WO2023204612A1 - 배터리 제어 장치 및 배터리 제어 방법 - Google Patents

배터리 제어 장치 및 배터리 제어 방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a battery control device and method, and more specifically, during a multi-stage charging procedure in which the size of the charging current changes at least once according to the state of charge (SOC) of the battery.
  • SOC state of charge
  • the present invention relates to an apparatus and method for controlling a charging procedure using a multi-stage charging protocol so that a battery can be charged with high efficiency while suppressing lithium precipitation with one temporary discharge period.
  • lithium batteries have almost no memory effect compared to nickel-based batteries, so they can be freely charged and discharged, and have a very high self-discharge rate. It is attracting attention due to its low and high energy density.
  • lithium plating Li-plating
  • Li-plating a phenomenon in which lithium is deposited on the surface of the cathode.
  • lithium When lithium is deposited on the surface of the cathode, it causes side reactions with the electrolyte and changes in the kinetic balance of the battery, causing battery deterioration.
  • lithium precipitates on the surface of the cathode the possibility of internal short circuit of the battery increases, causing risks such as ignition and explosion.
  • lithium plating on the cathode surface of the battery is accelerated compared to slow charging, which may reduce charging efficiency and battery durability.
  • the present invention was devised to solve the above problems.
  • a temporary discharge procedure is performed between two adjacent charging stages, thereby reducing the amount of lithium precipitation.
  • the purpose is to provide a battery control device and method that can remove at least a portion of lithium that has already precipitated.
  • the purpose of the present invention is to provide a battery control device and method for compensating for the decrease in state of charge (SOC) caused by the temporary discharge procedure by adjusting the charging rate in the constant current charging procedure following the temporary discharge procedure. do.
  • SOC state of charge
  • a battery control device includes a measuring unit configured to measure the voltage of a battery and output a voltage measurement value representing the measured voltage, a first charging rate, and a constant current charging procedure using the first charging rate. a second charging rate used in another constant current charging procedure, and a first reference SOC associated with the first charging rate - the first reference SOC is used in advance to prevent lithium precipitation in the battery in a constant current charging procedure using the first charging rate. It includes a memory that stores multi-stage charging protocol data including a predetermined value, and a processor that identifies the SOC of the battery based on the voltage measurement value received from the measurement unit.
  • the processor performs a temporary discharge procedure, and based on the discharge information of the temporary discharge procedure, It may be configured to determine an adjusted second charging rate that is different from the second charging rate, and, after completion of the temporary discharge procedure, proceed with a constant current charging procedure using the adjusted second charging rate.
  • the processor may be configured to determine the adjusted second charging rate based on the amount of change in SOC of the battery during the temporary discharge procedure included in the discharge information.
  • the processor may be configured to determine the adjusted second charging rate to be greater than the second charging rate to compensate for the change in SOC of the battery according to the temporary discharge procedure.
  • the memory may further store a second reference SOC associated with the second charging rate, wherein the second reference SOC is a predetermined value to prevent lithium precipitation of the battery in a constant current charging procedure using the second charging rate.
  • the processor may be configured to determine the adjusted second charging rate further based on the first reference SOC, the second reference SOC, and the second charging rate.
  • the processor When the processor immediately proceeds with the constant current charging procedure using the second charging rate from the point when the SOC of the battery reaches the first reference SOC while the constant current charging procedure using the first charging rate is in progress, the processor The SOC may be configured to calculate a reference time expected to be required for the SOC to reach the second reference SOC from the first reference SOC.
  • the processor determines the SOC of the battery by (i) the time length of the temporary discharge procedure included in the discharge information and (ii) a constant current charging procedure using the adjusted second charging rate immediately from the end of the temporary discharge procedure. may be configured to determine the adjusted second charging rate such that the sum of times required to reach the second reference SOC is equal to the reference time.
  • the processor may be configured to determine the length of time of the temporary discharge procedure to have a continuous or discrete negative correlation with the degree of use of the battery.
  • the processor is proportional to the sum of the difference between the first reference SOC and the second reference SOC and the amount of change in SOC due to the temporary discharge procedure, and the time length of the temporary discharge procedure included in the reference time and the discharge information. and determine the adjusted second charging rate to be inversely proportional to the difference.
  • the processor may be configured to perform the temporary discharge procedure so that the battery is discharged with a constant current of less than or equal to the first charge rate.
  • the processor may be configured to determine the magnitude of the constant current for the temporary discharge procedure to have a continuous or discrete negative correlation with the degree of use of the battery.
  • the processor determines whether the temporary discharge procedure needs to be performed based on the usage level of the battery, and when it is determined that the temporary discharge procedure needs to be performed, if the SOC of the battery reaches the first reference SOC.
  • the temporary discharge procedure is performed and it is determined that the temporary discharge procedure is unnecessary, and the SOC of the battery reaches the first reference SOC, the constant current charging procedure using the second charging rate is performed without proceeding with the temporary discharge procedure. It can be configured to proceed.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include the battery control device.
  • An electric vehicle may include the battery control device.
  • a battery control method is executed by a battery control device, and while a constant current charging procedure using a first charging rate is in progress, the battery control method is identified based on a voltage measurement value representing the measured voltage of the battery.
  • the SOC of the battery reaches a first reference SOC associated with the first charge rate—the first reference SOC is a predetermined value to prevent lithium precipitation of the battery in a constant current charging procedure using the first charge rate—temporary Proceeding with a discharging procedure, based on the discharging information of the temporary discharging procedure, determining an adjusted second charging rate that is different from the second charging rate used in another constant current charging procedure following the constant current charging procedure using the first charging rate. and, after completion of the temporary discharge procedure, performing a constant current charging procedure using the adjusted second charging rate.
  • At least a portion of the lithium deposited inside the battery can be removed by performing at least one temporary discharge procedure while the battery is being charged according to a multi-stage charging protocol, and the resulting This can improve charging efficiency.
  • the temporary discharge procedure may proceed between two charging stages adjacent to each other.
  • the charging rate in the constant current charging procedure following the temporary discharging procedure is adjusted to compensate for the amount of decrease in the state of charge (SOC) caused by the temporary discharging procedure, thereby reducing the temporary discharge. Prolongation of the overall charging time due to the period can be suppressed.
  • SOC state of charge
  • the lifespan of the battery can be improved by adjusting at least one of the size of the discharge current in the temporary discharge procedure and the time length of the temporary discharge procedure according to the degree of use of the battery. You can.
  • FIG. 1 shows a battery control device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 exemplarily shows lithium precipitation while the battery is charging.
  • Figure 3a is a graph showing the cathode voltage according to SOC during the battery charging process according to the multi-stage charging protocol.
  • FIG. 3B shows an enlarged view of the second section of FIG. 3A.
  • FIG. 4A is a graph showing negative voltage according to SOC during the process of charging a battery by a processor according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4b is a graph showing dV/dQ of the cathode according to SOC during the process of charging the battery by the processor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4C is an enlarged view of a specific area of FIG. 4B.
  • Figure 5 is a flowchart schematically showing a battery control method according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a flowchart schematically showing a battery control method according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a flowchart schematically showing a battery control method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a battery control device according to an embodiment of the present invention.
  • the battery control device 100 may include a measurement unit 110, a memory 120, and a processor 130.
  • the measuring unit 110 may measure at least one of the voltage and current of the battery.
  • the measuring unit 110 may be configured to measure the voltage across both ends of the battery during the battery charging or discharging process.
  • the battery has a negative terminal and a positive terminal, and may mean a single physically separable independent cell, or a battery module in which two or more cells are connected in series, parallel, or series-parallel.
  • a lithium ion battery or a lithium polymer battery may be considered a battery.
  • the battery will be described as meaning one independent cell.
  • the voltage of the battery measured by the measuring unit 110 may be at least one of an open circuit voltage (OCV) of the battery or a load voltage measured when a load is connected to the battery.
  • OCV open circuit voltage
  • the measurement unit 110 may employ various voltage measurement techniques known at the time of filing of the present invention.
  • the measuring unit 110 may include a voltage sensor known at the time of filing of the present invention.
  • a voltage sensor already provided in the battery pack may be used as the measuring unit 110 according to the present invention.
  • the measuring unit 110 may be configured to measure the current flowing through the battery during the battery charging or discharging process.
  • the measuring unit 110 can measure the voltage applied across the shunt resistance when current flows and convert the measured voltage into current using Ohm's law.
  • the measuring unit 110 may include another known current sensor, such as a Hall sensor, and may measure current using the current sensor.
  • Memory 120 may be configured to store programs required to perform a multi-stage charging procedure for a battery, including multi-stage charging protocol data.
  • the multi-stage charging protocol means that the magnitude of the constant current changes at least once in at least a portion of the entire SOC range from SOC (state of charge) indicating a fully discharged state of the battery to SOC indicating a fully charged state. This is the charging procedure.
  • the charging rate used for charging in each sub-SOC range (which may be referred to as a 'stage') is It may refer to a predetermined charging procedure.
  • SOC which indicates a fully discharged state
  • SOC is usually set to 0%, but may be preset to a value greater than 0% for the purpose of extending the life of the battery.
  • SOC which indicates a fully charged state
  • SOC is typically set to 100%, but may be preset to a value less than 100% for the purpose of extending the life of the battery.
  • the multi-stage charging protocol data includes a first charging rate, a second charging rate used in another constant current charging procedure following a constant current charging procedure using the first charging rate, and a first reference SOC associated with the first charging rate.
  • the first reference SOC is a predetermined value to prevent lithium precipitation in the battery in a constant current charging procedure using the first charging rate.
  • the memory 120 may store at least one reference SOC.
  • the standard SOC can be referred to as the SOC in which lithium is expected to be deposited on the negative electrode of the battery when the battery is charged at a predetermined charging rate (current rate or C-rate).
  • the reference SOC is two. That is, the number of reference SOCs previously stored in the memory 120 may be smaller than the number of constant current charging procedures included in the multi-stage charging procedure by 1.
  • the memory 120 may store information about the SOC of the battery, in which lithium is deposited on the negative electrode of the battery, based on the charging rate.
  • the SOC at which lithium precipitation occurs on the negative electrode of the battery may vary depending on the size of the constant current, that is, the charging rate. For example, the higher the charging rate used for constant current charging, the smaller the SOC at which lithium precipitation occurs can be. In this way, through a charging process for a battery designed to have the same characteristics as the battery to be controlled in advance, information on the charging rate and the SOC in which lithium is deposited according to the charging rate can be obtained experimentally in advance.
  • Each reference SOC stored in memory 120 represents the relationship between the charge rate obtained as described above and the lithium precipitation SOC (reference SOC).
  • the memory 120 may store curve data and/or a lookup table representing the relationship between the charging rate and the reference SOC.
  • the multi-stage charging procedure includes a constant current charging procedure using a first charging rate followed by a constant current charging procedure using a second charging rate.
  • the memory 120 may store the first reference SOC.
  • the first reference SOC serves as an end condition for the constant current charging procedure using the first charging rate, that is, a standard for converting the magnitude of the constant current used in the constant current charging procedure from the first charging rate to the adjusted second charging rate.
  • the first standard SOC may be a limit at which lithium precipitation does not occur on the negative electrode of the battery or the amount of lithium precipitation falls below a certain amount during constant current charging using the first charging rate from the time the SOC of the battery is less than the first standard SOC. That is, lithium precipitation in the battery may begin when the SOC of the battery reaches the first standard SOC due to constant current charging using the first charging rate, or the amount of lithium precipitation may be greater than a certain amount due to constant current charging using the first charging rate.
  • the multi-stage charging procedure further includes a constant current charging procedure using a third charging rate followed by a constant current charging procedure using a second charging rate.
  • the memory 120 may further store the second reference SOC.
  • the second standard SOC serves as a standard by which the magnitude of the constant current used in the constant current charging procedure is converted from the second charging rate to the third charging rate.
  • the second standard SOC may be a limit at which lithium precipitation does not occur on the negative electrode of the battery or the amount of lithium precipitation falls below a certain amount during constant current charging using the third charging rate after constant current charging using the second charging rate is completed.
  • the memory 120 may store data or programs required for each component of the battery control device 100 to perform operations and functions, or data generated in the process of performing operations and functions.
  • Memory 120 may be internal or external to processor 130 and may be connected to processor 300 by various well-known means.
  • the memory 120 may store at least one program, application, data, or instructions executed by the processor 130.
  • the memory 120 is not particularly limited in its type as long as it is a known information storage means capable of recording, erasing, updating, and reading data.
  • the memory 120 includes a flash memory type, a hard disk type, a solid state disk (SSD) type, a solid disk drive (SDD) type, a multimedia card micro type, random access memory (RAM), and SRAM ( It may be implemented with at least one of Static RAM), ROM (Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), and PROM (Programmable Read Only Memory), but the present invention is not necessarily limited to the specific form of the memory 120. It doesn't work. Additionally, the memory 120 may store program codes in which processes executable by the processor 130 are defined.
  • the processor 130 may receive the battery voltage measurement value from the measurement unit 110.
  • the processor 130 may receive the battery voltage value from the measurement unit 110 in real time or periodically at regular time intervals.
  • the processor 130 may identify the current SOC (latest SOC) of the battery based on the voltage measurements received while the multi-stage charging procedure for the battery is in progress. That is, the processor 130 can monitor the SOC of the battery in real time at predetermined time intervals during the multi-stage charging procedure.
  • Processor 130 may identify the current SOC of the battery in a variety of ways.
  • the memory 120 further includes first mapping information that maps the SOC corresponding to the voltage measurement value (e.g., OCV), and the processor 130 receives the voltage measurement value from the measurement unit 110.
  • the memory 120 can be accessed to read the SOC corresponding to the received voltage measurement.
  • the memory 120 stores a formula (e.g., ampere counting, extended Kalman filter) for calculating the SOC of the battery based on at least one of the voltage measurement value and the current measurement value output by the measurement unit 110.
  • the processor 130 may calculate the SOC through a formula stored in the memory 120.
  • the processor 130 may use an equivalent circuit model of the battery to identify the open circuit voltage of the battery according to the voltage measurement value.
  • the memory 120 further includes second mapping information that maps the SOC corresponding to the open circuit voltage of the battery, and the processor 130 accesses the memory 120 to read the SOC corresponding to the open circuit voltage. You can.
  • processor 130 may identify the current SOC of the battery using an extended Kalman filter stored in memory 120.
  • the extended Kalman filter is an algorithm based on an equivalent circuit model or an electrochemical ROM (reduced order model) and is widely known in the technical field to which the present invention pertains, so a detailed description will be omitted.
  • the measurement unit 110 may calculate the SOC change amount by integrating the measured value of the current applied over time while the battery is charging, and add the calculated SOC change amount to the initial SOC to identify the SOC of the battery.
  • the processor 130 may receive the voltage measurement value of the battery from the measurement unit 110, obtain the SOC corresponding to the received voltage measurement value, and identify the obtained SOC as the current SOC of the battery.
  • the processor 130 may be configured to perform a temporary discharge procedure for discharging the battery for a specified time when the SOC of the battery reaches the first reference SOC during constant current charging using the first charging rate. That is, a temporary discharge period exists between the constant current charging procedure using the first charging rate and the constant current charging procedure using the adjusted second charging rate described later.
  • the processor 130 may recognize that the battery has reached the first reference SOC by identifying the latest value of the SOC of the battery in real time or at predetermined time intervals while the battery is being charged at the first charging rate. While the battery is being charged at the first charge rate, the processor 130 may acquire the first reference SOC stored in the memory 120 and compare the first reference SOC with the SOC of the battery in real time or at regular time intervals.
