 인자와 음극 부반응 인자를 비교함으로써, 배터리 셀에 더 많이 발생된 부반응의 종류를 구체적으로 구분 진단할 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 양극 부반응 인자와 음극 부반응 인자에 기반하여 부반응 참조값을 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 "양극 부반응 인자÷음극 부반응 인자"의 수식을 계산하여, 부반응 참조값을 산출할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 산출된 부반응 참조값과 미리 설정된 부반응 기준값을 비교할 수 있다.
여기서, 부반응 기준값은 미리 설정된 값으로서, 부반응 참조값에 따라 배터리 셀의 부반응 종류를 양극 부반응 또는 음극 부반응으로 구분할 수 있는 기준을 나타내는 값일 수 있다. 예컨대, 부반응 기준값은 0.5로 미리 설정될 수 있다.
마지막으로, 제어부(120)는 부반응 참조값과 부반응 기준값에 대한 비교 결과에 따라 배터리 셀의 부반응의 종류를 양극 부반응 또는 음극 부반응으로 판단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 부반응 참조값이 기준값 이상이면, 제어부(120)는 배터리 셀의 부반응 종류를 양극 부반응으로 판단할 수 있다. 다른 예로, 부반응 참조값이 기준값 미만이면, 제어부(120)는 배터리 셀의 부반응 종류를 음극 부반응으로 판단할 수 있다.
앞선 실시예에서는, 제어부(120)가 음극 부반응 인자에 대한 양극 부반응 인자의 비율을 이용하여 배터리 셀의 부반응 종류를 판단하는 실시예를 설명하였으나, 제어부(120)는 양극 부반응 인자와 음극 부반응 인자의 차이값과 미리 설정된 다른 기준값 간의 비교에 기반하여 배터리 셀의 부반응 종류를 판단할 수도 있음을 유의한다.
배터리 셀에 발생되는 양극 부반응과 음극 부반응은 생성 원인이 상이하고, 부반응이 더 발생되는 것을 방지하기 위한 운용 조건이 상이할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 양 시점(제1 시점(T1) 및 제2 시점(T2))에서의 배터리 셀의 전압 편차 및 배터리 셀의 용량 편차(Qi)에 기반하여, 배터리 셀에 발생된 부반응의 종류를 구체적으로 판단할 수 있는 장점이 있다.
한편, 배터리 관리 장치(100)에 구비된 제어부(120)는 본 발명에서 수행되는 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, 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 제어부(120)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(120)에 의해 실행될 수 있다. 메모리는 제어부(120) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(120)와 연결될 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 배터리 관리 장치(100)는 저장부(140)를 더 포함할 수 있다. 저장부(140)는 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장부(140)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(140)는 제어부(120)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 저장부(140)는 도 2의 실시예에 따른 배터리 프로파일(BP)을 미리 저장할 수 있다. 또한, 저장부(140)는 도 3의 실시예에 따른 BOL 상태의 배터리 셀(B0)의 BOL 용량(Q0), 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 전압과 용량(Q1) 및 제2 시점(T2)의 배터리 셀(B2)의 전압과 용량(Q2) 등을 저장할 수 있다.
이하에서는, 제어부(120)가 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 전압과 제2 시점(T2)의 배터리 셀(B2)의 전압에 대한 전압 편차로부터 전압 기반 용량을 산출하는 실시예에 대해 설명한다.
제어부(120)는 배터리 셀의 SOC와 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일(BP)에 기반하여 전압 편차에 대응되는 전압 기반 용량을 산출하도록 구성될 수 있다.
먼저, 제어부(120)는 배터리 프로파일(BP)에 기반하여, 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 전압에 대응되는 제1 SOC와 제2 시점(T2)의 배터리 셀(B2)의 전압에 대응되는 제2 SOC를 추정할 수 있다. 예컨대, 도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 제1 전압(4.1[V])에 대응되는 제1 SOC를 90%로 추정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 제2 시점(T2)의 배터리 셀(B2)의 제2 전압(4.0[V])에 대응되는 제2 SOC를 80%로 추정할 수 있다.
다음으로, 제어부(120)는 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 전압에 대응되는 제1 SOC와 제2 시점(T2)의 배터리 셀(B2)의 전압에 대응되는 제2 SOC 간의 SOC 편차를 산출할 수 있다. 예컨대, 도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 SOC(90%)와 제2 SOC(80%)의 SOC 편차를 10%로 산출할 수 있다.
