WO2024144166A1 - 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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윤서영
최순형
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery management device and method, and more particularly, to a battery management device and method for estimating positive and negative profiles for a battery.
  • 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.
  • the present invention was made to solve the above problems, and its purpose is to provide a battery management device and method that can accurately estimate the anode profile and cathode profile corresponding to the battery.
  • a battery management device includes a profile acquisition unit configured to obtain a measured full-cell profile indicating a correspondence between the voltage and capacity of a battery;
  • the measured full cell profile is divided into a plurality of sections according to a predetermined standard, a preset reference anode profile and a reference cathode profile are adjusted to correspond to the plurality of sections, and a plurality of adjusted anode profiles and a plurality of adjustment are adjusted according to the adjustment results.
  • a profile determination unit configured to generate a cathode profile; and a control unit configured to determine a diagnostic factor for the battery from at least one of the plurality of adjusted positive electrode profiles and the plurality of adjusted negative electrode profiles.
  • the profile acquisition unit may be configured to further obtain a full-cell differential profile that corresponds to the measured full-cell profile and indicates a correspondence between capacity and differential voltage.
  • the profile determination unit may be configured to divide the measured full-cell profile into the plurality of sections based on at least one of a plurality of peaks included in the full-cell differential profile.
  • the profile determination unit may be configured to divide the measured full-cell profile into the plurality of sections based on the capacity of a plurality of peaks included in the full-cell differential profile.
  • the profile determination unit may be configured to adjust the reference anode profile and the reference cathode profile to correspond to each of the plurality of sections to generate the adjustment anode profile and the adjustment cathode profile corresponding to each of the plurality of sections. .
  • the profile determination unit may be configured to generate the plurality of adjusted positive electrode profiles such that the end point of the adjusted positive electrode profile for the previous section is the same as the start point of the adjusted positive electrode profile for the next section.
  • the profile determination unit may be configured to generate a plurality of adjusted negative electrode profiles such that the end point of the adjusted negative electrode profile for the immediately preceding section is the same as the starting point of the adjusted negative electrode profile for the next section.
  • the control unit may be configured to determine positive factors included in the diagnostic factors based on the plurality of adjusted positive electrode profiles and determine negative factors included in the diagnostic factors based on the plurality of adjusted negative electrode profiles.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include a battery management device according to an aspect of the present invention.
  • a vehicle according to another aspect of the present invention may include a battery management device according to an aspect of the present invention.
  • a battery management device has the advantage of being able to estimate the anode profile and cathode profile of a battery that cannot be directly measured by adjusting the reference anode profile and the reference cathode profile.
  • the battery management device can determine a diagnostic factor indicating the current state of the battery, the current state of the battery can be diagnosed based on the diagnostic factor.
  • the battery management device has the advantage of being able to determine diagnostic factors that can diagnose the current state of the battery in a non-destructive manner.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a battery management device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a diagram showing a measured full cell profile according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a diagram showing a reference anode profile, a reference cathode profile, and a reference full cell profile according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a diagram illustrating a reference full-cell profile and a comparative full-cell profile according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a diagram illustrating a full-cell differential profile according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a diagram illustrating a measured full cell profile and a plurality of sections according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a diagram illustrating a measured full-cell profile and a first comparison full-cell profile according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a diagram illustrating a full-cell differential profile according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a diagram showing a measured full cell profile and a plurality of sections according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 11 is a diagram illustrating a measured full-cell profile and a second comparative full-cell profile according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 12 is a diagram showing a positive differential profile according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is a diagram showing a cathode differential profile according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 14 is a diagram showing a reference anode profile and a reference cathode profile according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 15 is a diagram showing a measured full-cell profile and a third comparison full-cell profile according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 17 is a diagram schematically showing a car according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 18 is a diagram schematically showing a battery management method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a battery management device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the profile acquisition unit 110 may receive battery information about the voltage and capacity of the battery. Additionally, the profile acquisition unit 110 may obtain the measurement full-cell profile (M) by generating the measurement full-cell profile (M) based on the received battery information.
  • the profile determination unit 120 may be configured to adjust the preset reference anode profile (Rp) and reference cathode profile (Rn) to correspond to a plurality of sections.
  • the anode participation start point is pi0, and the anode participation end point is pf0.
  • the cathode participation start point is ni0 and the cathode participation end point is nf0.
  • the reference full cell profile (R) can be expressed as the difference between the anode potential of the reference anode profile (Rp) and the cathode potential of the reference cathode profile (Rn) as a reference for the same capacity.