  • the processor 130 may be configured to discharge the battery for a specified time. For example, when the SOC of the battery reaches 70%, which is the first standard SOC, during the constant current charging process using the first charging rate, the processor 130 stops charging and charges the battery for a certain period of time (e.g., 6 seconds). It may be configured to discharge. At this time, the battery may be discharged with a constant current having a predetermined size.
  • the processor 130 may be configured to perform a constant current charging procedure using a second charging rate adjusted to be different from the original second charging rate after the battery is discharged for the specified time.
  • Figure 2 exemplarily shows lithium precipitation while the battery is charging.
  • the processor 130 may be configured to charge the battery according to a multi-stage charging procedure. As described above, when the SOC of the battery reaches the first reference SOC during the constant current charging procedure using the first charging rate, lithium may be deposited on the surface of the negative electrode. Referring to the first example diagram 210, when a battery deteriorated for various reasons reaches the first reference SOC in the constant current charging process using the first charging rate, some metallic lithium has already been deposited on the negative electrode surface of the battery. You can check it.
  • the processor 130 may be configured to discharge the battery that has reached the first reference SOC for a specified time by a constant current charging procedure using the first charging rate.
  • a constant current charging procedure using the first charging rate Referring to the second example diagram 220, as the battery is temporarily discharged between the constant current charging procedure using the first charging rate and the constant current charging procedure using the adjusted second charging rate, the hysteresis accumulated by the charging current is reversed. It is shown that it is resolved by the discharge current, and the lithium precipitated on the surface of the negative electrode of the battery is removed. In other words, the progress of lithium precipitation, which was intensified in the constant current charging procedure using the first charging rate, is resolved or at least slowed down through the temporary discharge procedure. Accordingly, the charging efficiency and safety of the battery can be improved compared to the conventional method of starting the constant current charging procedure using the second charging rate immediately after the constant current charging procedure using the first charging rate.
  • Discharge information of the temporary discharge procedure may be stored in the memory 120.
  • the discharge information includes at least one of the time length of the temporary discharge procedure, the size of the constant current used for discharge, and the amount of SOC change due to discharge.
  • the processor 130 may be configured to charge the battery at a second charging rate that is different from the first charging rate after the temporary discharge procedure associated with the second example diagram 220 is terminated.
  • the second charging rate eg, 1.5C
  • the first charging rate eg, 2.5C.
  • the charging rate used in each constant current charging procedure included in the multi-stage charging procedure can be appropriately preset according to various conditions, such as the type or specifications of the battery and the specifications of the device in which the battery is used.
  • the amount of lithium deposited on the negative electrode when the constant current charging procedure using the second charging rate starts is shown to be reduced compared to that shown in the first illustration 210.
  • the processor 130 charges the battery at a second charging rate that is smaller than the first charging rate, so that another charging procedure following the constant current charging procedure using the first charging rate is performed.
  • the amount of lithium precipitation occurring during the process can be reduced or the lithium precipitation rate can be reduced.
  • the lithium deposited when charging the battery can be removed.
  • the processor 130 discharges the battery for a specified time during the battery charging operation to alleviate hysteresis caused by the charging current and remove at least a portion of the lithium that has already precipitated, so that the battery charge amount can be predicted more accurately and easily. It can be.
  • the processor 130 is operatively connected to other components of the battery control device 100 and can control various operations of the battery control device 100.
  • the processor 130 may perform various operations of the battery control device 100 by executing one or more instructions stored in the memory 120.
  • the processor 130 optionally includes a processor, application-specific integrated circuit (ASIC), chipset, logic circuit, register, communication modem, data processing device, etc. known in the art to execute various control logics performed in the present invention. can do.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the processor 130 may be implemented as a set of program modules. At this time, the program module may be stored in the memory 120 and executed by the processor 130.
  • the battery pack may include a control device referred to by terms such as a micro controller unit (MCU) or a battery management system (BMS).
  • the processor 130 may be implemented by components such as an MCU or BMS included in such a general battery pack.
  • the second charging rate is adjusted instead of the second charging rate for constant current charging in the SOC range above the first reference SOC.
  • a second charging rate may be used.
  • the processor 130 performs a constant current charging procedure that is started on the condition that the temporary discharge procedure ends, based on the amount of change (deterioration) in the SOC value of the battery due to the temporary discharge performed from the time the SOC of the battery reaches the first reference SOC.
  • the adjusted second charging rate to be used can be determined. This will be described in detail with reference to FIGS. 3A and 3B.
  • Figure 3a is a graph showing the cathode voltage according to SOC during the battery charging process according to the multi-stage charging protocol.
  • FIG. 3B shows an enlarged view of the second section of FIG. 3A.
  • the first section P1 may correspond to a section in which the battery is charged at the first charging rate under the control of the processor 130.
  • the second section (P2) is a constant current that the processor 130 has a fixed or determined size by the processor 130 for at least part of the time between the first section (P1) and the third section (P3). It can respond to the section where is discharged.
  • the third section P3 may correspond to a section in which the battery is charged at an adjusted second charging rate that is lower than the first charging rate under the control of the processor 130.
  • a predetermined amount of time is set between the end time of the first section (P1) and the start time of the second section (P2) and/or between the end time of the second section (P2) and the start time of the third section (P3).
  • the magnitude of the constant current in the temporary discharge procedure may be less than or equal to the first charging rate and greater than or equal to the magnitude of the adjusted second charging rate.
  • the first charging rate may be 1C
  • the adjusted second charging rate may be 0.8C
  • the magnitude of the constant current in the temporary discharge procedure may be 0.9C, but this is an example and is not interpreted as limiting.
  • the processor 130 obtains from the memory 120 a first reference SOC at which lithium is deposited when charging the battery at the first charging rate, and The battery can be charged up to the standard SOC.
  • the first reference SOC may be 46%.
  • the processor 130 may charge the battery at a first charging rate from any SOC where the SOC of the battery is smaller than the first reference SOC until it reaches the first reference SOC.
  • the processor 130 may stop the charging operation and allow the battery to be discharged for a specified time.
  • the battery is discharged for a designated time, so that at least a portion of the lithium that has already precipitated due to deterioration due to use or a constant current charging procedure using the first charging rate can be removed.
  • 'delta SOC' may represent the SOC (amount of change in SOC) changed due to discharge in the second section (P2).
  • the processor 130 may discharge the battery for a specified time with a constant current having the same magnitude as the first charge rate in the second section P2. For example, when the first charging rate is 0.5C, the magnitude of the constant current used for discharging in the second section P2 may also be 0.5C.
  • the processor 130 when discharging the battery with a constant current of the same magnitude as the charging rate of the first section (P1) for the second section (P2), the processor 130 easily changes the amount of change in SOC in the second section (P2). It can be calculated.
  • the processor 130 charges the battery at a value greater than the first charge rate in order to quickly alleviate the precursor symptoms of lithium precipitation that intensified in the constant current charging procedure using the first charge rate, considering the deterioration of the battery. may be discharged.
  • the SOC of the battery decreases due to the discharging procedure in the second section (P2).
  • the amount of change in SOC of the battery in the second section (P2) can be derived using Equation 1 below.
  • delta SOC is the amount of change in SOC when the battery is discharged for t1 at a specified constant current.
  • the processor 130 may charge the battery at an adjusted second charging rate that is different from the first charging rate after discharging the battery. At this time, the processor 130 adjusts the original second charge rate based on the change in the SOC value of the battery (estimate of the amount of SOC decline according to Equation 1) according to the temporary discharge procedure, thereby adjusting the adjusted second charge rate. It can be configured to decide. For example, the processor 130 may charge the SOC of the battery up to the second reference SOC at the adjusted second charging rate during the third period P3, while compensating for the reduced SOC due to discharge of the battery. .
  • the processor 130 may be configured to identify the amount of change in the SOC value of the battery after discharging the battery and determine the adjusted second charging rate so that the identified change in SOC can be compensated.
  • the processor 130 may control the battery charging process according to a preset charging schedule (charging order according to a multi-stage charging protocol).
  • the processor 130 may charge the battery to correspond to a preset charging schedule while compensating for the change in SOC due to discharge in the second section P2 of the battery.
  • the processor 130 may determine a second charging rate adjusted to correspond to a preset charging time based on a predetermined charging schedule. For example, the time it will take until charging ends may be determined in advance according to a predetermined charging schedule.
  • the processor 130 has the time required for discharging and adjusts the second charging rate so that the time required for charging to the second reference SOC is the same as the time required according to a predetermined charging schedule (no temporary discharging procedure). can be decided. Accordingly, the processor 130 can relieve the lithium precipitation phenomenon (remove at least part of the lithium) by discharging the battery for a specified time while charging the battery without increasing the overall charging time, thereby improving the charging efficiency of the battery. You can.
  • Charging the battery with a preset charging schedule means charging the battery at the first charging rate until the battery SOC reaches the first reference SOC, and from the first reference SOC to the second reference SOC without a temporary discharge procedure. This may mean charging the battery at the second charging rate.
  • the memory 120 may store a second reference SOC from which lithium is expected to be deposited when charging at a second charging rate to correspond to a preset charging schedule.
  • the memory 120 may store the second reference SOC together with the first reference SOC in which lithium is expected to be deposited on the negative electrode of the battery when charging at a first charge rate in accordance with a preset charging schedule.
  • the first reference SOC and the second reference SOC are pre-stored in the memory 120, and the processor 130 can access the memory 120 to obtain the first reference SOC and the second reference SOC.
  • the processor 130 charges the battery at 2.5C, and when the SOC of the battery reaches 46%, the processor 130 immediately changes the charging rate to charge at 1.5C, so that the SOC of the battery reaches 62.1%.
  • 2.5C may correspond to the first charging rate
  • 46% may correspond to the first reference SOC
  • 1.5C may correspond to the second charging rate
  • 62.1% may correspond to the second reference SOC.
  • the processor identifies the second reference SOC and, when charging the battery at the second charging rate, calculates a reference time expected to be taken for the SOC of the battery to reach the second reference SOC from the first reference SOC. It can be configured to do so.
  • the processor 130 charges the battery at a specific charging rate (second charging rate, etc.) using Equation 2 below, based on information about the reference SOC obtained from the memory 120. The required time can be derived.
  • Equation 2 b1 means the charging rate, and c1 means the SOC change amount.
  • t2 derived by Equation 2 means the time it takes for the SOC of the battery to increase by c1 when charging the battery at a charging rate of b1.
  • the unit of t2 is illustrated as minute. That is, according to Equation 2, if the processor 130 charges the battery at the second charging rate of 1.5C immediately after the SOC of the battery reaches 46%, the first standard SOC, according to a preset charging schedule, the first 2 It can be expected that it will take approximately 6.44 minutes to reach the standard SOC of 62.1%. Here, the calculated 6.64 minutes can be the reference time.
  • the processor 130 determines that the remaining charging time required for the SOC (less than the first reference SOC) of the battery at the end of the second section (P2), that is, the temporary discharge procedure, to reach the second reference SOC is set to the above reference point.
  • the adjusted second charging rate can be determined to correspond to (match) time. That is, the processor 130 determines that the sum of the time length of the temporary discharge procedure performed at the end of the constant current charging procedure using the first charging rate and the time required for the constant current charging procedure using the adjusted second charging rate is the first charging rate.
  • the constant current charging procedure using the original second charging rate is started immediately without discharging until the battery's SOC reaches the second reference SOC.
  • the adjusted second charging rate may be determined so that it is not longer than the required time.
  • the processor 130 is based on (i) the difference between the first reference SOC and the second reference SOC, (ii) the amount of change in SOC during the second section (P2), and (iii) the time length of the temporary discharge procedure. , and may be configured to determine the adjusted second charging rate to correspond to (equal to) the reference time. That is, the adjusted second charging rate may be proportional to the sum of the difference between the first reference SOC and the second reference SOC and the amount of change in SOC due to discharge, and may be inversely proportional to the difference between the reference time and the specified time.
  • the processor 130 needs to charge the battery by 16.1% for 6.44 minutes when charging the battery at the second charging rate according to a preset charging schedule (no temporary discharge period exists).
  • the adjusted second charge rate may be determined to compensate for the SOC value (e.g., approximately 0.347%) reduced by the transient discharge procedure. That is, the processor 130 is configured to charge the battery by 16.447% (16.1% + 0.347%) in about 6.357 minutes (6.44 minutes - 0.083 minutes) in order to compensate for the decreased SOC in the second section (P2).
  • the adjusted second charging rate which is a constant current value, may be determined.
  • the processor 130 may determine the adjusted second charging rate to be about 1.552C using Equation 2. Therefore, even if a temporary discharge section according to the second section (P2) is added after the constant current charging procedure according to the first charging rate is completed according to the present invention, the battery SOC reaches the second reference SOC from the time it reaches the first reference SOC.
  • the advantage is that the total charging time up to the point of charging can be maintained at substantially the same level.
  • the processor 130 may be configured to determine the adjusted second charging rate to have a value that is smaller than the first charging rate and larger than the second charging rate.
  • the processor 130 may change the charging rate two or more times depending on the type of load using the battery. Specifically, when the battery control device 100 according to the present invention is applied to an electric vehicle, the processor 130 may change the charging rate more than 10 times by compensating for the change in SOC due to discharge described above.
  • the battery may deteriorate and the amount of lithium deposited on the negative electrode may increase.
  • the standard SOC stored in the memory 120 is data based on the battery in its initial state, when the standard SOC is applied to a deteriorated battery, charging efficiency is bound to be lower than that of a new battery. For example, if the battery deteriorates to a certain extent, lithium precipitation may already begin to occur at a SOC that is smaller than the first reference SOC even if the battery is charged at a constant current at the first charge rate. Therefore, when the battery charging schedule is set using a standard SOC based on the initial state (new state) of the battery, an error may occur in the amount of charge actually charged to the battery.
  • the actual charge amount of the battery can be accurately predicted by performing a discharging operation during charging to remove lithium.
  • the processor 130 allows the battery to be discharged on the condition that the first reference SOC is reached, so that lithium deposited in the constant current charging procedure using the first charge rate can be removed as quickly as possible, and thus the battery's Charging efficiency can be improved.
  • FIG. 4A is a graph showing negative voltage according to SOC during the process of charging a battery by a processor according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4b is a graph showing dV/dQ of the cathode according to SOC during the process of charging the battery by the processor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4C is an enlarged view of the specific region R1 of FIG. 4B.
  • the X-axis of the first graph in FIG. 4A represents the SOC of the battery, and the Y-axis represents the negative voltage of the battery.
  • the X-axis represents the SOC of the battery and the Y-axis represents dV/dQ of the negative electrode of the battery.
  • the processor 130 can charge the battery at a charging rate of 2.5C until the SOC of the battery reaches 46%. If processor 130 recognizes that the battery's current SOC corresponds to 46%, it may discharge the battery for the specified time described above.
  • the processor 130 may discharge the battery for the specified time with a constant current equal to the first charge rate. According to this, the processor 130 can easily calculate the amount of change in SOC due to discharge over the specified time.
  • the processor 130 may compensate for the SOC value that changes depending on the discharging time and determine a second charging rate adjusted to correspond to the charging time according to a predetermined charging schedule.
  • the processor 130 can immediately charge the battery to 1.552C upon completion of the temporary discharge procedure.
  • the second graph in FIG. 4B is a differential curve obtained by taking differentiation with respect to the curve of the first graph, that is, a graph in which the cathode voltage is differentiated with respect to SOC (or capacity Q).
  • the specific area (R1) illustrates the dV/dQ of the negative pole of the battery in the SOC range preset in the multi-stage charging protocol so that the constant current charging procedure using the adjusted second charging rate proceeds.
  • a rapidly changing point (R2) corresponding to a point (e.g., minimum point, maximum point) where the tendency (slope) of the graph's diagram changes rapidly is plotted. It is done.