마지막으로, 제어부(120)는 BOL 배터리 셀(B0)의 BOL 용량(Q0)에 기반하여, SOC 편차에 대응되는 전압 기반 용량을 산출할 수 있다. 예컨대, 도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 BOL 배터리 셀(B0)의 BOL 용량(Q0)에 기반하여, SOC 편차(10%)에 대응되는 전압 기반 용량을 산출할 수 있다.
다른 방식으로, 제어부(120)는 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 제1 SOC에 대응되는 용량과 제2 시점(T2)의 배터리 셀(B2)의 제2 SOC에 대응되는 용량을 각각 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 제1 SOC에 대응되는 용량과 제2 SOC에 대응되는 용량 간의 차이를 계산하여, 전압 기반 용량을 산출할 수도 있다.
이하에서는, 제어부(120)가 양극 부반응 인자를 결정하는 실시예에 대하여 먼저 설명한다.
제어부(120)는 제1 전압에 따라 전압 기반 용량 또는 전압 기반 용량 및 용량 편차(Qi)에 기반하여 양극 부반응 인자를 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 제1 전압에 대응되는 제1 SOC를 추정할 수 있다.
예컨대, 제1 전압은 제1 시점(T1)에서 배터리 셀(B1)의 전압으로 측정부(110)에 의해 측정된 전압값일 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 배터리 프로파일(BP)을 이용하여, 제1 전압에 대응되는 제1 SOC를 추정할 수 있다.
제어부(120)는 추정된 제1 SOC와 미리 설정된 기준 SOC를 비교할 수 있다.
여기서, 기준 SOC는 배터리 셀의 음극의 영향을 받지 않기 시작하는 SOC로 미리 설정될 수 있다. 예컨대, 도 2의 실시예에서, SOC 58% 이상의 SOC 구간에서는 음극 전압이 근사 범위 내에서 거의 변하지 않는 것을 확인할 수 있다. 즉, SOC 58%가 기준 SOC로 미리 설정될 수 있다. 제어부(120)가 기준 SOC를 설정하는 구체적인 내용은 후술한다.
제어부(120)는 제1 SOC와 기준 SOC의 비교 결과에 대응되도록 배터리 셀의 양극 부반응 인자를 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는, 제1 SOC가 기준 SOC 이상인 경우, 전압 편차에 대응되는 전압 기반 용량에 기반하여 양극 부반응 인자를 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 기준 SOC(SOC 58%) 이상의 SOC 구간에서는, SOC가 변하더라도 음극 전압이 거의 변하지 않기 때문에, 양극 부반응 인자가 배터리 셀에 영향을 미치는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 제1 SOC가 기준 SOC 이상이면, 제1 전압과 제2 전압 간의 전압 편차에 대응되는 전압 기반 용량으로 양극 부반응 인자를 결정할 수 있다.
반대로, 제어부(120)는, 제1 SOC가 기준 SOC 미만인 경우, 전압 편차에 대응되는 전압 기반 용량과 음극 부반응 인자 간의 차이에 기반하여, 양극 부반응 인자를 결정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 전압 편차에 대응되는 전압 기반 용량과 산출된 용량 편차(Qi) 간의 차이에 기반하여 양극 부반응 인자를 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 기준 SOC(SOC 58%) 미만의 SOC 구간에서는 SOC 변화에 따라 음극 전압 및 양극 전압이 모두 변하기 때문에, 양극 부반응 인자와 음극 부반응 인자가 배터리 셀에 영향을 미치는 것으로 볼 수 있다.
따라서, 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 제1 SOC가 기준 SOC 미만의 SOC 구간에 속하는 경우, 제어부(120)는 양극 부반응 인자를 결정하기 위하여, 양극 부반응에 영향을 받는 전압 기반 용량에서 음극 부반응에 영향을 받는 용량 편차(Qi)를 뺀 값을 양극 부반응 인자로 결정할 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 "전압 기반 용량-용량 편차(Qi)"의 수식을 계산하여, 양극 부반응 인자를 결정할 수 있다.
다른 말로 설명하면, 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 제1 SOC가 기준 SOC 미만인 경우, 배터리 셀에는 양극 부반응과 음극 부반응이 모두 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 제1 시점(T1)과 제2 시점(T2)의 전압 편차에 기반하여 산출된 전압 기반 용량에서 음극 부반응에 기인한 용량 편차(Qi)를 뺀 값을 양극 부반응 인자로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 양극 부반응 인자를 결정하는 과정에서 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 SOC를 이용함으로써, 양극 부반응을 보다 정확하게 나타낼 수 있는 양극 부반응 인자를 결정할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)는 양극 부반응 인자와 음극 부반응 인자의 비교 결과에 기반하여 배터리 셀의 부반응 종류를 보다 정확하게 판단할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 앞서 설명한 내용 중 제어부(120)가 기준 SOC를 설정하는 내용에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
구체적으로, 제어부(120)는 배터리 셀의 SOC와 배터리 셀의 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일(BP)을 획득하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 저장부(140)에 저장된 배터리 프로파일(BP)을 획득할 수 있다. 다른 예로, 제어부(120)는 내부 메모리에 배터리 프로파일(BP)을 저장하고 있을 수 있으며, 외부로부터 배터리 프로파일(BP)을 수신할 수도 있다.