  • the profile determination unit 120 may be configured to generate a plurality of adjusted anode profiles and a plurality of adjusted cathode profiles according to the adjustment results.
  • cathodic factors may include a cathodic participation start point (ni), a cathodic participation end point (nf), and a cathodic change rate (ns).
  • the cathodic participation onset (ni) is the starting point of the tuning cathode profile (Rn').
  • the cathode participation initiation point (ni) is the point corresponding to the capacity 5 [Ah] in the tuning cathode profile (Rn').
  • control unit 130 diagnoses the state of the battery using the polarity change rate (ps) has been described.
  • state of the battery may be diagnosed based on at least one of the diagnostic factors.
  • the profile acquisition unit 110 may generate a full-cell differential profile (D) based on a received measured full-cell profile (M) or a directly generated measured full-cell profile (M). That is, the profile acquisition unit 110 can obtain the full-cell differential profile (D) by directly generating the full-cell differential profile (D) by differentiating the measured full-cell profile (M) with respect to the capacity.
  • D full-cell differential profile
  • the profile acquisition unit 110 may transmit the obtained full-cell differential profile (D) to the profile determination unit 120.
  • the peak refers to the point corresponding to the inflection point of the measured full cell profile (M).
  • the peak refers to the point in the full-cell differential profile (D) where the instantaneous rate of change of the differential voltage with respect to the capacity is 0.
  • the maximum and minimum points of the full-cell differential profile (D) may be determined as peaks.
  • the control unit 130 controls the anode participation start points (pi1 to pi8), the anode participation end points (pf1 to pf8), and the anode change rate of the first to eighth adjusted anode profiles (Rp1' to Rp8'). (ps1 to ps8) can be determined. Likewise, the control unit 130 controls the cathode participation start points (ni1 to ni8), cathode participation end points (nf1 to nf8), and cathode change ratios (ns1 to ns8) of the first to eighth adjusted cathode profiles (Rn1' to Rn8'). can be decided.
  • control unit 130 may determine the anode degradation degree of each of the first to eighth sections R1 to R8 by considering the plurality of anode change rates ps1 to ps8. Specifically, the control unit 130 may determine the anode change rate in each of the first to eighth sections (R1 to R8) based on the anode deterioration degree in the corresponding section. Accordingly, the control unit 130 may determine the section in which the anode is most degenerated among the first to eighth sections R1 to R8.
  • the profile determination unit 120 includes a plurality of adjustment anode profiles Rp1' such that the end point of the adjustment anode profile Rp' for the previous section is the same as the start point of the adjustment anode profile Rp' for the next section. to Rp8'). Likewise, the profile determination unit 120 provides a plurality of adjusted cathode profiles (Rn1' to Rn8').
  • the plurality of adjusted anode profiles (Rp1' to Rp8') are determined as a whole by the adjusted anode profile (Rp') of the battery, the plurality of adjusted anode profiles (Rp1' to Rp8') must be continuous.
  • the plurality of regulated cathode profiles Rn1' to Rn8' are determined by the regulated cathode profile Rn' of the battery as a whole, the plurality of adjusted cathode profiles Rn1' to Rn8' must be continuous.
  • the profile determination unit 120 matches the anode participation start point (pi2) of the second adjustment anode profile (Rp2') with the anode participation end point (pf1) of the first adjustment anode profile (Rp1'). After setting the same, the anode participation end point (pf2) of the second adjustment anode profile (Rp2') can be determined. Likewise, the profile determination unit 120 selects the anode participation start points (pi3 to pi8) of the third to eighth adjustment anode profiles (Rp3' to Rp8') respectively to the second to seventh adjustment anode profiles (Rp2' to Rp7'). ) can be set to correspond to each of the anode participation end points (pf2 to pf7).
  • the profile determination unit 120 adjusts the cathode participation start point (ni2) of the second adjustment cathode profile (Rn2') to the cathode participation end point (nf1) of the first adjustment cathode profile (Rn1'). After setting the same, the cathode participation end point (nf2) of the second adjusted cathode profile (Rn2') can be determined.
  • the profile determination unit 120 adjusts each of the cathode participation starting points (ni3 to ni8) of the third to eighth adjusted cathode profiles (Rn3' to Rn8') to the second to seventh adjusted cathode profiles (Rn2' to Rn7'). ) can be set to correspond to each of the negative participation end points (nf2 to nf7).