  • the sudden change point (R2) may correspond to a point where lithium is deposited on the negative electrode and the dV/dQ of the negative electrode changes rapidly.
  • the processor 130 may be configured to identify this sudden change point (R2). At this time, in order to identify the sudden change point R2, the processor 130 may access the memory 120 to read related data or perform related equations or calculation processes.
  • the processor 130 may recognize the dV/dQ of the cathode at predetermined time intervals while the battery is being charged.
  • the processor 130 may identify a tendency for dV/dQ values to change based on the recognized dV/dQ.
  • the processor 130 may identify a point where the amount of change in dV/dQ is sharp. For example, the processor 130 may obtain information representing dV/dQ at predetermined time intervals and calculate the amount of change from the previous dV/dQ.
  • the processor 130 detects a specific point as a sudden change point (R2) where the dV/dQ value decreases with a change amount greater than the threshold than the previous dV/dQ value, and then increases while the dV/dQ value has a change amount greater than the threshold value. You can.
  • the sudden change point (R2) is associated with the SOC where the above-described sudden change in dV/dQ occurs due to lithium precipitating on the cathode.
  • the sudden change point (R2) goes through a constant current charging and temporary discharging procedure using the first charging rate, and performs constant current charging at the adjusted second charging rate determined to compensate for the decrease in SOC due to the progress of the temporary discharging procedure.
  • This is the SOC in which lithium is precipitated from the negative electrode of the battery during operation.
  • the constant current charging procedure using the second charging rate is performed without the temporary discharge procedure, lithium precipitation occurs, which is higher than the predetermined second standard SOC (e.g., 62.1%). It could be SOC.
  • the processor 130 performs multi-stage charging so that at the end of the constant current charging procedure using the first charging rate, a temporary isolation procedure and a constant current charging procedure using the adjusted second charging rate are performed instead of the constant current charging procedure using the second charging rate.
  • a temporary isolation procedure and a constant current charging procedure using the adjusted second charging rate are performed instead of the constant current charging procedure using the second charging rate.
  • the processor 130 recognizes the usage level of the battery (e.g., number of charge/discharge cycles, capacity maintenance rate) using various known battery state detection algorithms, and determines the battery discharge time based on the recognized usage level.
  • the length of can be determined. For example, as the battery deteriorates due to repeated use, the amount of lithium deposited on the battery's negative electrode may increase. As the amount of precipitated lithium increases, it is necessary to increase the length of time in the second section (P2) during which the battery is discharged.
  • the processor 130 When the processor 130 recognizes that the battery usage level (e.g., number of charge/discharge cycles, degree of deterioration) is greater than the threshold, the processor 130 sets the time length of the temporary discharge procedure to a time longer than the set time (e.g., 5 seconds) (e.g., 6 seconds). seconds) can be determined. Alternatively, if the processor 130 recognizes that the usage level of the battery is less than the standard, the time length of the temporary discharge procedure may be determined to be the same as or shorter than the set time (e.g., 5 seconds) (4 seconds).
  • the set time e.g., 5 seconds
  • the processor 130 increases the discharge time of the battery and discharges the battery for 6 seconds, and if the number of charge/discharge cycles of the battery is less than the threshold, the time length of the temporary discharge procedure is set to a set time. It can be determined as 5 seconds corresponding to .
  • the battery while the battery is being charged, the battery is discharged for a specified time, charging is resumed at a charging rate that can compensate for the change in SOC due to discharge, and charging of the battery is completed to correspond to the preset charging schedule. It can be. Additionally, according to this implementation configuration of the present invention, the SOC of the battery can be more accurately predicted as the precipitated lithium is removed. In addition, the accuracy of charging efficiency and SOC prediction can be further improved by controlling the discharge time according to the degree of battery degradation.
  • the battery control device 100 according to the present invention can be applied to a battery pack. That is, the battery pack according to the present invention may include the battery control device 100 according to the present invention described above.
  • the battery pack according to the present invention in addition to the battery control device 100 according to the present invention, includes components typically included in a battery pack, such as one or more batteries, a battery management system (BMS), a current sensor, a relay, and a fuse. , pack cases, etc. may be further included.
  • the secondary battery included in the battery pack may be the object controlled by the battery control device 100 according to the present invention, that is, the target battery.
  • at least some components of the battery control device 100 according to the present invention may be implemented with conventional components included in a battery pack.
  • the measuring unit 110 of the battery control device 100 according to the present invention may be implemented by a voltage sensor included in the battery pack.
  • the processor 130 of the battery control device 100 according to the present invention may be implemented by the BMS included in the battery pack.
  • the battery control device 100 according to the present invention can be applied to electric vehicles. That is, the electric vehicle according to the present invention may include the battery control device 100 according to the present invention described above. In particular, in the case of electric vehicles, since the battery pack is a very important component as a driving source, the battery control device 100 according to the present invention can be more usefully applied.
  • the electric vehicle according to the present invention may further include other various devices, such as a vehicle body, a vehicle control unit such as an ECU, a motor, a connection terminal, a DC-DC converter, etc., in addition to the battery control device 100. .
  • the electric vehicle according to the present invention can further employ components typically included in electric vehicles.
  • FIG. 5 is a flowchart schematically showing a battery control method according to another embodiment of the present invention.
  • the method of FIG. 5 may be executed in response to the battery control device 100 receiving a message notifying the start of a charging procedure for the battery from an external charger or discharger.
  • the subject of each step may be each component of the battery control device 100 according to the present invention described above. For convenience of explanation, it is assumed that the SOC of the battery at the time the method of FIG. 5 is initiated is less than the first reference SOC.
  • step S510 the processor 130 performs a constant current charging procedure using a first charging rate.
  • the processor 130 may request the external charger/discharger to supply a charging current corresponding to the first charging rate.
  • step S520 the processor 130 determines whether the SOC of the battery, which is determined based on the voltage measurement value representing the voltage of the battery received from the measurement unit 110, has reached the first reference SOC.
  • the voltage measurement value of the battery may be measured periodically or at designated time intervals through the measurement unit 110 while the battery is being charged at the first charging rate.
  • the first reference SOC is a predetermined value to prevent lithium precipitation on the negative electrode of the battery when the battery undergoes a constant current charging procedure using the first charging rate.
  • the first reference SOC is such that when constant current charging is continued at the first charge rate from when the battery SOC is lower than the first reference SOC, lithium precipitation begins to occur at the negative electrode of the battery or the severity of lithium precipitation increases to a certain level. It may be an expected or predetermined SOC value.
  • step S520 If the value of step S520 is “Yes,” the process proceeds to step S530. If the value of step S520 is “No,” the processor 130 returns to step S510 and continues the constant current charging procedure using the first charging rate.
  • step S530 the processor 130 performs a temporary discharge procedure. That is, in step S530, the constant current charging procedure using the first charging rate is converted to a temporary discharging procedure.
  • the transient discharge procedure may proceed with a constant current of a specified magnitude for a specified period of time. That is, the battery is discharged between the constant current charging procedure using the first charging rate and the constant current charging procedure using the second charging rate. As the battery discharges, at least some of the lithium deposited on the battery's negative electrode may be removed.
  • step S540 the processor 130 performs a constant current charging procedure using the second charging rate. That is, in step S540, the temporary discharging procedure is converted to a constant current charging procedure using the second charging rate.
  • step S550 the processor 130 determines whether the SOC of the battery has reached the second reference SOC. If the value of step S540 is “Yes,” the method of FIG. 5 may end. If the value of step S550 is “No”, the processor 130 returns to step S540 and continues the constant current charging procedure using the second charging rate.
  • FIG. 6 is a flowchart schematically showing a battery control method according to another embodiment of the present invention.
  • the method of FIG. 6 may be executed in response to the battery control device 100 receiving a message notifying the start of a charging procedure for the battery from an external charger or discharger.
  • the subject of each step may be each component of the battery control device 100 according to the present invention described above. For convenience of explanation, it is assumed that the SOC of the battery at the time the method of FIG. 6 is initiated is less than the first reference SOC.
  • step S610 the processor 130 performs a constant current charging procedure using the first charging rate.
  • step S620 the processor 130 determines whether the SOC of the battery, which is determined based on the voltage measurement value representing the voltage of the battery received from the measurement unit 110, has reached the first reference SOC.
  • the voltage measurement value of the battery may be measured periodically or at designated time intervals through the measurement unit 110 while the battery is being charged at the first charging rate.
  • the first reference SOC is a predetermined value to prevent lithium precipitation on the negative electrode of the battery when the battery undergoes a constant current charging procedure using the first charging rate.
  • the first reference SOC is such that when constant current charging is continued at the first charge rate from when the battery SOC is lower than the first reference SOC, lithium precipitation begins to occur at the negative electrode of the battery or the severity of lithium precipitation increases to a certain level. It may be an expected or predetermined SOC value.
  • step S620 If the value of step S620 is "Yes”, the process proceeds to step S624. If the value of step S620 is “No,” the processor 130 returns to step S610 and continues the constant current charging procedure using the first charging rate.
  • step S624 the processor 130 determines whether it is necessary to proceed with a temporary discharge procedure for the battery.
  • the processor 130 may determine the need to proceed with a temporary discharging procedure based on the usage level of the battery. For example, if the battery usage level is greater than or equal to the threshold, the value of step S624 may be output as “Yes,” and otherwise, the value of step S624 may be output as “No.” If the value of step S624 is “Yes,” the process proceeds to step S630. If the value of step S624 is “No”, the process may proceed to step S640.
  • the processor 130 determines (i) the time length of the temporary discharge procedure to have a continuous or discrete negative correlation with the degree of use of the battery; and (ii) determining the magnitude of the constant current for the temporary discharge procedure to have a continuous or discrete negative correlation with the degree of use of the battery. That is, as the degree of use of the battery increases (i.e., as the battery deteriorates), the time length of the temporary discharge procedure and the magnitude of the constant current (discharge current) decrease continuously or discretely.
  • the negative correlation may be defined as a predetermined function that inputs the degree of battery use and outputs at least one of the time length of the temporary discharge procedure and the size of the discharge current.
  • the current shock applied to the battery i.e. the difference between the magnitude of the first charge rate and the discharge current
  • the level of current shock i.e. the difference between the magnitude of the discharge current and the adjusted second charge rate
  • step S630 the processor 130 performs a temporary discharge procedure.
  • the processor 130 may request an external charger/discharger to flow a discharge current to the battery according to the discharge information of the temporary discharge procedure.
  • step S640 the processor 130 performs a constant current charging procedure using the second charging rate.
  • step S650 the processor 130 determines whether the SOC of the battery has reached the second reference SOC. If the value of step S640 is “Yes,” the method of FIG. 6 may end. If the value of step S650 is “No”, the processor 130 returns to step S640 and continues the constant current charging procedure using the second charging rate.
  • the embodiment described with reference to FIG. 6 is different in that the temporary discharge procedure can be selectively performed depending on the degree of use of the battery.
  • FIG. 7 is a flowchart schematically showing a battery control method according to another embodiment of the present invention.
  • the method of FIG. 7 may be executed in response to the battery control device 100 receiving a message notifying the start of a charging procedure for the battery from an external charger or discharger.
  • the subject of each step may be each component of the battery control device 100 according to the present invention described above. For convenience of explanation, it is assumed that the SOC of the battery at the time the method of FIG. 7 is started is less than the first reference SOC.
  • step S710 the processor 130 performs a constant current charging procedure using the first charging rate.
  • step S720 the processor 130 determines whether the SOC of the battery, which is determined based on the voltage measurement value representing the voltage of the battery received from the measurement unit 110, has reached the first reference SOC.
  • the voltage measurement value of the battery may be measured periodically or at designated time intervals through the measurement unit 110 while the battery is being charged at the first charging rate.
  • the first reference SOC is a predetermined value to prevent lithium precipitation on the negative electrode of the battery when the battery undergoes a constant current charging procedure using the first charging rate.
  • the first reference SOC is such that when constant current charging is continued at the first charge rate from when the battery SOC is lower than the first reference SOC, lithium precipitation begins to occur at the negative electrode of the battery or the severity of lithium precipitation increases to a certain level. It may be an expected or predetermined SOC value.
  • step S720 If the value of step S720 is "Yes”, the process proceeds to step S724. If the value of step S720 is “No,” the processor 130 returns to step S710 and continues the constant current charging procedure using the first charging rate.
  • step S724 the processor 130 determines whether it is necessary to proceed with a temporary discharge procedure for the battery.
  • the processor 130 may determine the need to proceed with a temporary discharging procedure based on the usage level of the battery. For example, if the battery usage level is greater than or equal to the threshold, the value of step S724 may be output as “Yes,” and otherwise, the value of step S724 may be output as “No.” If the value of step S724 is "Yes”, the process proceeds to step S726. If the value of step S724 is “No”, the process may proceed to step S742.
  • step S726 the processor 130 determines the adjusted second charging rate based on the discharge information of the temporary discharge procedure (see Equation 2).
  • the adjusted second charging rate is different from the original second charging rate according to the multi-stage charging protocol data.
  • step S730 the processor 130 performs a temporary discharge procedure.
  • step S740 the processor 130 performs a constant current charging procedure using the adjusted second charging rate (determined in step S726).
  • step S742 the processor 130 performs a constant current charging procedure using the second charging rate.
  • step S750 the processor 130 determines whether the SOC of the battery has reached the second reference SOC. If the value of step S740 is “Yes,” the method of FIG. 7 may end. If the value of step S750 is “No,” the processor 130 returns to step S740 or step S740 and continues the constant current charging procedure using the second charging rate.
  • the processor 130 determines whether the SOC of the battery has reached the second reference SOC. If the value of step S740 is “Yes,” the method of FIG. 7 may end. If the value of step S750 is “No,” the processor 130 returns to step S740 or step S740 and continues the constant current charging procedure using the second charging rate.
  • the value of step S724 is determined to be "Yes” and the value of step S750 is determined to be "No”
  • it returns to step S740 whereas if the values of step S724 and step S750 are both determined to be "No” You can return to step S742.
  • the SOC of the battery is terminated when it reaches the second reference SOC, but this is only an example. If the multi-stage fidelity procedure includes three or more constant current charging procedures, additional constant current charging procedures or constant voltage charging procedures may proceed subsequently.
  • the original second charge procedure included in the multi-stage charging protocol data is performed. It is different in that instead of the charging rate, a constant current charging procedure is performed using the adjusted second charging rate.
  • the embodiments of the present invention described above are not only implemented through devices and methods, but may also be implemented through a program that realizes the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded.
  • the implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs based on the description of the embodiments described above.

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Abstract

배터리 제어 장치 및 배터리 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 배터리 제어 장치는, 배터리의 전압을 측정하여, 상기 측정된 전압을 나타내는 전압 측정값을 출력하는 측정부, 제1 충전율, 상기 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에 후속하는 다른 정전류 충전 절차에 이용되는 제2 충전율, 및 상기 제1 충전율에 연관된 제1 기준 SOC을 포함하는 멀티 스테이지 충전 프로토콜 데이터를 저장하는 메모리, 및 상기 전압 측정값에 기반하여 상기 배터리의 SOC를 식별하는 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는, 상기 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차가 진행되는 중 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 SOC에 도달한 경우, 일시적 방전 절차를 진행하고, 상기 일시적 방전 절차의 방전 정보를 기초로, 상기 제2 충전율과는 상이한 조정된 제2 충전율을 결정하고, 상기 일시적 방전 절차의 종료 후, 상기 조정된 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행한다.