제어부(120)는 획득된 배터리 프로파일(BP)에서 배터리 셀의 음극 평탄 구간(F)이 시작되는 지점의 SOC를 기준 SOC로 설정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 음극 평탄 구간(F)이란, 배터리 셀의 음극 프로파일(NP)에서 배터리 셀의 SOC가 증가되더라도 배터리 셀의 음극 전압이 동일하거나 소정의 범위 내에서 변하는 구간을 의미할 수 있다. 즉, 음극 평탄 구간(F)은 배터리 셀의 SOC가 증가되어도 음극 전압이 변하지 않거나 거의 변하지 않는 구간을 의미한다. 이러한 음극 평탄 구간(F)은 약 SOC 50% 이상에서 나타날 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 음극 프로파일(NP)을 참조하면, 음극 평탄 구간(F)은 SOC 58% 내지 100%일 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 음극 평탄 구간(F)이 시작되는 지점인 SOC 58%를 기준 SOC로 설정할 수 있다.
한편, 제어부(120)는 배터리 셀의 SOC와 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일에 기반하여 기준 SOC를 더욱 정확하게 설정할 수도 있다.
여기서, 미분 전압은 SOC에 대한 전압의 순간 변화율일 수 있다. 즉, 미분 전압은 SOC에 대한 전압의 미분값으로서, dV/dSOC로 표현될 수 있다. 그리고, 미분 프로파일은 X를 SOC로 설정하고, Y를 미분 전압(dV/dSOC)으로 설정한 경우, X-Y 그래프로 표현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미분 프로파일(DP)을 개략적으로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 4는 도 2의 배터리 프로파일(BP)에 대응되는 미분 프로파일(DP)일 수 있다.
예컨대, 도 2 및 도 4를 참조하면, 제어부(120)는 배터리 프로파일(BP)에 기반하여 SOC와 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일(DP)을 생성할 수 있다. 다른 예로, 미분 프로파일(DP)이 저장부(140)에 미리 저장되고, 제어부(120)는 저장부(140)에 접근(access)하여 미분 프로파일(DP)을 획득할 수 있다. 또 다른 예로, 제어부(120)는 외부로부터 미분 프로파일(DP)을 수신함으로써, 미분 프로파일(DP)을 획득할 수도 있다.
제어부(120)는 획득된 미분 프로파일(DP)에서 소정의 SOC 구간에 포함된 타겟 피크(TP)를 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 미분 프로파일(DP)에는 복수의 피크가 포함될 수 있다. 여기서, 피크란 미분 프로파일(DP)에서 SOC에 대한 미분 전압의 순간 변화율이 0인 지점으로, 피크를 기준으로 순간 변화율이 양에서 음으로 변하는 지점일 수 있다. 즉, 피크는 미분 프로파일(DP)에서 위로 볼록한 개형을 띠는 지점일 수 있다.
제어부(120)는 미분 프로파일(DP)에 포함된 복수의 피크 중 소정의 SOC 구간에 포함된 피크를 타겟 피크(TP)로 결정할 수 있다. 바람직하게, 소정의 SOC 구간은 배터리 셀의 음극 프로파일(NP)에서 음극 평탄 구간(F)이 시작되는 SOC를 포함하도록 미리 설정될 수 있다.
예컨대, 도 2 및 도 4를 참조하면, 소정의 SOC 구간은 SOC 50% 내지 SOC 60%의 구간으로 미리 설정될 수 있다. 그리고, 도 4의 실시예에서, 제어부(120)는 미분 프로파일(DP)에 포함된 복수의 피크 중에서 SOC 58%에 위치한 피크를 타겟 피크(TP)로 결정할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 결정된 타겟 피크(TP)에 대응되는 SOC를 기준 SOC로 설정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 제어부(120)는 타겟 피크(TP)에 대응되는 SOC 58%를 기준 SOC로 설정할 수 있다. 즉, 타겟 피크(TP)는 배터리 셀의 음극 프로파일(NP)에서 음극 평탄 구간(F)이 시작되는 지점에 대응되는 피크일 수 있다.