  • control unit 130 may determine the anode participation start point of the adjusted anode profile Rp' for the battery to be pi1, and the anode participation end point to be pf8. Additionally, the control unit 130 may determine the starting point of the cathode participation of the adjusted cathode profile Rn' for the battery as ni1 and the end point of the cathode participation as nf8.
  • the battery management device 100 determines the anode degradation degree and the cathode degradation degree of the battery for each of the plurality of sections by determining the adjustment anode profile and the adjustment cathode profile for each of the plurality of sections. You can. In other words, the battery management device 100 can estimate the degree of anode degradation and cathode degradation for each detailed section, and thus has the advantage of being able to derive diagnostic factors that can more accurately diagnose the state of the battery. Additionally, the battery management device 100 has the advantage of being able to more accurately and precisely diagnose the anode and cathode states of the battery through the derived diagnostic factors.
  • the profile determination unit 120 adjusts the reference anode profile (Rp) and the reference cathode profile (Rn) will be described in detail.
  • the reference peak is the peak corresponding to the minimum point of the full-cell differential profile (D).
  • the plurality of reference peaks may include a first peak (p1), a third peak (p3), a fifth peak (p5), and a seventh peak (p7).
  • the profile determination unit 120 generates a measured full-cell profile (M) according to a plurality of capacitances (Q1, Q3, Q5, and Q7) corresponding to the reference peaks (p1, p3, p5, and p7). It can be divided into 1st to 5th sections (R1 to R5).
  • the first section (R1) is a capacity section from 0 [Ah] to Q1
  • the second section (R2) is a capacity section from Q1 to Q3
  • the third section (R3) is a capacity section from Q3 to Q5.
  • the fourth section (R4) is a capacity section from Q5 to Q7
  • the fifth section (R5) is a capacity section from Q7 to 45 [Ah].
  • the profile determination unit 120 may be configured to set a weight for each of the plurality of sections (R1 to R5).
  • the weight set for each of the plurality of sections is a value between 0 and 1, and the total sum of the set weights is 1.
  • control unit 130 may set the weight of each of the first to fifth sections (R1 to R5) to 0.2.
  • control unit 130 may set the weight of the first to fifth sections (R1 to R5) according to the importance of the first to fifth sections (R1 to R5).
  • some of the plurality of sections (R1 to R5) are sections that reflect the state of the anode of the battery, and other sections are sections that reflect the state of the cathode of the battery. Accordingly, the control unit 130 can set the importance of the section corresponding to the item to be diagnosed among the plurality of sections (R1 to R5) high.
  • the weight for a section with high importance may be set to be larger than the weight for other sections.
  • the profile determination unit 120 may be configured to set the weight for the target section including at least one of the plurality of target peaks included in the full-cell differential profile D to be greater than the weight for the remaining sections.
  • the target peak is a peak corresponding to the maximum point of the full-cell differential profile (D).
  • the plurality of target peaks may include the second peak (p2), the fourth peak (p4), and the sixth peak (p6).
  • the control unit 130 may select at least one of a plurality of target peaks according to the diagnosis object and determine a section including the selected target peak as the target section. For example, when the diagnostic item is in a negative state, the control unit 130 determines the second section (R2) including the second peak (p2) as the target section, and sets the weight for the second section (R2) to be the largest. You can set it. As another example, when the diagnostic item is in a positive state, the control unit 130 determines the fourth section (R4) including the sixth peak (p6) as the target section, and sets the weight for the fourth section (R4) to the maximum. It can be set large.
  • the profile determination unit 120 may generate a plurality of comparative full cell profiles by shifting the reference anode profile (Rp) and the reference cathode profile (Rn) or performing capacity scaling.
  • the profile determination unit 120 creates a second comparison full-cell profile (S2) corresponding to the measured full-cell profile (M) based on the adjusted anode profile (Rp') and the adjusted cathode profile (Rn'). can be decided.
  • the control unit 130 may determine the starting point of the anode engagement of the battery as pi and the end point of the anode engagement as pf. Additionally, the control unit 130 may determine the starting point of the battery's negative electrode participation as ni and the end point of the negative electrode participation as nf.
  • the profile determination unit 120 may specify, among the plurality of comparison full-cell profiles, a comparison full-cell profile with a low error rate in descending order of weight among the plurality of sections (R1 to R5) of the measurement full-cell profile (M). Assuming that 100 comparison full-cell profiles have been created and the target section is the second section (R2), the profile decision unit 120 selects a second comparison with the lowest error rate in the second section (R2) among the 100 comparison full-cell profiles.