Description

배터리 제어 장치 및 배터리 제어 방법
본 발명은 배터리 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 충전 상태(SOC: State Of Charge)에 맞춰 충전 전류의 크기가 적어도 1회 이상 변화하는 멀티 스테이지 충전 절차가 진행되는 중에 적어도 1회의 일시적 방전 기간을 두어 리튬 석출을 억제하면서도 높은 효율로 배터리가 충전될 수 있도록, 멀티 스테이지 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2022년 04월 21일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2022-0049483호 및 2023년 04월 17일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2023-0050321호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 차량, 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 고용량화 및 고밀도화 측면에서 많은 연구가 진행되고 있지만 수명과 안전성 향상 측면도 중요하다. 이를 위해서는 전극 표면에서 전해액과의 분해 반응 억제가 필요하고, 과충전 및 과방전을 방지하는 것이 요구된다.
특히, 음극 표면에 리튬이 석출되는 현상인 리튬 플레이팅(Li-plating)을 방지할 필요가 있다. 음극 표면에 리튬이 석출되면 전해액과의 부반응 및 배터리의 운동역학적 균형(kinetic balance) 변경 등을 초래하여 배터리 퇴화의 원인이 된다. 또한, 음극 표면에 리튬이 석출됨에 따라 배터리의 내부 단락의 발생 가능성이 높아지고, 발화 및 폭발 등의 위험을 야기한다.
고속 충전의 경우, 배터리의 음극 표면에서의 리튬 플레이팅이 저속 충전에 비해 가속화됨으로 인해, 충전의 효율 및 배터리의 내구성이 감소할 수 있다.
따라서, 배터리를 충전 시에 음극 표면에 석출되는 리튬을 최소화하고 고속 충전의 효율을 증가시킬 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 멀티스테이지 충전 프로토콜에 따라 배터리가 충전되는 과정에서, 서로 인접한 두 충전 스테이지의 사이에서 일시적인 방전 절차를 진행함으로써, 리튬의 석출량을 감소시키거나 기 석출된 리튬의 적어도 일부를 제거할 수 있는 배터리 제어 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 일시적 방전 절차에 후속하는 정전류 충전 절차에서의 충전율을 조정하여, 일시적 방전 절차에 의한 충전 상태(SOC)의 저하량을 보상하는 배터리 제어 장치 및 그 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 제어 장치는, 배터리의 전압을 측정하여, 상기 측정된 전압을 나타내는 전압 측정값을 출력하도록 구성된 측정부, 제1 충전율, 상기 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에 후속하는 다른 정전류 충전 절차에 이용되는 제2 충전율, 및 상기 제1 충전율에 연관된 제1 기준 SOC - 상기 제1 기준 SOC는 상기 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에서 상기 배터리의 리튬 석출을 방지하기 위해 미리 정해진 값임 - 을 포함하는 멀티 스테이지 충전 프로토콜 데이터를 저장하는 메모리, 및 상기 측정부로부터 수신되는 상기 전압 측정값에 기반하여 상기 배터리의 SOC를 식별하는 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는, 상기 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차가 진행되는 중 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 SOC에 도달한 경우, 일시적 방전 절차를 진행하고, 상기 일시적 방전 절차의 방전 정보를 기초로, 상기 제2 충전율과는 상이한 조정된 제2 충전율을 결정하고, 상기 일시적 방전 절차의 종료 후, 상기 조정된 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 방전 정보에 포함된 상기 일시적 방전 절차가 진행되는 동안의 상기 배터리의 SOC 변화량에 기반하여, 상기 조정된 제2 충전율을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 일시적 방전 절차에 따른 상기 배터리의 SOC 변화량을 보상하기 위해, 상기 제2 충전율보다 크도록 상기 조정된 제2 충전율을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 메모리는, 상기 제2 충전율에 연관된 제2 기준 SOC - 상기 제2 기준 SOC는 상기 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에서 상기 배터리의 리튬 석출을 방지하기 위해 미리 정해진 값임- 를 더 저장할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 제1 기준 SOC, 상기 제2 기준 SOC 및 상기 제2 충전율에 더 기초하여, 상기 조정된 제2 충전율을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차가 진행되는 중 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 SOC에 도달한 시점부터 즉시 상기 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행할 경우에, 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 SOC로부터 상기 제2 기준 SOC에 도달하기까지 소요될 것으로 예상되는 기준 시간을 연산하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, (i)상기 방전 정보에 포함된 상기 일시적 방전 절차의 시간 길이와 (ii)상기 일시적 방전 절차의 종료 시점부터 즉시 상기 조정된 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에 의해 상기 배터리의 SOC가 상기 제2 기준 SOC에 도달하는 데에 필요한 시간의 합이 상기 기준 시간과 동일하도록, 상기 조정된 제2 충전율을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 배터리의 사용 정도에 대해 연속적 또는 이산적인 음의 상관 관계를 갖도록, 상기 일시적 방전 절차의 시간 길이를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 제1 기준 SOC와 상기 제2 기준 SOC의 차이와 상기 일시적 방전 절차에 의한 SOC 변화량의 합에 비례하고, 상기 기준 시간과 상기 방전 정보에 포함된 상기 일시적 방전 절차의 시간 길이의 차이에 반비례하도록, 상기 조정된 제2 충전율을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 배터리가 상기 제1 충전율 이하의 크기의 정전류로 방전되도록, 상기 일시적 방전 절차를 진행하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 배터리의 사용 정도에 대해 연속적 또는 이산적인 음의 상관 관계를 갖도록, 상기 일시적 방전 절차를 위한 정전류의 크기를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 배터리의 사용 정도를 기초로, 상기 일시적 방전 절차의 진행 필요 여부를 결정하고, 상기 일시적 방전 절차의 진행이 필요한 것으로 결정 시, 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 SOC에 도달하면 상기 일시적 방전 절차를 진행하고, 상기 일시적 방전 절차의 진행이 불필요한 것으로 결정 시, 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 SOC에 도달하면 상기 일시적 방전 절차의 진행없이 상기 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 상기 배터리 제어 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전기 차량은 상기 배터리 제어 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 제어 방법은 배터리 제어 장치에 의해 실행되는 것으로서, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차가 진행되는 중, 배터리의 측정된 전압을 나타내는 전압 측정값에 기반하여 식별되는 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 충전율에 연관된 제1 기준 SOC - 상기 제1 기준 SOC는 상기 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에서 상기 배터리의 리튬 석출을 방지하기 위해 미리 정해진 값임 - 에 도달한 경우, 일시적 방전 절차를 진행하는 단계, 상기 일시적 방전 절차의 방전 정보를 기초로, 상기 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에 후속하는 다른 정전류 충전 절차에 이용되는 제2 충전율과는 상이한 조정된 제2 충전율을 결정하는 단계, 및 상기 일시적 방전 절차의 종료 후, 상기 조정된 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 따르면, 멀티스테이지 충전 프로토콜에 따라 배터리가 충전되는 도중에 적어도 1회의 일시적 방전 절차를 둠으로써, 배터리의 내부에 석출된 리튬의 적어도 일부를 제거할 수 있고, 결과적으로 충전 효율이 향상될 수 있다. 이때, 일시적 방전 절차는 서로 인접한 두 충전 스테이지의 사이에서 진행될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 따르면, 일시적 방전 절차에 후속하는 정전류 충전 절차에서의 충전율을 조정하여, 일시적 방전 절차에 의한 충전 상태(SOC)의 저하량을 보상함으로써, 상기 일시적 방전 기간으로 인한 전체적인 충전 소요 시간의 장기화를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 따르면, 배터리의 사용 정도에 따라 일시적 방전 절차에서의 방전 전류의 크기 및 일시적 방전 절차의 시간 길이 중 적어도 하나를 조절함으로써, 배터리의 장수명화를 도모할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 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 제어 장치를 도시한다.
도 2는 배터리가 충전되는 동안에 리튬이 석출되는 것을 예시적으로 도시한다.
도 3a는 멀티 스테이지 충전 프로토콜을 따라 배터리가 충전되는 과정에서 SOC에 따른 음극 전압을 나타내는 그래프이다.
도 3b는 도 3a의 제2 구간을 확대한 확대도를 도시한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서에 의해 배터리가 충전되는 과정에서 SOC에 따른 음극 전압을 나타내는 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서에 의해 배터리가 충전되는 과정에서 SOC에 따른 음극의 dV/dQ를 나타내는 그래프이다.
도 4c는 도 4b의 특정 영역을 확대한 확대도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
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.
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 제어 장치를 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 제어 장치(100)는 측정부(110), 메모리(120) 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다.
측정부(110)는, 배터리의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 측정할 수 있다.
측정부(110)는, 배터리의 충전이나 방전 과정 중에, 배터리의 양단에 걸친 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 여기서, 배터리는 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀, 또는 2 이상의 셀이 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결된 배터리 모듈을 의미할 수 있다. 일 예로, 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지가 배터리로 간주될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 배터리가 하나의 독립된 셀을 의미하는 것으로 설명한다. 다양한 예에서, 측정부(110)에 의해 측정되는 배터리의 전압은 배터리의 개방회로전압(OCV: open circuit voltage) 또는 배터리에 부하가 연결된 상태에서 측정되는 부하 전압 중 적어도 하나일 수 있다.
측정부(110)는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 전압 측정 기술을 채용할 수 있다. 예를 들어, 측정부(110)는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 전압 센서를 구비할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)가 배터리 팩에 적용되는 경우, 배터리 팩에 이미 구비된 전압 센서를 본 발명에 따른 측정부(110)로 이용할 수도 있다.
측정부(110)는 배터리의 충전이나 방전 과정 중에, 배터리를 통해 흐르는 전류를 측정하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 측정부(110)는, 전류가 흐를 때 션트(shunt) 저항 양단에 인가되는 전압을 측정하고 옴의 법칙을 이용하여 측정된 전압을 전류로 변환할 수 있다. 또는, 측정부(110)는 홀 센서와 같은 다른 공지된 전류 센서를 포함할 수 있고, 상기 전류 센서를 이용하여 전류를 측정할 수도 있다.
메모리(120)는 멀티 스테이지 충전 프로토콜 데이터를 비롯하여, 배터리에 대한 멀티 스테이지 충전 절차를 실시하는 데에 요구되는 프로그램을 저장하도록 구성될 수 있다. 전술된 바와 같이, 멀티 스테이지 충전 프로토콜이란, 배터리의 완전 방전 상태를 나타내는 SOC(state of charge)로부터 완전 충전 상태를 나타내는 SOC까지의 전체 SOC 범위의 적어도 일부 범위에서, 정전류의 크기가 적어도 1회 변화되는 충전 절차이다. 즉, 멀티 스테이지 충전 프로토콜은, 전체 SOC 범위의 적어도 일부 범위가 2개 이상의 하위 SOC 범위로 구분되어 있을 때, 각각의 하위 SOC 범위('스테이지'라고 칭할 수 있음)에서의 충전에 이용되는 충전율이 미리 정해져 있는 충전 절차를 지칭할 수 있다. 참고로, 완전 방전 상태를 나타내는 SOC는 통상적으로 0%로 설정되나, 배터리의 장수명화를 목적으로 0%보다 큰 값으로 미리 정해질 수 있다. 유사하게, 완전 충전 상태를 나타내는 SOC는 통상적으로 100%로 설정되나, 배터리의 장수명화를 목적으로 100%보다 작은 값으로 미리 정해질 수 있다.
멀티 스테이지 충전 프로토콜 데이터는, 제1 충전율, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에 후속하는 다른 정전류 충전 절차에 이용되는 제2 충전율, 및 제1 충전율에 연관된 제1 기준 SOC을 포함한다. 제1 기준 SOC는, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에서 배터리의 리튬 석출을 방지하기 위해 미리 정해진 값이다.
메모리(120)는, 적어도 하나의 기준 SOC를 저장할 수 있다. 여기서, 기준 SOC란, 배터리를 소정의 충전율(current rate 또는 C-rate)로 충전하는 경우에 배터리의 음극 상에 리튬이 석출되는 것으로 예상되는 SOC라 할 수 있다. 예컨데, 멀티 스테이지 충전 절차가 서로 다른 충전율을 갖는 3개의 정전류 충전 절차의 순차적 흐름인 경우, 기준 SOC는 2개이다. 즉, 메모리(120)에 기 저장되는 기준 SOC의 개수는, 멀티 스테이지 충전 절차에 포함된 정전류 충전 절차의 개수보다 1만큼 작을 수 있다.
메모리(120)는, 충전율에 기반하여 배터리의 음극 상에 리튬이 석출되는 배터리의 SOC에 관한 정보를 저장할 수 있다. 배터리를 정전류로 충전함에 있어서, 배터리의 음극 상에 리튬 석출이 발생되는 SOC는 정전류의 크기 즉, 충전율에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 정전류 충전에 이용되는 충전율이 높을수록, 리튬 석출이 발생하는 SOC는 작아질 수 있다. 이와 같이, 사전에 제어 대상이 되는 배터리와 동일한 특성을 갖도록 설계된 배터리에 대하여 충전 과정을 거쳐, 충전율과 그 충전율에 따른 리튬이 석출되는 SOC에 관한 정보가 미리 실험적으로 획득될 수 있다. 예를 들어, 음극, 양극, 기준 전극을 포함하는 3전극 형태의 리튬 이차 전지에서, 음극 만의 전위를 분리하여 충전율을 변화시키며 리튬 석출 여부를 실험함으로써 리튬이 석출되는 SOC에 관한 정보가 미리 획득될 수 있다. 메모리(120)에 저장되는 각각의 기준 SOC는 전술된 바와 같이 획득된 충전율과 리튬 석출 SOC(기준 SOC) 간의 관계를 나타낸다. 메모리(120)는 충전율과 기준 SOC 간의 관계를 나타내는 곡선 데이터 및/또는 룩업테이블을 저장할 수 있다.
가령, 멀티 스테이지 충전 절차가 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차 및 그에 후속하는 제2 충전율에 의한 정전류 충전 절차를 포함한다고 해보자. 이 경우, 메모리(120)는 제1 기준 SOC를 저장할 수 있다. 제1 기준 SOC는 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차의 종료 조건, 즉 정전류 충전 절차에 이용되는 정전류의 크기가 제1 충전율로부터 조정된 제2 충전율로 전환되는 기준이 된다.
제1 기준 SOC은, 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC 미만인 때부터 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 중에 배터리의 음극 상에서 리튬 석출이 발생하지 않거나 리튬 석출량이 일정량 미만이 되는 한계치일 수 있다. 즉, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전에 의해 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC에 도달하면서부터 배터리의 리튬 석출이 시작하거나 제1 충전율을 이용한 정전류 충전에 의한 리튬 석출량이 일정량 이상이 될 수 있다.
멀티 스테이지 충전 절차가 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에 후속하는 제3 충전율에 의한 정전류 충전 절차를 더 포함한다고 해보자. 이 경우, 메모리(120)는 제2 기준 SOC를 더 저장할 수 있다. 제2 기준 SOC는 정전류 충전 절차에 이용되는 정전류의 크기가 제2 충전율로부터 제3 충전율로 전환되는 기준이 된다. 제2 기준 SOC은, 제2 충전율을 이용한 정전류 충전이 완료된 후, 제3 충전율을 이용한 정전류 충전 중에 배터리의 음극 상에서 리튬 석출이 발생하지 않거나 리튬 석출량이 일정량 미만이 되는 한계치일 수 있다.