더욱 바람직하게, 제어부(120)는 배터리 프로파일(BP) 및 미분 프로파일(DP)을 모두 고려하여 기준 SOC를 설정할 수도 있다.
예컨대, 제어부(120)는 배터리 셀의 음극 프로파일(NP)에서 음극 평탄 구간(F)이 시작되는 지점의 SOC를 결정하고, 미분 프로파일(DP)에서 타겟 피크(TP)에 대응되는 SOC를 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 결정된 2개의 SOC가 동일한 경우, 결정된 SOC를 기준 SOC로 설정할 수 있다. 만약, 제어부(120)에 의해 결정된 2개의 SOC가 동일하지 않은 경우, 제어부(120)는 미분 프로파일(DP)에 기반하여 결정된 SOC를 기준 SOC로 설정할 수 있다.
이하에서는, 제어부(120)가 음극 부반응 인자를 결정하는 실시예에 대하여 설명한다.
제어부(120)는 용량 편차에 기반하여 배터리 셀에 대한 음극 부반응 인자를 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 배터리 프로파일(BP)을 이용하여 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 제1 전압으로부터 제1 SOC를 추정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 BOL 배터리 셀(B0)의 BOL 용량(Q0)에 기반하여, 제1 SOC에 대응되는 제1 용량을 산출할 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 용량은 Q1[mAh]로 산출될 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 제2 시점(T2)에서 배터리 셀(B2)이 방전되도록 방전부(130)를 제어할 수 있다. 방전부(130)에 의해 배터리 셀(B2)이 방전되는 동안, 측정부(110)는 배터리 셀(B2)의 방전 전류를 측정하여, 방전량을 산출할 수 있다. 여기서, 방전량은 제2 시점(T2)의 배터리 셀(B2)의 잔여 용량이다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 측정부(110)는 제2 시점(T2)의 배터리 셀(B1)의 용량을 Q2[mAh]로 산출할 수 있다.
제어부(120)는 제1 용량(Q1)과 제2 용량(Q2) 간의 차이를 계산하여 용량 편차(Qi)를 산출할 수 있다. 즉, 용량 편차(Qi)는 제1 시점(T1)에서 제2 시점(T2)까지 배터리 셀의 용량 변화량일 수 있다. 보다 구체적으로, 용량 편차(Qi)는 제1 시점(T1)에서 제2 시점(T2)까지 배터리 셀의 자가 방전량일 수 있다.
제어부(120)는 산출된 용량 편차(Qi)를 배터리 셀에 대한 음극 부반응 인자로 결정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀에 발생될 수 있는 부반응을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 배터리 셀의 음극(N)에서는 리튬 이온(Li+) 및 전자(e-)가 소모됨에 따라 SEI(Solid Electrolyte Interphase, S1)가 생성될 수 있다. 이후, 전해질(Electrolyte)으로부터 리튬 이온(Li+)이 음극(N)으로 더 공급되면 생성된 SEI(S1)의 표면에 SEI(S2)가 더 생성될 수 있다. 즉, 배터리 셀의 음극(N)에서 부반응이 발생되는 경우, 배터리 셀에 포함되는 리튬 이온(Li+) 및 전자(e-)가 비가역적으로 감소될 수 있기 때문에, 제어부(120)는 산출한 용량 편차(Qi)에 기반하여 음극 부반응 인자를 결정할 수 있다.
정리하면, 제어부(120)는 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 용량(Q1)과 제2 시점(T2)의 배터리 셀(B2)의 용량(Q2) 차이에 따라 용량 편차(Qi)를 산출하고, 산출된 용량 편차(Qi)를 음극 부반응 인자로 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 제1 SOC가 기준 SOC 이상이면, 제1 시점(T1)과 제2 시점(T2)의 배터리 셀의 전압 편차에 기반한 전압 기반 용량을 양극 부반응 인자로 결정할 수 있다. 반대로, 제어부(120)는 제1 SOC가 기준 SOC 미만이면, 전압 기반 용량에서 용량 편차(Qi)를 뺀 값을 양극 부반응 인자로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 배터리 셀이 저장되기 시작하는 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 전압을 고려하여 양극 부반응 인자를 결정하고, 배터리 셀이 저장되는 동안의 용량 변화량(예컨대, 자가 방전량)을 고려하여 음극 부반응 인자를 결정할 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)는 배터리 셀의 양극 부반응에 대한 양극 부반응 인자와 음극 부반응에 대한 음극 부반응 인자를 구체적으로 구분하여 결정할 수 있는 장점이 있다.