  • the full cell profile (S2) can be specified. Additionally, the profile determination unit 120 may determine an adjustment anode profile (Rp') and an adjustment cathode profile (Rn') corresponding to the specified second comparison full cell profile (S2).
  • Figure 12 is a diagram showing a positive differential profile (DRp) according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is a diagram showing a cathode differential profile (DRn) according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 14 is a diagram showing a reference anode profile (Rp) and a reference cathode profile (Rn) according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 15 is a diagram showing a measured full-cell profile (M) and a third comparison full-cell profile (S3) according to an embodiment of the present invention.
  • the profile acquisition unit 110 may be configured to acquire at least one of an anode differential profile (DRp) corresponding to the reference anode profile (Rp) and a cathode differential profile (DRn) corresponding to the reference cathode profile (Rn) as an electrode differential profile.
  • DRp anode differential profile
  • DRn cathode differential profile
  • the profile acquisition unit 110 may directly receive the positive differential profile (DRp) and negative differential profile (DRn) of the battery from the outside. That is, the profile acquisition unit 110 can receive information from the outside by wired and/or wirelessly. As another example, the profile acquisition unit 110 may generate an anode differential profile (DRp) and a cathode differential profile (DRn) based on the reference anode profile (Rp) and the reference cathode profile (Rn).
  • DRp positive differential profile
  • DRn negative differential profile
  • the profile acquisition unit 110 may generate an anode differential profile (DRp) and a cathode differential profile (DRn) based on the reference anode profile (Rp) and the reference cathode profile (Rn).
  • the profile determination unit 120 divides the corresponding reference electrode profile among the reference anode profile (Rp) and the reference cathode profile (Rn) into a plurality of electrode sections based on at least one of the plurality of electrode peaks included in the electrode differential profile. can be distinguished.
  • the cathode differential profile DRn may include first to third cathode peaks np1, np2, and np3.
  • the cathode peak may include a peak corresponding to the maximum point of the cathode differential profile (DRn).
  • the capacity of the first cathode peak (np1) is Qn1
  • the capacity of the second cathode peak (np2) is Qn2
  • the capacity of the third cathode peak (np3) is Qn3.
  • the profile determination unit 120 may divide the reference anode profile Rp into first to fifth anode sections PR1 to PR5.
  • the first anode section PR1 is a capacity section from 5 [Ah] to Qp1
  • the second anode section PR2 is a capacity section from Qp1 to Qp2.
  • the third anode section PR3 is a capacity section of Qp2 to Qp3
  • the fourth anode section PR4 is a capacity section of Qp3 to Qp4
  • the fifth anode section PR5 is a capacity section of Qp4 to 50[Ah].
  • the profile determination unit 120 may divide the reference cathode profile Rn into first to fourth cathode sections NR1 to NR4.
  • the first cathode section NR1 is a capacity section from 5 [Ah] to Qn1
  • the second cathode section NR2 is a capacity section from Qn1 to Qn2.
  • the third cathode section NR3 is a capacity section of Qn2 to Qn3
  • the fourth cathode section NR4 is a capacity section of Qn3 to 50 [Ah].
  • the third adjustment anode section PR3' is a section in which the third anode section PR3 is changed
  • the fourth adjustment anode section PR4' is a section in which the fourth anode section PR4 is changed
  • the fifth adjustment anode section ( PR5') is a section in which the fifth anode section (PR5) has been changed.
  • the control unit 130 may determine the anode participation start point (pi) and the anode participation end point (pf) of the adjusted anode profile (Rp'). Additionally, the control unit 130 may determine the anode change ratio (ps1 to ps5) for each of the first to fifth adjustment anode sections (RP1' to PR5').
  • the third adjustment cathode section NR3' is a section in which the third cathode section NR3 is changed
  • the fourth adjustment cathode section NR4' is a section in which the fourth cathode section NR4 is changed.
  • the control unit 130 may determine the cathode participation start point (ni) and the cathode participation end point (nf) of the adjusted cathode profile (Rn'). Additionally, the control unit 130 may determine the cathode change ratio (ns1 to ns4) for each of the first to fourth adjusted cathode sections (NR1' to NR4').
  • the profile determination unit 120 may determine a third comparison full cell profile (S3) corresponding to the measured full cell profile (M) based on the adjusted anode profile (Rp') and the adjusted cathode profile (Rn').