메모리(120)는 배터리 제어 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는 데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 메모리(120)는 프로세서(130)의 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(300)와 연결될 수 있다. 메모리(120)는, 프로세서(130)에 의해서 실행되는 적어도 하나의 프로그램, 어플리케이션, 데이터, 또는 인스트럭션들(instructions)을 저장할 수 있다. 메모리(120)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 메모리(120)는, 플래시 메모리 타입, 하드 디스크 타입, SSD(Solid State Disk) 타입, SDD(Solid Disk Drive) 타입, 멀티미디어 카드 마이크로 타입, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), ROM(Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory) 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 메모리(120)의 구체적인 형태로 제한되는 것은 아니다. 또한, 메모리(120)는 프로세서(130)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
프로세서(130)는, 측정부(110)로부터 배터리의 전압 측정값을 수신할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는, 측정부(110)로부터 배터리의 전압 값을 실시간으로 수신하거나 또는 일정 시간 간격마다 주기적으로 수신할 수 있다.
프로세서(130)는, 배터리에 대한 멀티 스테이지 충전 절차가 진행되는 동안,수신된 전압 측정값에 기반하여 배터리의 현재 SOC(최신 SOC)를 식별할 수 있다. 즉, 프로세서(130)는, 멀티 스테이지 충전 절차 중의 소정 시간 간격으로, 배터리의 SOC를 실시간적으로 모니터링할 수 있다.
프로세서(130)는 다양한 방식으로 배터리의 현재 SOC를 식별할 수 있다. 예를 들어, 메모리(120)는 전압 측정값(예, OCV)에 대응하는 SOC를 맵핑한 제1 맵핑 정보를 더 포함하고, 프로세서(130)는 측정부(110)로부터 전압 측정값을 수신한 다음, 메모리(120)에 액세스하여 수신된 전압 측정값에 대응하는 SOC를 독출할 수 있다. 또는, 메모리(120)는 측정부(110)에 의해 출력되는 전압 측정값 및 전류 측정값 중 적어도 하나를 기초로 배터리의 SOC를 연산하기 위한 수식(예, 암페어 카운팅, 확장칼만필터) 등을 저장하고, 프로세서(130)는 메모리(120)에 저장된 수식 등을 통해 SOC를 연산할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(130)는, 배터리의 등가회로모델(equivalent circuit model)을 이용하여, 전압 측정값에 따른 배터리의 개방회로전압을 식별할 수 있다. 여기서, 메모리(120)는 배터리의 개방회로전압에 대응하는 SOC를 맵핑한 제2 맵핑 정보를 더 포함하고, 프로세서(130)는 메모리(120)에 액세스하여 개방회로전압에 대응하는 SOC를 독출할 수 있다. 다른 예에서, 프로세서(130)는, 메모리(120)에 저장된 확장 칼만 필터를 이용하여, 배터리의 현재 SOC를 식별할 수 있다. 여기서, 확장 칼만 필터는 등가회로모델 또는 전기화학적 ROM(reduced order model)에 기초한 알고리즘으로서 본 발명이 속한 기술분야에 널리 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
또는, 측정부(110)는 배터리가 충전되는 동안에 인가되는 전류의 측정값을 시간에 따라 적산하여 SOC 변화량을 연산하고, 초기 SOC에 연산된 SOC 변화량을 더하여 배터리의 SOC를 식별할 수도 있다.
이와 같이 프로세서(130)는, 측정부(110)로부터 배터리의 전압 측정값을 수신하고, 수신한 전압 측정값에 대응하는 SOC를 획득하여 획득한 SOC를 배터리의 현재 SOC로 식별할 수 있다.
프로세서(130)는, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 중, 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC에 도달한 경우, 지정된 시간 동안 배터리를 방전하는 일시적 방전 절차를 진행도록 구성될 수 있다. 즉, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차와 후술된 조정된 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차의 사이에 일시적인 방전 기간이 존재하는 것이다. 프로세서(130)는 제1 충전율로 배터리가 충전되는 중에 실시간으로 또는 소정 시간 간격으로 배터리의 SOC의 최신값을 식별하여 배터리가 제1 기준 SOC에 도달한 것을 인식할 수 있다. 프로세서(130)는, 제1 충전율로 배터리가 충전되는 동안, 메모리(120)에 저장된 제1 기준 SOC를 획득하여, 제1 기준 SOC와 배터리의 SOC를 실시간으로 또는 일정 시간 간격으로 비교할 수 있다. 프로세서(130)는 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC에 대응하는 것을 인식하면, 지정된 시간 동안 배터리가 방전되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 과정 중 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC인 70%에 도달한 경우, 충전을 정지시킨 채로 일정 시간(예, 6초) 동안 배터리를 방전시키록 구성될 수 있다. 이때, 배터리는 소정의 크기를 갖는 정전류로 방전될 수 있다.
프로세서(130)는, 배터리가 상기 지정된 시간 동안 방전된 후, 원래의 제2 충전율과는 상이하도록 조정된 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행하도록 구성될 수 있다.
도 2는 배터리가 충전되는 동안에 리튬이 석출되는 것을 예시적으로 도시한다.
프로세서(130)는 멀티 스테이지 충전 절차에 따라 배터리를 충전시키도록 구성될 수 있다. 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차의 진행 중에 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC에 도달하면 음극 표면에 리튬이 석출될 수 있음은 전술된 바와 같다. 제1 예시도(210)를 참조하면, 다양한 이유로 퇴화된 배터리가 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 과정에서 제1 기준 SOC에 도달 시에 이미 약간의 금속 리튬이 배터리의 음극 표면 상에 석출된 상태를 확인할 수 있다.
프로세서(130)는 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에 의해 제1 기준SOC에 도달한 배터리를 지정된 시간 동안 방전시키도록 구성될 수 있다. 제2 예시도(220)를 참조하면, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차와 조정된 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차 사이에서 배터리가 일시적으로 방전됨에 따라, 충전 전류에 의해 누적된 히스테리시스가 역방향의 방전 전류에 의해 해소되고, 배터리의 음극의 표면에 석출되어 있던 리튬이 제거되는 것이 도시된다. 즉, 일시적 방전 절차를 통해, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에서 심화된 리튬 석출의 진행을 해소하거나 적어도 더디게 하는 것이다. 이에 따라, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차의 종류 후, 곧바로 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 시작하는 종래의 방식에 비해 배터리의 충전 효율 및 안전성이 향상될 수 있다.
일시적 방전 절차의 방전 정보는 메모리(120)에 저장될 수 있다. 여기서, 방전 정보는, 일시적 방전 절차의 시간 길이, 방전에 이용되는 정전류의 크기, 및 방전에 의한 SOC 변화량 중 적어도 하나를 포함한다.
프로세서(130)는 제2 예시도(220)에 연관된 일시적 방전 절차가 종료된 후 제1 충전율과 상이한 제2 충전율로 배터리가 충전되도록 구성될 수 있다. 참고로, 제2 충전율(예, 1.5C)은 제1 충전율(예, 2.5C)보다 작을 수 있다. 멀티 스테이지 충전 절차에 포함된 각각의 정전류 충전 절차에서 이용되는 충전율은, 배터리의 종류나 사양, 배터리가 사용되는 장치의 사양 등 여러 조건에 따라 적절하게 미리 설정될 수 있다.
제3 예시도(230)를 참조하면, 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차가 시작되는 때에 음극에 석출되어 있는 리튬의 양이 제1 예시도(210)에 도시된 바에 비해 감소된 것이 도시된다.
프로세서(130)는, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전이 종료된 후에는, 제1 충전율보다 작은 제2 충전율로 배터리를 충전함으로써, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에 후속하는 다른 충전 절차가 진행되는 동안에 발생하는 리튬석출양이 감소되도록 또는 리튬 석출 속도가 감소되도록 할 수 있다.
본 발명의 상기 구성 요소들에 의하면, 배터리를 충전 시에 석출된 리튬의 적어도 일부가 제거되도록 할 수 있다. 프로세서(130)는 배터리를 충전하는 동작 중에 배터리를 지정된 시간 동안 방전하여, 충전 전류에 의한 히스테리시스를 완화함은 물론 이미 석출된 리튬의 적어도 일부를 제거함으로써, 배터리의 충전량이 보다 정확하고 용이하게 예상될 수 있다.
프로세서(130)는, 배터리 제어 장치(100)의 다른 구성들과 작동적으로 연결되고, 배터리 제어 장치(100)의 다양한 동작들을 제어할 수 있다. 프로세서(130)는 메모리(120)에 저장된 하나 이상의 인스트럭션들을 실행함으로써 배터리 제어 장치(100)의 다양한 동작들을 수행할 수 있다. 프로세서(130)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 프로세서(130)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리(120)에 저장되고, 프로세서(130)에 의해 실행될 수 있다.
특히, 배터리 제어 장치(100)가 배터리 팩에 포함되는 형태로 구현되는 경우, 배터리 팩에는 MCU(micro controller unit) 내지 BMS(battery management syste)와 같은 용어로 지칭되는 제어 장치가 포함될 수 잇다. 이 때, 프로세서(130)는 이러한 일반적인 배터리 팩에 구비된 MCU나 BMS와 같은 구성 요소에 의해 구현될 수도 있다.
본 명세서에서, 프로세서(130)의 동작이나 기능에 대한 '~한다' 또는 '~되도록 구성된다'는 등의 용어들은, '~되도록 프로그래밍된다'는 의미를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 완전 방전 상태로부터 제1 기준 SOC 이하의 SOC 범위에서의 정전류 충전에 이용되는 제1 충전율과는 달리, 제1 기준 SOC 이상의 SOC 범위에서의 정전류 충전에는 제2 충전율 대신 조정된 제2 충전율이 이용될 수 있다. 프로세서(130)는 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC에 도달 시부터 실시된 일시적 방전에 따른 배터리의 SOC 값의 변화량(저하량)에 기반하여, 일시적 방전 절차의 종료를 조건으로 개시되는 정전류 충전 절차에 이용할, 조정된 제2 충전율을 결정할 수 있다. 이에 대하여, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 상세히 설명한다.
도 3a는 멀티 스테이지 충전 프로토콜을 따라 배터리가 충전되는 과정에서 SOC에 따른 음극 전압을 나타내는 그래프이다. 도 3b는 도 3a의 제2 구간을 확대한 확대도를 도시한다.
도 3a를 참조하면, 그래프의 X축 값은 배터리의 SOC(%)(또는 SOC 값(%))를 나타내고, 그래프의 Y축 값은 배터리의 음극의 전압(Voltage)(또는 전압 값)을 나타낼 수 있다. 도 3을 참조하면, 배터리를 충전하는 동안 배터리의 음극의 전압은 점차 감소함을 파악할 수 있다
제1 구간(P1)은 프로세서(130)의 제어에 따라 배터리가 제1 충전율로 충전되는 구간에 대응할 수 있다. 제2 구간(P2)은 프로세서(130)가 제1 구간(P1)과 제3 구간(P3)의 사이의 적어도 일부의 시간 동안, 고정된 또는 프로세서(130)에 의해 결정된 크기를 갖는 정전류로 배터리가 방전되는 구간에 대응할 수 있다. 제3 구간(P3)은 프로세서(130)의 제어에 따라 배터리가 제1 충전율보다 낮은 조정된 제2 충전율로 충전되는 구간에 대응할 수 있다. 구현 예에 따라서, 제1 구간(P1)의 종료 시점과 제2 구간(P2)의 시작 시점 사이 및/또는 제2 구간(P2)의 종료 시점과 제3 구간(P3)의 시작 시점 사이에 소정의 휴식 시간을 두는 것도 좋다. 일시적 방전 절차에서의 정전류의 크기는, 제1 충전율 이하이고 조정된 제2 충전율의 크기 이상일 수 있다. 예를 들어, 제1 충전율을 1C이고, 조정된 제2 충전율은 0.8C이고, 일시적 방전 절차에서의 정전류의 크기는 0.9C일 수 있으나, 이는 예시이므로 제한적으로 해석되지 않는다.
제1 구간(P1)을 참조하면, 프로세서(130)는, 제1 충전율로 배터리를 충전하는 경우에 리튬이 석출되는 제1 기준 SOC를 메모리(120)로부터 획득하고, 상기 제1 충전율로 제1 기준 SOC까지 배터리가 충전되도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 3a의 실시 그래프에서, 제1 기준 SOC는, 46%일 수 있다. 프로세서(130)는, 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC보다 작은 임의의 SOC에서부터 제1 기준 SOC에 도달할 때까지 제1 충전율로 배터리를 충전할 수 있다.
제2 구간(P2)을 참조하면, 프로세서(130)는 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC에 대응하는 것을 인식하면, 충전 동작을 중지하고 지정된 시간 동안 배터리가 방전되도록 할 수 있다. 제2 구간(P2)에서는, 배터리가 지정된 시간 동안 방전됨으로써, 사용에 따른 퇴화나 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차로 인해 이미 석출되어 있는 리튬의 적어도 일부가 제거될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 배터리가 방전됨에 따라 배터리의 SOC와 음극 전압이 변화되는 것이 도시되어 있다. 여기서, 도 3b에서, 'delta SOC'는 제2 구간(P2)에서의 방전으로 인해 변화된 SOC(SOC의 변화량)를 나타낼 수 있다. 프로세서(130)는 제2 구간(P2)에서 제1 충전율과 동일한 크기를 갖는 정전류로, 배터리를 지정된 시간 동안 방전할 수 있다. 예를 들어, 제1 충전율이 0.5C인 경우, 제2 구간(P2)에의 방전에 이용되는 정전류의 크기도 0.5C일 수 있다. 이와 같이, 제2 구간(P2)에 대하여 제1 구간(P1)의 충전율과 동일한 크기의 정전류로 배터리를 방전하는 경우, 프로세서(130)는 제2 구간(P2)에서의 SOC의 변화량을 용이하게 연산할 수 있다. 다만, 다른 다양한 실시예에서, 프로세서(130)는 배터리의 퇴화를 고려하여, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에서 심화된 리튬 석출의 전조 증상을 신속히 완화하기 위해, 제1 충전율보다 큰 값으로 배터리를 방전할 수도 있다.
제2 구간(P2)에서의 방전 절차에 의해 배터리의 SOC는 감소한다. 구체적으로, 제2 구간(P2)에서의 배터리의 SOC 변화량은 다음의 수학식 1을 이용하여 도출될 수 있다.
<수학식 1>
Figure PCTKR2023005332-appb-img-000001
수학식 1에서, delta SOC는 배터리가 지정된 정전류로 t1 동안 방전되는 경우에 SOC 변화량이다. t1은 배터리를 방전하는 시간(상기 지정된 시간 = 일시적 방전 절차의 시간 길이)을 의미한다. 수학식 1의 분자로 기재된 '60'은 방전 절차에 이용되는 정전류의 크기인 a1의 단위에 연관된 Ah(Amphere-hour)에 맞춰, t1의 단위로 이용된 분(minute)을 시(hour)로 환산하는 용도이고, '100'은 %로 나타내기 위함이다. 따라서, 수학식 1의 '60'과 '100'은 단지 예시적 계수로 이해되어야 한다. 예를 들어, 수학식 1에 따르면, 5초동안 2.5C의 정전류로 배터리가 방전되는 경우에, delta SOC = (5/60) × 100/60×2.5 = 약 0.347% 감소한 것으로 판단될 수 있다.
도 3a의 제3 구간(P3)을 참조하면, 프로세서(130)는, 배터리를 방전한 후에 제1 충전율과 상이한 조정된 제2 충전율로 배터리를 충전할 수 있다. 이때, 프로세서(130)는, 상기 일시적 방전 절차에 따른 배터리의 SOC 값의 변화(수학식 1에 따른 SOC 저하량의 추정치)에 기반하여 원래의 제2 충전율을 조정함으로써, 조정된 제2 충전율을 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 제3 구간(P3) 동안 조정된 제2 충전율로 배터리의 SOC가 제2 기준 SOC까지 충전되도록 하는 한편, 배터리의 방전으로 인해 감소된 SOC가 보상되도록 할 수 있다.