제어부(120)는, 배터리 셀에 대해 판단된 부반응의 종류에 기반하여, 배터리 셀에 대한 운용 조건을 설정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 양극 부반응이 잘 발생되는 조건과 음극 부반응이 잘 발생되는 조건이 상이하기 때문에, 제어부(120)는 배터리 셀의 부반응 종류에 따라 배터리 셀에 대한 운용 조건을 상이하게 설정할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 배터리 셀이 더욱 퇴화되는 것을 효과적으로 방지하기 위하여, 배터리 셀의 부반응 종류에 따라 배터리 셀의 운용 조건을 적절하게 설정할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는, 배터리 셀의 부반응의 종류가 양극 부반응으로 판단된 경우, 배터리 셀에 대한 상한 SOC(허용 가능한 최대 SOC) 및 상한 전압(허용 가능한 최대 전압) 중 적어도 하나를 감소시키도록 구성될 수 있다.
반대로, 제어부(120)는, 배터리 셀의 부반응의 종류가 음극 부반응으로 판단된 경우, 배터리 셀에 대한 상한 온도(허용 가능한 최대 온도)를 감소시키도록 구성될 수 있다.
즉, 제어부(120)는 판단된 배터리 셀의 부반응의 종류에 대응되도록, 배터리 셀에 대한 최적의 운용 조건을 설정할 수 있다. 이렇게 설정된 운용 조건은 저장부(140) 및/또는 제어부(120)에 저장되고, 해당 배터리 셀의 구동 과정에서 고려될 수 있다. 즉, 해당 배터리 셀은 제어부(120)에 의해 설정된 운용 조건에 따라 운용됨으로써, 배터리 셀에 예상하지 못한 부반응이 추가적으로 발생되어 배터리 셀의 퇴화가 급속히 진행되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 제어부(120)에 의해 설정된 운용 조건은 외부 서버에 저장될 수도 있다. 이러한 외부 서버는 해당 배터리 셀이 구비되는 장치 또는 시스템으로 설정된 운용 조건을 송신함으로써, 해당 배터리 셀이 설정된 운용 조건에 따라 운용될 수 있도록 유도할 수 있다.
한편, 배터리 셀은, 제1 시점(T1)에서 제2 시점(T2)까지 소정의 온도 이상으로 유지되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 소정의 온도는 40℃ 이상의 온도일 수 있다.
일반적으로, 배터리 셀은 고온에 노출될 때, 부반응이 발생될 수 있다. 구체적으로, 배터리 셀이 고온에 노출되는 경우, 배터리 셀에 포함된 전해질이 분해되어, 전해질에 포함된 리튬 이온(Li+)이 양극 및/또는 음극으로 공급될 수 있다. 이 경우, 전해질로부터 리튬 이온(Li+)을 공급받은 양극의 고전위 측(고SOC 측) 용량이 사용되지 못할 수 있다. 또한, 전해질로부터 리튬 이온(Li+)을 공급받은 음극에는 도 5에서 설명한 SEI(S2)가 더 생성될 수 있다.
따라서, 배터리 셀의 저장 과정에서 부반응이 발생될 수 있는 조건(예컨대, 소정의 온도 유지 조건)이 만족되는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 배터리 셀에 양극 부반응의 발생이 우세한지 또는 음극 부반응의 발생이 우세한지 여부를 구체적으로 판단할 수 있다. 그리고, 배터리 관리 장치(100)는 이러한 온도 유지 조건을 만족하는 배터리 셀에 대하여 운용 조건을 적절하게 설정할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(100)의 측정부(110), 제어부(120), 방전부(130) 및 저장부(140)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
배터리 관리 장치(100)는 BMS뿐만 아니라 배터리 저장 시스템에도 적용될 수 있다.
여기서, 배터리 저장 시스템은 배터리 셀을 제1 시점(T1)에서 제2 시점(T2)까지 저장할 수 있는 시스템일 수 있다.