보다 구체적으로, 프로세서(130)는, 배터리의 방전 이후 배터리의 SOC 값의 변화량를 식별하고, 상기 식별한 SOC 변화량이 보상될 수 있도록, 상기 조정된 제2 충전율을 결정하도록 구성될 수 있다.
프로세서(130)는 미리 설정된 충전 스케줄(멀티 스테이지 충전 프로토콜에 따른 충전 순서)에 따라 배터리의 충전 과정을 제어할 수 있다. 프로세서(130)는, 배터리의 제2 구간(P2)에서의 방전에 의한 SOC 변화량을 보상하면서 미리 설정된 충전 스케줄에 대응하도록 배터리를 충전할 수 있다. 이하에서, 프로세서(130)가 미리 설정된 충전 스케줄을 가지는 경우에 방전 동안의 SOC 변화량이 보상될 수 있도록, 상기 조정된 제2 충전율을 결정하는 실시예를 설명한다.
프로세서(130)는, 미리 결정된 충전 스케줄에 기반한 미리 설정된 충전 시간에 대응하도록, 조정된 제2 충전율을 결정할 수 있다. 예를 들어, 미리 결정된 충전 스케줄에 따라서 충전이 종료될 때까지 소요될 시간이 미리 결정될 수 있다. 프로세서(130)는, 방전에 필요한 시간을 가지면서, 제2 기준 SOC까지의 충전에 소요될 시간이 미리 결정된 충전 스케줄(일시적 방전 절차가 미존재)에 따른 소요 시간과 동일하도록 상기 조정된 제2 충전율을 결정할 수 있다. 따라서, 프로세서(130)는 전체 충전 시간이 증가하지 않으면서도 배터리의 충전 중에 지정된 시간 동안 방전하여 리튬 석출 현상을 완화(리튬의 적어도 일부를 제거)할 수 있고, 이에 따라 배터리의 충전 효율이 향상될 수 있다.
미리 설정된 충전 스케줄로 배터리를 충전한다는 것은, 배터리 SOC가 제1 기준 SOC에 도달할 때까지는 제1 충전율로 배터리를 충전하고, 일시적 방전 절차없이 제1 기준 SOC에서부터 제2 기준 SOC에 도달할 때까지 제2 충전율로 배터리를 충전하는 것을 의미할 수 있다.
메모리(120)는, 미리 설정된 충전 스케줄에 대응하도록 제2 충전율로 충전하는 경우에 리튬이 석출될 것으로 예상되는 제2 기준 SOC를 저장할 수 있다. 메모리(120)는, 미리 설정된 충전 스케줄에 대응하여 제1 충전율로 충전하는 경우에 배터리의 음극 상에 리튬이 석출될 것으로 예상되는 제1 기준 SOC와 함께 상기 제2 기준 SOC를 저장할 수 있다. 상기 제1 기준 SOC 및 제2 기준 SOC는 메모리(120)에 미리 저장된 상태로, 프로세서(130)가 메모리(120)에 액세스하여 제1 기준 SOC 및 제2 기준 SOC를 획득할 수 있다.
보다 구체적인 예시로서, 프로세서(130)는, 배터리를 2.5C로 충전하여 배터리의 SOC가 46%에 도달하면, 즉시 충전율을 변경하여 1.5C로 충전하여 배터리의 SOC가 62.1%에 도달하도록 하는 미리 설정된 충전 스케줄을 가질 수 있다. 이 때, 2.5C는 제1 충전율에 대응하고, 46%는 제1 기준 SOC에 대응하고, 1.5C는 제2 충전율에 대응하고, 62.1%는 제2 기준 SOC에 대응할 수 있다.
프로세서는, 상기 제2 기준 SOC를 식별하고, 상기 제2 충전율로 배터리를 충전하는 경우에, 상기 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC로부터 제2 기준 SOC에 도달하기까지 소요될 것으로 예상되는 기준 시간을 연산하도록 구성될 수 있다. 미리 설정된 충전 스케줄에 따르면, 프로세서(130)는 메모리(120)로부터 획득한 기준 SOC에 관한 정보에 기반하여, 아래의 수학식 2를 이용하여 특정 충전율(제2 충전율 등)로 배터리를 충전하는 데 필요한 시간을 도출할 수 있다.
<수학식 2>
Figure PCTKR2023005332-appb-img-000002
수학식 2에서, b1은 충전율을 의미하고, c1은 SOC 변화량을 의미한다. 수학식 2에 의하여 도출되는 t2는 b1의 충전율로 배터리를 충전 시에 배터리의 SOC가 c1만큼 증가하는 데에 소요되는 시간을 의미한다. 수학식 2에서 t2의 단위는 분(minute)으로 예시하였다. 즉, 상기 수학식 2에 의하면, 프로세서(130)는 미리 설정된 충전 스케줄에 따라, 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC인 46%에 도달한 직후부터 제2 충전율인 1.5C로 배터리를 충전한다면, 제2 기준 SOC인 62.1%에 도달할 때까지 약 6.44분이 소요되는 것을 예상할 수 있다. 여기서, 연산된 6.64분은 기준 시간이 될 수 있다.
프로세서(130)는, 제2 구간(P2) 즉, 일시작 방전 절차의 종료 시점에서의 배터리의 SOC(제1 기준 SOC 미만)가 제2 기준 SOC에 도달하기 까지에 필요한 잔여 충전 시간이 상기 기준 시간에 대응(일치)하도록, 상기 조정된 제2 충전율을 결정할 수 있다. 즉, 프로세서(130)는, 상기 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차의 종료 시에 실시되는 일시적 방전 절차의 시간 길이와 상기 조정된 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차의 소요 시간의 합이, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차의 종료 시점(배터리의 SOC = 제1 기준 SOC)부터 방전없이 즉시 본래의 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 시작하여 배터리의 SOC가 제2 기준 SOC에 도달할 때까지의 소요 시간보다 길지 않도록, 상기 조정된 제2 충전율을 결정할 수 있다.
프로세서(130)는, (i)상기 제1 기준 SOC와 상기 제2 기준 SOC의 차이, (ii)제2 구간(P2) 동안의 SOC 변화량, 및 (iii)일시적 방전 절차의 시간 길이에 기반하여, 상기 기준 시간에 대응(동일)하도록 상기 조정된 제2 충전율을 결정하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 조정된 제2 충전율은, 제1 기준 SOC와 제2 기준 SOC의 차이와 방전에 의한 SOC 변화량의 합에 비례하고, 기준 시간과 상기 지정된 시간의 차이에 반비례할 수 있다.
구체적으로 프로세서(130)는, 미리 설정된 충전 스케줄(일시적 방전 기간이 미존재)에 따라서 제2 충전율로 배터리를 충전 시에 6.44분 동안 16.1%만큼의 배터리를 충전할 필요가 있다.
프로세서(130)는, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차 후에 일시적 방전 절차를 진행하고 그 다음 다시 정전류 충전 절차를 진행시키는 순서로 배터리를 충전하는 경우, 일시적 방전 절차의 시간 길이(예: 5초 = 약 0.083분) 및 상기 일시적 방전 절차에 의해 감소된 SOC 값(예: 약 0.347%)이 보상되도록 상기 조정된 제2 충전율을 결정할 수 있다. 즉, 프로세서(130)는 제2 구간(P2)에서 감소한 SOC을 보상하기 위하여, 약 6.357분(6.44분-0.083분) 동안에 16.447%(16.1%+0.347%)만큼 배터리를 충전할 수 있는 크기의 정전류 값인, 상기 조정된 제2 충전율을 결정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 수학식 2를 이용하여, 상기 조정된 제2 충전율을 약 1.552C로 결정할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 제1 충전율에 의한 정전류 충전 절차가 완료된 후에 제2 구간(P2)에 따른 일시적 방전 구간을 추가하더라도, 배터리 SOC가 제1 기준 SOC에 도달한 시점으로부터 제2 기준 SOC에 도달할 시점까지의 전체 충전 시간이 실질적으로 동일 수준으로 유지할 수 있다는 장점이 있다.
특히, 프로세서(130)는, 제1 충전율보다 작고 제2 충전율보다 큰 값을 갖도록, 상기 조정된 제2 충전율을 결정하도록 구성될 수 있다.
또한, 프로세서(130)가 멀티 스테이지 충전 절차에서 충전율을 1회 변경하는 실시예를 중심으로 예시적으로 설명하였으나, 프로세서(130)가 충전율을 변경하는 횟수는 제한되어 해석되지 않는다. 일 예로, 프로세서(130)는 배터리를 사용하는 부하의 종류에 따라서 2회 이상 충전율을 변경할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)가 전기 차량에 적용되는 경우, 프로세서(130)는, 전술한 방전에 따른 SOC 변화량을 보상하는 방식으로 충전율을 10회 이상 변경할 수도 있다.
특히, 배터리가 일정 수준 이상 충전 및 방전이 반복되면 퇴화되어 음극 상에 석출된 리튬의 양이 증가할 수 있다. 메모리(120)에 저장된 기준 SOC는 초기 상태의 배터리를 기준으로 한 데이터이므로, 퇴화된 배터리에 상기 기준 SOC를 적용하는 경우, 신품 배터리에 비해 충전 효율이 낮아질 수 밖에 있다. 예를 들어, 배터리가 어느 정도 퇴화되면, 제1 충전율로 정전류 충전하더라도 제1 기준 SOC 보다 작은 SOC에서 이미 리튬 석출이 발생되기 시작할 수 있다. 따라서, 배터리의 초기 상태(신품 상태)를 기준으로 한 기준 SOC를 이용하여 배터리의 충전 스케줄이 설정될 경우, 실제 배터리에 충전되는 충전량에 오차가 발생할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 충전되는 도중에 방전 동작을 수행하여 리튬을 제거함으로써 실제 배터리의 충전량을 정확하게 예상할 수 있다.
또한, 제1 기준 SOC 보다 작은 SOC에서 일시적 방전 절차를 개시하는 경우, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에서 이미 석출되어 있는 리튬이 없거나 미미한 수준이므로, 일시적 방전 절차에 따른 충전 효율이 향상되는 효과를 얻지 못할 수 있다. 일 실시예에 따른 프로세서(130)는 제1 기준 SOC에 도달하는 것을 조건으로 배터리가 방전되도록 하여, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에서 석출된 리튬을 가능한 신속히 제거할 수 있고, 이에 따라 배터리의 충전 효율이 향상될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서에 의해 배터리가 충전되는 과정에서 SOC에 따른 음극 전압을 나타내는 그래프이다. 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서에 의해 배터리가 충전되는 과정에서 SOC에 따른 음극의 dV/dQ를 나타내는 그래프이다. 도 4c는 도 4b의 특정 영역(R1)을 확대한 확대도이다.
도 4a의 제1 그래프의 X축은 배터리의 SOC를 나타내고 Y축은 배터리의 음극 전압을 나타낸다. 도 4b의 제2 그래프는, X축은 배터리의 SOC를 나타내고 Y축은 배터리의 음극의 dV/dQ를 나타낸다.
도 4a의 제1 그래프를 참조하면, 프로세서(130)는, 2.5C의 충전율로 배터리의 SOC가 46%에 도달할 때까지 충전할 수 있다. 프로세서(130)는 배터리의 현재 SOC가 46%에 대응하는 것을 인식하면, 전술된 지정된 시간 동안 배터리를 방전할 수 있다.
특히, 프로세서(130)는 제1 충전율과 동일한 값의 정전류로 상기 지정된 시간 동안 배터리를 방전할 수 있다. 이에 따르면, 프로세서(130)는 상기 지정된 시간에 걸친 방전에 의한 SOC 변화량을 용이하게 연산할 수 있다.
도 4a의 제1 그래프를 참조하면, 도 3a에서와 마찬가지로, 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC에 도달 시부터 상기 지정된 시간(예, 5초) 동안 배터리가 방전됨에 따라 음극의 전압 값 및 배터리의 SOC가 변화되는 부분이 도시된다. 이에 관하여 도 3a 내지 도 3b를 참조하여 이미 설명된 바, 중복되는 부분은 생략한다.
프로세서(130)는, 방전되는 시간에 따라서 변화되는 SOC 값을 보상하고 미리 결정된 충전 스케줄에 따른 충전 시간에 대응하도록 조정된 제2 충전율로 결정할 수 있다. 프로세서(130)는 일시적 방전 절차의 종료 시, 곧바로 1.552C로 배터리를 충전할 수 있다.
도 4b의 제2 그래프는 제1 그래프의 곡선에 대해 미분을 취하여 얻은 미분 곡선 즉, 음극의 전압을 SOC(또는 용량 Q)에 대하여 미분한 그래프이다. 특정 영역(R1)은 조정된 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차가 진행되도록 멀티 스테이지 충전 프로토콜에 기 설정된 SOC 범위에서의 배터리의 음극의 dV/dQ를 예시하고 있다. 제2 그래프의 특정 영역(R1)을 확대한 도 4c의 도면을 참조하면, 그래프의 선도의 경향성(기울기)이 급격히 변하는 지점(예, 극소점, 극대점)에 대응하는 급변 지점(R2)이 플롯되어 있다. 급변 지점(R2)은 음극 상에 리튬이 석출되어 음극의 dV/dQ가 급격히 변하는 지점에 대응할 수 있다.
프로세서(130)는, 이러한 급변 지점(R2)을 파악하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 프로세서(130)는, 이와 같은 급변 지점(R2)을 파악하기 위해, 메모리(120)에 접근하여 관련 데이터를 읽어오거나, 관련 수식이나 연산 과정 등을 수행할 수 있다.
프로세서(130)는, 배터리가 충전되는 중에 소정의 시간 간격으로 음극의 dV/dQ를 인식할 수 있다. 프로세서(130)는 인식한 dV/dQ에 기반하여 dV/dQ 값이 변화하는 경향성을 식별할 수 있다. 프로세서(130)는 소정의 시간 간격으로 음극의 dV/dQ를 인식하는 과정에서, dV/dQ의 변화량이 급격한 지점을 식별할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 소정의 시간 간격으로 dV/dQ를 나타내는 정보를 획득하고, 이전의 dV/dQ와의 변화량을 산출할 수 있다. 프로세서(130)는, 이전의 dV/dQ 보다 임계 값 이상의 변화량을 가지면서 감소하고, 이후에는 dV/dQ 값이 임계 값 이상의 변화량을 가지면서 증가하는, 특정 지점을 급변 지점(R2)으로 검출할 수 있다. 급변 지점(R2)은, 음극에 석출되는 리튬으로 인해 전술한 dV/dQ의 급격한 변화가 발생되는 SOC에 연관된다.
또한, 급변 지점(R2)은, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 및 일시적 방전 절차를 거쳐, 상기 일시적 방전 절차의 진행에 따른 SOC 저하량을 보상하기 위해 결정된 상기 조정된 제2 충전율로 정전류 충전을 진행하는 중에 배터리의 음극에서 리튬이 석출되는 SOC로서, 상기 일시적 방전 절차없이 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행할 경우에 리튬 석출이 발생하는 것으로 미리 정해진 제2 기준 SOC(예, 62.1%)보다 높은 SOC일 수 있다. 즉, 프로세서(130)는 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차의 종료 시에, 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차 대신, 일시적 방절 절차 및 조정된 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차가 진행되도록 멀티 스테이지 충전 프로토콜을 변경함으로써, 배터리의 충전 중에 리튬 석출을 지연시키고 높은 효율로 배터리가 충전되도록 할 수 있다.
또한, 프로세서(130)는, 공지된 다양한 배터리 상태 검출 알고리즘 등을 활용하여 배터리의 사용 정도(예, 충방전 사이클 횟수, 용량유지율)를 인식하고, 인식한 사용 정도에 기반하여 배터리를 방전하는 시간의 길이를 결정할 수 있다. 예를 들어, 배터리의 반복된 사용에 의하여 배터리가 퇴화됨에 따라 배터리의 음극에 석출되는 리튬의 양이 증가할 수 있다. 석출되는 리튬의 양이 증가할수록 배터리가 방전되는 제2 구간(P2)의 시간 길이를 증가할 필요가 있다.
프로세서(130)는 배터리의 사용 정도(예, 충방전 사이클 수, 퇴화도)가 임계치보다 큰 것을 인식하면, 일시적 방전 절차의 시간 길이를 설정 시간(예: 5초)보다 긴 시간(예: 6초)으로 결정할 수 있다. 또는, 프로세서(130)는 배터리의 사용 정도가 기준보다 작은 것으로 인식되면, 일시적 방전 절차의 시간 길이를 설정 시간(예: 5초)과 동일하거나 더 짧은 시간(4초)으로 결정할 수 있다. 프로세서(130)는, 배터리의 충방전 사이클 수가 임계값을 초과하는 경우 배터리의 방전 시간을 증가시켜 6초 동안 방전시키고, 배터리의 충방전 사이클 수가 임계값 이하인 경우 일시적 방전 절차의 시간 길이를 설정 시간에 대응하는 5초로 결정할 수 있다. 상기 수치들은 예시에 불과하므로 제한적으로 해석되지 않는다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리가 충전되는 중에 지정된 시간 동안 방전시키고, 방전에 따른 SOC의 변화량을 보상할 수 있는 충전율로 충전이 재개되어, 미리 설정된 충전 스케줄에 대응하도록 배터리의 충전이 완료될 수 있다. 또한, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 석출된 리튬이 제거됨에 따라 배터리의 SOC가 보다 정확하게 예측될 수 있다. 더불어, 배터리의 퇴화 정도에 따라 방전 시간을 제어하여 충전 효율 및 SOC 예측의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)는, 배터리 팩에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100) 이외에, 배터리 팩에 통상적으로 포함되는 구성요소, 이를테면 하나 이상의 배터리, BMS(battery management system), 전류 센서, 릴레이, 퓨즈, 팩 케이스 등을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 배터리 팩에 포함된 이차 전지가, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)가 제어하는 대상, 즉 대상 전지가 될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)의 적어도 일부 구성요소는, 배터리 팩에 포함되어 있는 종래 구성요소로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)의 측정부(110)는, 배터리 팩에 포함된 전압 센서에 의해 구현될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)의 프로세서(130)의 적어도 일부 기능 내지 동작은, 배터리 팩에 포함된 BMS에 의해 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)는, 전기 차량에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전기 차량은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)를 포함할 수 있다. 특히, 전기 차량의 경우, 배터리 팩이 구동원으로서 매우 중요한 구성요소이므로, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)가 보다 유용하게 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전기 차량은, 이러한 배터리 제어 장치(100) 이외에, 다른 다양한 장치, 이를테면, 차체, ECU와 같은 차량 제어 유닛, 모터, 접속 단자, DC-DC 컨버터 등을 더 포함할 수 있다. 이외에, 본 발명에 따른 전기 차량은, 전기 차량에 통상적으로 포함된 구성요소를 더 채용할 수 있음은 물론이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도 5의 방법은 외부 충방전기 등으로부터 배터리에 대한 충전 절차의 개시를 알리는 메시지가 배터리 제어 장치(100)에 수신되는 것에 응답하여 실행될 수 있다. 도 5에서, 각 단계의 주체는, 앞서 설명한 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)의 각 구성 요소가 될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 5의 방법이 개시되는 시점에서의 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC 미만인 것으로 가정한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 단계 S510에서, 프로세서(130)는 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행한다. 예컨대, 프로세서(130)는 제1 충전율에 대응하는 크기의 충전 전류의 공급을 외부 충방전기에게 요청할 수 있다.
단계 S520에서, 프로세서(130)는 측정부(110)로부터 수신되는 배터리의 전압을 나타내는 전압 측정값에 기초하여 결정되는 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC에 도달하였는지 여부를 판정한다. 배터리의 전압 측정값은 배터리가 제1 충전율로 충전되는 동안에 측정부(110)를 통해 주기적 또는 지정된 시간 간격 마다 측정될 수 있다.
제1 기준 SOC는, 배터리가 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차가 진행되는 경우에, 배터리의 음극 상에서의 리튬석출을 방지하기 위해 미리 정해진 값이다. 예컨대, 제1 기준 SOC는 배터리 SOC가 제1 기준 SOC보다 낮은 때부터 제1 충전율로 정전류 충전을 지속하는 경우에, 배터리의 음극에서 리튬 석출이 발생하기 시작하거나 리튬 석출의 심각도가 일정 수준에 높아지는 것으로 예상 또는 미리 정해진 SOC 값일 수 있다.
단계 S520의 값이 "예"인 경우, 단계 S530으로 진행한다. 단계 S520의 값이 "아니오"인 경우, 프로세서(130)는 단계 S510으로 회귀하여 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 계속한다.
단계 S530에서, 프로세서(130)는 일시적 방전 절차를 진행한다. 즉, 단계 S530에서는 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차로부터 일시적 방전 절차로 전환된다. 일시적 방전 절차는 지정된 시간 동안 지정된 크기의 정전류로 진행될 수 있다. 즉, 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차와 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차 사이에 배터리는 방전된다. 배터리가 방전됨에 따라, 배터리의 음극 상에 석출된 리튬의 적어도 일부가 제거될 수 있다.
단계 S540에서, 프로세서(130)는 프로세서(130)는 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행한다. 즉, 단계 S540에서는 일시적 방전 절차로부터 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차로 전환된다.
단계 S550에서, 프로세서(130)는 배터리의 SOC가 제2 기준 SOC에 도달하였는지 여부를 판정한다. 단계 S540의 값이 "예"인 경우, 도 5의 방법은 종료될 수 있다. 단계 S550의 값이 "아니오"인 경우, 프로세서(130)는 단계 S540으로 회귀하여 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 계속한다.
도 5에서는 배터리의 SOC가 제2 기준 SOC에 도달 시에 종료되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 예시에 불과하다. 만약, 멀티 스테이지 충절 절차가 3개 이상의 정전류 충전 절차를 포함하는 경우, 추가적인 정전류 충전 절차나 정전압 충전 절차가 후속적으로 진행될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도 6의 방법은 외부 충방전기 등으로부터 배터리에 대한 충전 절차의 개시를 알리는 메시지가 배터리 제어 장치(100)에 수신되는 것에 응답하여 실행될 수 있다. 도 6에서, 각 단계의 주체는, 앞서 설명한 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)의 각 구성 요소가 될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 6의 방법이 개시되는 시점에서의 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC 미만인 것으로 가정한다.
도 1 내지 도 4 및 도 6을 참조하면, 단계 S610에서, 프로세서(130)는 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행한다.
단계 S620에서, 프로세서(130)는 측정부(110)로부터 수신되는 배터리의 전압을 나타내는 전압 측정값에 기초하여 결정되는 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC에 도달하였는지 여부를 판정한다. 배터리의 전압 측정값은 배터리가 제1 충전율로 충전되는 동안에 측정부(110)를 통해 주기적 또는 지정된 시간 간격 마다 측정될 수 있다.
제1 기준 SOC는, 배터리가 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차가 진행되는 경우에, 배터리의 음극 상에서의 리튬석출을 방지하기 위해 미리 정해진 값이다. 예컨대, 제1 기준 SOC는 배터리 SOC가 제1 기준 SOC보다 낮은 때부터 제1 충전율로 정전류 충전을 지속하는 경우에, 배터리의 음극에서 리튬 석출이 발생하기 시작하거나 리튬 석출의 심각도가 일정 수준에 높아지는 것으로 예상 또는 미리 정해진 SOC 값일 수 있다.
단계 S620의 값이 "예"인 경우, 단계 S624으로 진행한다. 단계 S620의 값이 "아니오"인 경우, 프로세서(130)는 단계 S610으로 회귀하여 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 계속한다.
단계 S624에서, 프로세서(130)는 배터리에 대한 일시적 방전 절차의 진행이 필요 여부를 판정한다. 프로세서(130)는 배터리의 사용 정도를 기초로, 일시적 방전 절차의 진행이 필요성을 결정할 수 있다. 예컨대, 배터리의 사용 정도가 임계값 이상인 경우, 단계 S624의 값은 "예"이고, 그 외에는 단계 S624의 값은 "아니오"로 출력될 수 있다. 단계 S624의 값이 "예"인 경우, 단계 S630으로 진행한다. 단계 S624의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S640으로 진행할 수 있다.
관련하여, 전류 충격의 크기가 동일하더라도, 배터리가 퇴화되어 갈수록 배터리에 더 큰 내적 손상을 야기한다. 이러한 퇴화 특성을 고려하여, 일시적 방전 절차의 진행이 필요한 것으로 판정되는 경우, 프로세서(130)는 (i)배터리의 사용 정도에 대해 연속적 또는 이산적인 음의 상관 관계를 갖도록, 일시적 방전 절차의 시간 길이를 결정하는 동작 및 (ii)배터리의 사용 정도에 대해 연속적 또는 이산적인 음의 상관 관계를 갖도록, 일시적 방전 절차를 위한 정전류의 크기를 결정하는 동작 중 적어도 하나를 실행할 수 있다. 즉, 배터리의 사용 정도가 증가할수록(즉, 배터리가 퇴화되어갈수록) 일시적 방전 절차의 시간 길이 및 정전류(방전 전류)의 크기가 연속적으로 또는 이산적으로 감소된다. 상기 음의 상관 관계는, 배터리의 사용 정도를 입력 변수하고, 일시적 방전 절차의 시간 길이 및 방전 전류의 크기 중 적어도 하나를 출력하는 소정의 함수로 정의될 수 있다.
이에 따라, 제1 충전율에 연관된 정전류 충전 절차로부터 일시적 방전 절차로의 전환 시에 배터리에 가해지는 전류 충격(즉, 제1 충전율과 방전 전류의 크기 간의 차이)과, 일시적 방전 절차로부터 제2 충전율에 연관된 정전류 충전 절차로의 전환 시에 배터리에 가해지는 전류 충격(즉, 방전 전류의 크기와 조정된 제2 충전율 간의 차이)의 수준이, 배터리의 퇴화에 맞춰 완화된다는 기술적 장점이 있다.
단계 S630에서, 프로세서(130)는 일시적 방전 절차를 진행한다. 예컨대, 프로세서(130)는 일시적 방전 절차의 방전 정보에 맞춰 배터리에 방전 전류를 흐르게 할 것을 외부 충방전기에게 요청할 수 있다.
단계 S640에서, 프로세서(130)는 프로세서(130)는 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행한다.
단계 S650에서, 프로세서(130)는 배터리의 SOC가 제2 기준 SOC에 도달하였는지 여부를 판정한다. 단계 S640의 값이 "예"인 경우, 도 6의 방법은 종료될 수 있다. 단계 S650의 값이 "아니오"인 경우, 프로세서(130)는 단계 S640으로 회귀하여 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 계속한다.
도 6에서는 배터리의 SOC가 제2 기준 SOC에 도달 시에 종료되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 예시에 불과하다. 만약, 멀티 스테이지 충절 절차가 3개 이상의 정전류 충전 절차를 포함하는 경우, 추가적인 정전류 충전 절차나 정전압 충전 절차가 후속적으로 진행될 수 있다.
도 5를 참조하여 전술된 실시예에서 일시적 방전 절차를 무조건 진행한 것과는 달리, 도 6을 참조하여 전술된 실시예는 배터리의 사용 정도에 따라 일시적 방전 절차를 선택적으로 진행 가능하다는 점에서 상이하다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도 7의 방법은 외부 충방전기 등으로부터 배터리에 대한 충전 절차의 개시를 알리는 메시지가 배터리 제어 장치(100)에 수신되는 것에 응답하여 실행될 수 있다. 도 7에서, 각 단계의 주체는, 앞서 설명한 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)의 각 구성 요소가 될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 7의 방법이 개시되는 시점에서의 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC 미만인 것으로 가정한다.
도 1 내지 도 4 및 도 7을 참조하면, 단계 S710에서, 프로세서(130)는 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행한다.
단계 S720에서, 프로세서(130)는 측정부(110)로부터 수신되는 배터리의 전압을 나타내는 전압 측정값에 기초하여 결정되는 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC에 도달하였는지 여부를 판정한다. 배터리의 전압 측정값은 배터리가 제1 충전율로 충전되는 동안에 측정부(110)를 통해 주기적 또는 지정된 시간 간격 마다 측정될 수 있다.
제1 기준 SOC는, 배터리가 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차가 진행되는 경우에, 배터리의 음극 상에서의 리튬석출을 방지하기 위해 미리 정해진 값이다. 예컨대, 제1 기준 SOC는 배터리 SOC가 제1 기준 SOC보다 낮은 때부터 제1 충전율로 정전류 충전을 지속하는 경우에, 배터리의 음극에서 리튬 석출이 발생하기 시작하거나 리튬 석출의 심각도가 일정 수준에 높아지는 것으로 예상 또는 미리 정해진 SOC 값일 수 있다.
단계 S720의 값이 "예"인 경우, 단계 S724으로 진행한다. 단계 S720의 값이 "아니오"인 경우, 프로세서(130)는 단계 S710으로 회귀하여 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 계속한다.
단계 S724에서, 프로세서(130)는 배터리에 대한 일시적 방전 절차의 진행이 필요 여부를 판정한다. 프로세서(130)는 배터리의 사용 정도를 기초로, 일시적 방전 절차의 진행이 필요성을 결정할 수 있다. 예컨대, 배터리의 사용 정도가 임계값 이상인 경우, 단계 S724의 값은 "예"이고, 그 외에는 단계 S724의 값은 "아니오"로 출력될 수 있다. 단계 S724의 값이 "예"인 경우, 단계 S726으로 진행한다. 단계 S724의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S742으로 진행할 수 있다.
관련하여, 일시적 방전 절차의 진행이 필요한 것으로 판정되는 경우에 (i)배터리의 사용 정도에 대해 연속적 또는 이산적인 음의 상관 관계를 갖도록, 일시적 방전 절차의 시간 길이를 결정하는 동작 및 (ii)배터리의 사용 정도에 대해 연속적 또는 이산적인 음의 상관 관계를 갖도록, 일시적 방전 절차를 위한 정전류의 크기를 결정하는 동작 중 적어도 하나가 실행될 수 있음은, 도 6을 참조하여 전술된 바와 공통된다.
단계 S726에서, 프로세서(130)는 일시적 방전 절차의 방전 정보를 기초로, 조정된 제2 충전율을 결정한다(수학식 2 참조). 조정된 제2 충전율은, 멀티 스테이지 충전 프로토콜 데이터에 따른 본래의 제2 충전율과는 상이하다.
단계 S730에서, 프로세서(130)는 일시적 방전 절차를 진행한다.
단계 S740에서, 프로세서(130)는 프로세서(130)는 조정된 제2 충전율(단계 S726에서 결정됨)을 이용한 정전류 충전 절차를 진행한다.
단계 S742에서, 프로세서(130)는 프로세서(130)는 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행한다.
단계 S750에서, 프로세서(130)는 배터리의 SOC가 제2 기준 SOC에 도달하였는지 여부를 판정한다. 단계 S740의 값이 "예"인 경우, 도 7의 방법은 종료될 수 있다. 단계 S750의 값이 "아니오"인 경우, 프로세서(130)는 단계 S740 또는 단계 S740으로 회귀하여 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 계속한다. 여기서, 단계 S724의 값이 "예"로 판정되고 단계 S750의 값은 "아니오"로 판정된 경우에는 단계 S740로 회귀하는 반면, 단계 S724과 단계 S750의 값이 둘 다 "아니오"로 판정된 경우에는 단계 S742로 회귀할 수 있다.