예컨대, 제조된 배터리 셀은 컨테이너 등의 저장 공간에 적재되어 출하될 수 있다. 배터리 관리 장치(100)는 배터리 저장 시스템에 적용되어, 제1 시점(T1)부터 제2 시점(T2)까지 무부하 상태로 저장되는 배터리 셀의 상태를 진단할 수 있다. 구체적으로, 배터리 관리 장치(100)는 배터리 셀이 무부하 상태로 저장되는 동안 배터리 셀에 발생되는 부반응의 종류를 구체적으로 판단하고, 각각의 배터리 셀에 적합한 운용 조건을 설정할 수 있다. 따라서, 해당 배터리 셀은 배터리 관리 장치(100)에 의해 설정된 운용 조건에 따라 운용됨으로써, 추가적인 부반응이 발생되는 것이 효과적으로 방지될 수 있다. 이를 통해, 배터리 셀의 퇴화가 효과적으로 방지됨으로써, 배터리 셀의 기대 수명이 획기적으로 증가될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(1)을 개략적으로 도시한 도면이다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 배터리 팩(1)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 배터리 관리 장치(100) 및 하나 이상의 배터리 셀(B)을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(1)은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 배터리 팩(1)은 배터리 저장 시스템, 자동차 및 ESS(Energy storage system) 등에 적용될 수 있다.
도 6의 실시예에서, 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1), 제2 센싱 라인(SL2) 및 제3 센싱 라인(SL3)과 연결될 수 있다. 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 배터리 셀(B)의 양극 전압을 측정하고, 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 배터리 셀(B)의 음극 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 측정된 양극 전압과 음극 전압 간의 차이를 산출하여 배터리 셀(B)의 전압을 측정할 수 있다.
또한, 측정부(110)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 전류 측정 유닛(A)과 연결될 수 있다. 전류 측정 유닛(A)은 배터리 셀(B)의 충방전 경로 상에 구비될 수 있다. 예컨대, 전류 측정 유닛(A)은 전류계 또는 션트 저항일 수 있다.
또한, 충방전 경로란 배터리 셀(B)의 충전 전류 및 방전 전류가 흐르는 대전류 경로일 수 있다. 따라서, 측정부(110)는 전류 측정 유닛(A)과 연결된 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 배터리 셀(B)의 전류를 측정하고, 측정된 전류에 기반하여 배터리 셀(B)의 용량을 측정할 수 있다.
또한, 방전부(130)는 배터리 셀(B)의 방전 경로를 구성하는 스위칭 소자 및 방전 저항을 포함할 수 있다. 방전부(130)의 양단이 배터리 셀(B)의 충방전 경로에 연결될 수 있다.
예컨대, 방전부(130)의 일단은 충방전 경로에서 배터리 셀(B)의 양극 측에 연결될 수 있다. 또한, 방전부(130)의 타단은 충방전 경로에서 배터리 셀(B)의 음극 측에 연결될 수 있다. 그리고, 방전부(130)에 포함된 스위칭 소자는 제어부(120)에 의해 동작 상태가 제어됨으로써, 배터리 셀(B)에 대한 방전 경로를 개방(Open) 또는 폐쇄(Close)할 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 방전부(130)는 제2 시점(T2)의 배터리 셀(B2)을 SOC 0%까지 완전 방전시킬 수 있다. 이러한 방전 과정에서, 측정부(110)는 배터리 셀(B)의 제2 용량(Q2)을 측정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
바람직하게, 배터리 관리 방법의 각 단계는 배터리 관리 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 7을 참조하면, 배터리 관리 방법은 제1 측정 단계(S100), 제2 측정 단계(S200), 전압 편차 및 용량 편차 산출 단계(S300), 부반응 인자 결정 단계(S400) 및 부반응 종류 판단 단계(S500)를 포함할 수 있다.
제1 측정 단계(S100)는 제1 시점(T1)에서 배터리 셀(B1)의 제1 전압을 측정하는 단계로서, 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제1 시점(T1)은 배터리 셀(B1)이 저장되기 직전의 시점일 수 있다. 즉, 측정부(110)는 배터리 셀(B1)이 저장되기 시작하는 제1 시점(T1)에서, 배터리 셀(B1)의 제1 전압을 측정할 수 있다.
제2 측정 단계(S200)는 제1 시점(T1) 이후의 제2 시점(T2)에서 배터리 셀의 제2 전압 및 제2 용량을 측정하는 단계로서, 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제2 시점(T2)은 배터리 셀(B2)의 저장이 완료된 시점일 수 있다. 제1 시점(T1)에서의 배터리 셀(B1)의 전압을 측정하는 과정과 마찬가지로, 측정부(110)는 제2 시점(T2)에서의 배터리 셀(B2)의 전압을 측정할 수 있다.
또한, 제어부(120)는 방전부(130)를 제어하여 배터리 셀(B2)을 방전시킬 수 있다. 배터리 셀(B2)의 방전 과정에서 측정부(110)는 배터리 셀(B2)의 방전 전류를 측정하고, 측정된 방전 전류를 누적 합산하여 배터리 셀(B2)의 방전량에 해당하는 제2 용량을 측정할 수 있다.