도 7에서는 배터리의 SOC가 제2 기준 SOC에 도달 시에 종료되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 예시에 불과하다. 만약, 멀티 스테이지 충절 절차가 3개 이상의 정전류 충전 절차를 포함하는 경우, 추가적인 정전류 충전 절차나 정전압 충전 절차가 후속적으로 진행될 수 있다.
도 6을 참조하여 전술된 실시예에서 일시적 방전 절차를 무조건 진행한 것과는 달리, 도 7을 참조하여 전술된 실시예는 일시적 방전 절차가 필요한 경우에, 멀티 스테이지 충전 프로토콜 데이터에 포함된 본래의 제2 충전율 대신, 상기 조정된 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행한다는 점에서 상이하다.
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.

Claims (15)

  1. 배터리의 전압을 측정하여, 상기 측정된 전압을 나타내는 전압 측정값을 출력하도록 구성된 측정부;
    제1 충전율, 상기 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에 후속하는 다른 정전류 충전 절차에 이용되는 제2 충전율, 및 상기 제1 충전율에 연관된 제1 기준 SOC - 상기 제1 기준 SOC는 상기 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에서 상기 배터리의 리튬 석출을 방지하기 위해 미리 정해진 값임 - 을 포함하는 멀티 스테이지 충전 프로토콜 데이터를 저장하는 메모리; 및
    상기 측정부로부터 수신되는 상기 전압 측정값에 기반하여 상기 배터리의 SOC를 식별하는 프로세서;
    를 포함하되,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차가 진행되는 중 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 SOC에 도달하는 경우, 일시적 방전 절차를 진행하고,
    상기 일시적 방전 절차의 방전 정보를 기초로, 상기 제2 충전율과는 상이한 조정된 제2 충전율을 결정하고,
    상기 일시적 방전 절차의 종료 후, 상기 조정된 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행하도록 구성되는 배터리 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 방전 정보에 포함된 상기 일시적 방전 절차가 진행되는 동안의 상기 배터리의 SOC 변화량에 기반하여, 상기 조정된 제2 충전율을 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 배터리 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 일시적 방전 절차에 따른 상기 배터리의 SOC 변화량을 보상하기 위해, 상기 제2 충전율보다 크도록 상기 조정된 제2 충전율을 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 배터리 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 메모리는,
    상기 제2 충전율에 연관된 제2 기준 SOC - 상기 제2 기준 SOC는 상기 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에서 상기 배터리의 리튬 석출을 방지하기 위해 미리 정해진 값임- 를 더 저장하는 것을 특징으로 하는, 배터리 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 기준 SOC, 상기 제2 기준 SOC 및 상기 제2 충전율에 더 기초하여, 상기 조정된 제2 충전율을 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 배터리 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차가 진행되는 중 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 SOC에 도달한 시점부터 즉시 상기 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행할 경우에, 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 SOC로부터 상기 제2 기준 SOC에 도달하기까지 소요될 것으로 예상되는 기준 시간을 연산하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 배터리 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    (i)상기 방전 정보에 포함된 상기 일시적 방전 절차의 시간 길이와 (ii)상기 일시적 방전 절차의 종료 시점부터 즉시 상기 조정된 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에 의해 상기 배터리의 SOC가 상기 제2 기준 SOC에 도달하는 데에 필요한 시간의 합이 상기 기준 시간과 동일하도록, 상기 조정된 제2 충전율을 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 배터리 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 배터리의 사용 정도에 대해 연속적 또는 이산적인 음의 상관 관계를 갖도록, 상기 일시적 방전 절차의 시간 길이를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 배터리 제어 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 기준 SOC와 상기 제2 기준 SOC의 차이와 상기 일시적 방전 절차에 의한 SOC 변화량의 합에 비례하고, 상기 기준 시간과 상기 방전 정보에 포함된 상기 일시적 방전 절차의 시간 길이의 차이에 반비례하도록, 상기 조정된 제2 충전율을 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 배터리 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 배터리가 상기 제1 충전율 이하의 크기의 정전류로 방전되도록, 상기 일시적 방전 절차를 진행하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 배터리 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 배터리의 사용 정도에 대해 연속적 또는 이산적인 음의 상관 관계를 갖도록, 상기 일시적 방전 절차를 위한 정전류의 크기를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 배터리 제어 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 배터리의 사용 정도를 기초로, 상기 일시적 방전 절차의 진행 필요 여부를 결정하고,
    상기 일시적 방전 절차의 진행이 필요한 것으로 결정 시, 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 SOC에 도달하면 상기 일시적 방전 절차를 진행하고,
    상기 일시적 방전 절차의 진행이 불필요한 것으로 결정 시, 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 SOC에 도달하면 상기 일시적 방전 절차의 진행없이 상기 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 배터리 제어 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 제어 장치를 포함하는, 배터리 팩.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 제어 장치를 포함하는, 전기 차량.
  15. 배터리 제어 장치에 의해 실행되는 배터리 제어 방법에 있어서,
    제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차가 진행되는 중, 배터리의 측정된 전압을 나타내는 전압 측정값에 기반하여 식별되는 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 충전율에 연관된 제1 기준 SOC - 상기 제1 기준 SOC는 상기 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에서 상기 배터리의 리튬 석출을 방지하기 위해 미리 정해진 값임 - 에 도달하는 경우, 일시적 방전 절차를 진행하는 단계;
    상기 일시적 방전 절차의 방전 정보를 기초로, 상기 제1 충전율을 이용한 정전류 충전 절차에 후속하는 다른 정전류 충전 절차에 이용되도록 미리 정해진 제2 충전율과는 상이한 조정된 제2 충전율을 결정하는 단계; 및
    상기 일시적 방전 절차의 종료 후, 상기 조정된 제2 충전율을 이용한 정전류 충전 절차를 진행하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 제어 방법.
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CA3255436A CA3255436A1 (en) 2022-04-21 2023-04-19 BATTERY CONTROL DEVICE AND BATTERY CONTROL METHOD
US18/727,808 US12500435B2 (en) 2022-04-21 2023-04-19 Battery control apparatus and battery control method
EP23792186.1A EP4394998A4 (en) 2022-04-21 2023-04-19 BATTERY CONTROL DEVICE AND BATTERY CONTROL METHOD
CN202380015761.1A CN118575329A (zh) 2022-04-21 2023-04-19 电池控制设备及电池控制方法
US19/341,736 US20260025022A1 (en) 2022-04-21 2025-09-26 Battery Control Apparatus And Battery Control Method

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Application Number Title Priority Date Filing Date
US18/727,808 A-371-Of-International US12500435B2 (en) 2022-04-21 2023-04-19 Battery control apparatus and battery control method
US19/341,736 Continuation US20260025022A1 (en) 2022-04-21 2025-09-26 Battery Control Apparatus And Battery Control Method

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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210156618A (ko) * 2020-06-18 2021-12-27 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 시스템, 배터리 관리 방법, 배터리 팩 및 전기 차량

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101066379B1 (ko) * 2011-03-23 2011-09-20 노세호 리튬배터리 충전장치 및 방법
EP3291355A1 (en) * 2016-08-30 2018-03-07 Robert Bosch GmbH Charging strategy for preventing lithium plating in a lithium ion battery
JP2018528573A (ja) * 2015-08-24 2018-09-27 エルジー・ケム・リミテッド リチウム析出探知方法、それを用いた二次電池充電方法及び装置、並びに二次電池システム
KR20200007668A (ko) * 2018-07-12 2020-01-22 도요타 지도샤（주） 이차 전지의 충전 방법
WO2022039505A1 (ko) * 2020-08-20 2022-02-24 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 시스템, 배터리 관리 방법, 배터리 팩 및 전기 차량
KR20220049483A (ko) 2020-10-14 2022-04-21 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지용 양극 및 상기 양극을 포함하는 이차 전지
KR20230050321A (ko) 2020-08-13 2023-04-14 토프쉐 에이/에스 재생가능한 원료로부터 가솔린을 제조하기 위한 방법 및 플랜트

Family Cites Families (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4829225A (en) * 1985-10-23 1989-05-09 Electronic Power Devices, Corp. Rapid battery charger, discharger and conditioner
HU196863B (en) * 1986-12-01 1989-01-30 Brg Mechatronikai Vallalat Method for charging ni-cd accumulators and circuit arrangement for carrying out the said method
US5307000A (en) * 1992-01-22 1994-04-26 Electronic Power Technology, Inc. Method and apparatus for charging, thawing, and formatting a battery
US5561360A (en) * 1994-05-02 1996-10-01 General Motors Corporation Battery cycle life improvements through bifurcated recharge method
JP3740323B2 (ja) * 1998-07-31 2006-02-01 キヤノン株式会社 二次電池の充電方法及びその装置
US6366056B1 (en) * 1999-06-08 2002-04-02 Enrev Corporation Battery charger for lithium based batteries
US7135839B2 (en) * 2002-12-05 2006-11-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Battery pack and method of charging and discharging the same
US7626359B2 (en) * 2007-10-23 2009-12-01 IKS Co., Ltd Apparatus and method for charging and discharging serially-connected batteries
JP5496612B2 (ja) * 2009-11-11 2014-05-21 三洋電機株式会社 電池の充放電可能電流演算方法及び電源装置並びにこれを備える車両
US8334675B2 (en) * 2010-07-28 2012-12-18 Honda Motor Co., Ltd. Method of charging battery based on calcualtion of an ion concentration of a solid active material and battery charging control system
US9081068B2 (en) * 2012-09-18 2015-07-14 Apple Inc. Method and apparatus for determining a capacity of a battery
US10090695B2 (en) * 2014-08-29 2018-10-02 Fairchild Semiconductor Corporation Optimized current pulse charging apparatus and method employing increasing clamp reference voltages and decreasing current pulses
KR101651991B1 (ko) * 2014-10-30 2016-08-30 주식회사 엘지화학 전지 급속 충전 방법 및 장치
KR101985812B1 (ko) 2015-08-18 2019-06-04 주식회사 엘지화학 전지 충전 한계 예측 방법과 이를 이용한 전지 급속 충전 방법 및 장치
KR102408846B1 (ko) * 2015-10-07 2022-06-15 삼성전자주식회사 전자 장치, 충전 제어 방법 및 컴퓨터 판독가능 기록매체
JP6412847B2 (ja) * 2015-10-27 2018-10-24 本田技研工業株式会社 蓄電装置及び制御方法
CN107104249B (zh) * 2016-02-23 2019-08-30 东莞新能源科技有限公司 锂离子电池充电方法
US10985590B2 (en) * 2016-11-01 2021-04-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for charging battery
KR102813037B1 (ko) 2017-01-23 2025-05-27 삼성에스디아이 주식회사 배터리 충전 방법 및 충전 시스템
EP3611818B1 (en) 2017-04-14 2024-09-25 Murata Manufacturing Co., Ltd. Charging device, charging method, secondary battery, battery pack, electric vehicle, electricity storage device, electronic device, and electricity storage system
US11237216B1 (en) * 2017-08-15 2022-02-01 Qnovo Inc. Method of detecting metal plating in intercalation cells
KR102194844B1 (ko) * 2017-11-02 2020-12-23 주식회사 엘지화학 배터리 등가 회로 모델의 파라미터 추정 방법, 장치 및 기록매체
KR102439689B1 (ko) 2017-11-13 2022-09-01 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 충전 방법 및 배터리 충전 장치
KR102441469B1 (ko) 2017-11-13 2022-09-06 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 충전 방법 및 배터리 충전 장치
US11056900B2 (en) * 2018-01-31 2021-07-06 Ningde Amperex Technology Limited Charging method, charging device, and computer-readable medium for charging a battery
KR102577586B1 (ko) 2018-02-12 2023-09-12 삼성전자주식회사 배터리에 포함된 물질의 확산 특성을 이용하여 배터리의 충전을 제어하는 장치 및 방법
JP7073837B2 (ja) 2018-03-27 2022-05-24 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池の制御装置、及び車両
CN112448050B (zh) * 2019-08-28 2022-06-24 北京小米移动软件有限公司 锂离子电池的充电方法和锂离子电池的充电装置
CN110470992B (zh) * 2019-08-29 2020-06-19 清华大学 电池脉冲加热的耐久性测试方法、系统及数据表生成方法
DE102019123739A1 (de) 2019-09-04 2021-03-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Laden einer Batteriezelle
KR102766401B1 (ko) * 2019-09-19 2025-02-10 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치, 배터리 관리 방법, 배터리 팩 및 전기 차량
CN114731051A (zh) * 2019-09-23 2022-07-08 加拿大电池能源公司 基于放电脉冲期间的电池测量的自适应电池充电
KR102309014B1 (ko) 2019-10-17 2021-10-07 디티아이코리아(주) 충전 프로파일을 이용한 인텔리전트 배터리 충방전 장치 및 방법
US20230105792A1 (en) * 2020-02-28 2023-04-06 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Charging method and charging system for non-aqueous electrolyte secondary battery
US11742680B2 (en) 2020-03-09 2023-08-29 Medtronic Minimed, Inc. Dynamic management of charge
WO2021195908A1 (zh) * 2020-03-31 2021-10-07 宁德新能源科技有限公司 改善电池循环性能的方法和电子装置
KR102772378B1 (ko) 2020-08-13 2025-02-21 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 시스템, 배터리 관리 방법, 배터리 팩 및 전기 차량
KR102875917B1 (ko) * 2020-10-13 2025-10-23 주식회사 엘지에너지솔루션 충방전 테스트 시스템 및 충방전 테스트 방법
KR102888316B1 (ko) * 2021-01-08 2025-11-18 주식회사 엘지에너지솔루션 최대 방전 전류 예측 방법 및 이를 이용한 배터리 시스템
WO2022170481A1 (zh) * 2021-02-09 2022-08-18 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池充电方法、控制器、电池管理系统、电池和用电装置
US20230018424A1 (en) * 2021-07-14 2023-01-19 Sk On Co., Ltd. Method for charging and discharging battery
WO2023004712A1 (zh) * 2021-07-29 2023-02-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 充放电装置、电池充电的方法和充放电系统
CN116073000B (zh) * 2021-10-29 2024-01-23 宁德时代新能源科技股份有限公司 用于二次电池的充电方法、装置、设备及计算机存储介质
EP4239755A4 (en) * 2022-01-14 2023-10-25 Contemporary Amperex Technology Co., Limited METHOD AND DEVICE FOR RECOVERING BATTERY ENERGY, BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND BATTERY

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101066379B1 (ko) * 2011-03-23 2011-09-20 노세호 리튬배터리 충전장치 및 방법
JP2018528573A (ja) * 2015-08-24 2018-09-27 エルジー・ケム・リミテッド リチウム析出探知方法、それを用いた二次電池充電方法及び装置、並びに二次電池システム
EP3291355A1 (en) * 2016-08-30 2018-03-07 Robert Bosch GmbH Charging strategy for preventing lithium plating in a lithium ion battery
KR20200007668A (ko) * 2018-07-12 2020-01-22 도요타 지도샤（주） 이차 전지의 충전 방법
KR20230050321A (ko) 2020-08-13 2023-04-14 토프쉐 에이/에스 재생가능한 원료로부터 가솔린을 제조하기 위한 방법 및 플랜트
WO2022039505A1 (ko) * 2020-08-20 2022-02-24 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 시스템, 배터리 관리 방법, 배터리 팩 및 전기 차량
KR20220049483A (ko) 2020-10-14 2022-04-21 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지용 양극 및 상기 양극을 포함하는 이차 전지

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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