전압 편차 및 용량 편차 산출 단계(S300)는 제1 전압과 제2 전압 간의 전압 편차를 산출하고, 제1 전압에 대응되는 제1 용량과 제2 용량 간의 용량 편차를 산출하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
제어부(120)는 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 제1 전압과 제2 시점(T2)의 배터리 셀(B2)의 제2 전압의 차이를 계산하여 전압 편차를 산출할 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 "제1 전압 - 제2 전압"의 수식을 계산하여 전압 편차를 산출할 수 있다.
제어부(120)는 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 제1 용량과 제2 시점(T2)의 배터리 셀(B2)의 제2 용량의 차이를 계산하여 용량 편차를 산출할 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 "제1 용량 - 제2 용량"의 수식을 계산하여 용량 편차를 산출할 수 있다.
여기서, 제어부(120)는 제1 전압에 기반하여 제1 용량을 산출할 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 배터리 프로파일(BP)을 이용하여 제1 전압에 대응되는 제1 SOC를 추정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 BOL 배터리 셀(B0)의 용량(Q0)과 추정된 제1 SOC를 이용하여, 제1 전압에 대응되는 제1 용량을 산출할 수 있다.
부반응 인자 결정 단계(S400)는 전압 편차 및 용량 편차에 기반하여 배터리 셀에 대한 양극 부반응 인자와 음극 부반응 인자를 결정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 용량(Q1)과 제2 시점(T2)의 배터리 셀(B2)의 용량(Q2) 차이에 따라 용량 편차(Qi)를 산출하고, 산출된 용량 편차(Qi)를 음극 부반응 인자로 결정할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 제1 SOC가 기준 SOC 이상이면, 제1 시점(T1)과 제2 시점(T2)의 배터리 셀의 전압 편차에 기반한 전압 기반 용량을 양극 부반응 인자로 결정할 수 있다. 여기서, 전압 편차란 제1 시점(T1)의 배터리 셀(B1)의 제1 전압과 제2 시점(T2)의 배터리 셀(B2)의 제2 전압 간의 편차를 의미한다. 제어부(120)는 배터리 프로파일(BP)을 이용하여 전압 편차를 용량에 관한 값으로 환산하여, 전압 기반 용량을 산출할 수 있다.
반대로, 제어부(120)는 제1 SOC가 기준 SOC 미만이면, 전압 기반 용량에서 용량 편차(Qi)를 뺀 값을 양극 부반응 인자로 결정할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1 SOC가 기준 SOC 미만이면, 전압 기반 용량에 음극 부반응에 해당하는 용량 편차(Qi)가 포함될 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 양극 부반응 인자를 정확하게 결정하기 위하여, 전압 기반 용량에서 용량 편차(Qi)를 뺀 값을 양극 부반응 인자로 결정할 수 있다.
부반응 종류 판단 단계(S500)는 양극 부반응 인자 및 음극 부반응 인자에 기반하여 배터리 셀의 부반응의 종류를 판단하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 "양극 부반응 인자÷음극 부반응 인자"의 수식을 계산하여, 부반응 참조값을 산출할 수 있다. 그리고, 부반응 참조값이 기준값 이상이면, 제어부(120)는 배터리 셀의 부반응 종류를 양극 부반응으로 판단할 수 있다. 다른 예로, 부반응 참조값이 기준값 미만이면, 제어부(120)는 배터리 셀의 부반응 종류를 음극 부반응으로 판단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 운용 조건 설정 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
운용 조건 설정 단계는 부반응 종류 판단 단계(S500) 이후 배터리 셀에 대해 판단된 부반응의 종류에 기반하여 배터리 셀에 대한 운용 조건을 설정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 양극 부반응이 잘 발생되는 조건과 음극 부반응이 잘 발생되는 조건이 상이하기 때문에, 제어부(120)는 배터리 셀의 부반응 종류에 따라 배터리 셀에 대한 운용 조건을 상이하게 설정할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 배터리 셀이 더욱 퇴화되는 것을 효과적으로 방지하기 위하여, 배터리 셀의 부반응 종류에 따라 배터리 셀의 운용 조건을 적절하게 설정할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는, 배터리 셀의 부반응의 종류가 양극 부반응으로 판단된 경우, 배터리 셀에 대한 상한 SOC(허용 가능한 최대 SOC) 및 상한 전압(허용 가능한 최대 전압) 중 적어도 하나를 감소시키도록 구성될 수 있다.
반대로, 제어부(120)는, 배터리 셀의 부반응의 종류가 음극 부반응으로 판단된 경우, 배터리 셀에 대한 상한 온도(허용 가능한 최대 온도)를 감소시키도록 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
(부호의 설명)
1: 배터리 팩
100: 배터리 관리 장치
110: 측정부
120: 제어부
130: 방전부
140: 저장부

Claims (14)

  1. 제1 시점에서 배터리 셀의 제1 전압을 측정하고, 상기 제1 시점 이후의 제2 시점에서 상기 배터리 셀의 제2 전압 및 제2 용량을 측정하도록 구성된 측정부; 및
    상기 제1 전압과 상기 제2 전압 간의 전압 편차를 산출하고, 상기 제1 전압에 대응되는 제1 용량과 상기 제2 용량 간의 용량 편차를 산출하며, 상기 전압 편차 및 상기 용량 편차에 기반하여 상기 배터리 셀에 대한 양극 부반응 인자와 음극 부반응 인자를 결정하고, 상기 양극 부반응 인자 및 상기 음극 부반응 인자에 기반하여 상기 배터리 셀의 부반응의 종류를 판단하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 셀의 SOC와 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일에 기반하여 상기 전압 편차에 대응되는 전압 기반 용량을 산출하고, 상기 제1 전압에 따라 상기 전압 기반 용량 또는 상기 전압 기반 용량 및 상기 용량 편차에 기반하여 상기 양극 부반응 인자를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 전압에 대응되는 제1 SOC를 추정하고, 추정된 제1 SOC와 미리 설정된 기준 SOC를 비교하며, 비교 결과에 대응되도록 상기 배터리 셀의 양극 부반응 인자를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 SOC가 상기 기준 SOC 이상인 경우, 상기 전압 기반 용량에 기반하여 상기 양극 부반응 인자를 결정하고,
    상기 제1 SOC가 상기 기준 SOC 미만인 경우, 상기 전압 기반 용량과 상기 산출된 용량 편차 간의 차이에 기반하여 상기 양극 부반응 인자를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 셀의 SOC와 상기 SOC에 대한 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일에서 음극 평탄 구간이 시작되는 지점의 SOC를 상기 기준 SOC로 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 미분 프로파일에서 소정의 SOC 구간에 포함된 타겟 피크를 결정하며, 결정된 타겟 피크에 대응되는 SOC를 상기 기준 SOC로 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 용량 편차에 기반하여 상기 배터리 셀에 대한 음극 부반응 인자를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 양극 부반응 인자와 상기 음극 부반응 인자에 기반하여 부반응 참조값을 산출하고, 산출된 부반응 참조값과 미리 설정된 부반응 기준값을 비교하며, 비교 결과에 따라 상기 배터리 셀의 부반응의 종류를 상기 양극 부반응 또는 상기 음극 부반응으로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 셀에 대해 판단된 부반응의 종류에 기반하여, 상기 배터리 셀에 대한 운용 조건을 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 셀의 부반응의 종류가 상기 양극 부반응으로 판단된 경우, 상기 배터리 셀에 대한 상한 SOC 및 상한 전압 중 적어도 하나를 감소시키고,
    상기 배터리 셀의 부반응의 종류가 상기 음극 부반응으로 판단된 경우, 상기 배터리 셀에 대한 상한 온도를 감소시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 시점에서 상기 배터리 셀을 방전시키도록 구성된 방전부를 더 포함하고,
    상기 측정부는,
    상기 제2 시점에서 상기 배터리 셀이 방전되는 동안 상기 배터리 셀의 방전 전류량을 측정함으로써, 상기 제2 용량을 측정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은,
    상기 제1 시점에서 상기 제2 시점까지 소정의 온도 이상으로 유지되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  14. 제1 시점에서 배터리 셀의 제1 전압을 측정하는 제1 측정 단계;
    상기 제1 시점 이후의 제2 시점에서 상기 배터리 셀의 제2 전압 및 제2 용량을 측정하는 제2 측정 단계;
    상기 제1 전압과 상기 제2 전압 간의 전압 편차를 산출하고, 상기 제1 전압에 대응되는 제1 용량과 상기 제2 용량 간의 용량 편차를 산출하는 전압 편차 및 용량 편차 산출 단계;
    상기 전압 편차 및 상기 용량 편차에 기반하여 상기 배터리 셀에 대한 양극 부반응 인자와 음극 부반응 인자를 결정하는 부반응 인자 결정 단계; 및
    상기 양극 부반응 인자 및 상기 음극 부반응 인자에 기반하여 상기 배터리 셀의 부반응의 종류를 판단하는 부반응 종류 판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
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