  • the control unit 130 may determine the anode engagement start point of the battery as pi and the anode engagement end point as pf. Additionally, the control unit 130 may determine the starting point of the battery's negative electrode participation as ni and the end point of the negative electrode participation as nf.
  • the profile determination unit 120 determines the reference anode profile (Rp) based on at least one of the plurality of anode peaks included in the anode differential profile (DRp). ) can be divided into a plurality of anode sections.
  • the profile determination unit 120 determines the reference cathode profile (Rn) based on at least one of the plurality of cathode peaks included in the cathode differential profile (DRn). It may be configured to be divided into a plurality of cathode sections.
  • the battery management device 100 may be provided in a battery pack. That is, the battery pack according to the present invention may include the above-described battery management device 100 and one or more battery cells. Additionally, the battery pack may further include electrical components (relays, fuses, etc.) and cases.
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention may be included in a vehicle 1700 such as an electric vehicle (EV) or a hybrid vehicle (HV). Additionally, the battery pack 1710 can drive the car 1700 by supplying power to the motor through an inverter provided in the car 1700.
  • the battery pack 1710 may include the battery management device 100. That is, the automobile 1700 may include the battery management device 100.
  • the battery diagnostic device 100 may be an on-board diagnostic device included in the automobile 1700.
  • the profile acquisition step (S100) is a step of acquiring a measured full cell profile (M) representing the correspondence between the voltage and capacity of the battery, and may be performed by the profile acquisition unit 110.
  • the profile acquisition unit 110 may directly receive the measured full cell profile (M) of the battery from the outside. That is, the profile acquisition unit 110 can obtain the measured full-cell profile (M) by being connected to the outside by wired and/or wirelessly and receiving the measured full-cell profile (M).
  • the profile adjustment step (S200) determines whether to divide the measured full cell profile (M) into a plurality of sections according to a predetermined standard, and depending on whether the measured full cell profile (M) is divided into a preset reference anode profile (Rp) and This is a step of adjusting the reference cathode profile (Rn) to correspond to the measurement full cell profile (M) or a plurality of sections, and may be performed by the profile determination unit 120.
  • the profile determination unit 120 divides the reference anode profile (Rp) and/or the reference cathode profile (Rn) into a plurality of electrode sections and divides them into a plurality of electrode sections to correspond to the measurement full cell profile (M). Each of the plurality of electrode sections can be adjusted.
  • the profile generating step (S300) is a step of generating an adjusted anode profile (Rp') and an adjusted cathode profile (Rn') according to the adjustment result, and may be performed by the profile determination unit 120.
  • the profile determination unit 120 determines the first to eighth adjustment anode profiles Rp1' to Rp8' and the first to eighth sections R1 to R8.
  • the tuning cathode profile (Rn1' to Rn8') can be determined.
  • the first comparative full cell profile (S1) may be determined based on the plurality of adjusted anode profiles (Rp1' to Rp8') and the plurality of adjusted cathode profiles (Rn1' to Rn8').
  • the profile determination unit 120 may determine the adjusted anode profile (Rp') and the adjusted cathode profile (Rn') that have the lowest error rate for the determined target section.
  • a second comparative full cell profile (S2) may be determined based on the adjusted anode profile (Rp') and the adjusted cathode profile (Rn').

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 측정 풀셀 프로파일을 획득하도록 구성된 프로파일 획득부; 상기 측정 풀셀 프로파일을 소정의 기준에 따른 복수의 구간으로 구분하고, 미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 복수의 구간에 대응되도록 조정하며, 조정 결과에 따라 복수의 조정 양극 프로파일 및 복수의 조정 음극 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 결정부; 및 상기 복수의 조정 양극 프로파일 및 상기 복수의 조정 음극 프로파일 중 적어도 하나에서 상기 배터리에 대한 진단 인자를 결정하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치 및 방법
본 출원은 2022년 12월 26일 자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2022-0185081 및 2023년 9월 12일 자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2023-0121413에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리에 대한 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 추정하는 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 배터리는 고용량화 및 고밀도화 측면에서 많은 연구가 진행되고 있지만 수명과 안전성 향상 측면도 중요하다. 배터리의 안전성을 향상하기 위해서는 배터리의 현재 상태가 정확하게 진단되어야 한다.
배터리의 현재 상태를 가장 정확하게 진단하기 위해서는, 배터리의 양극 프로파일과 음극 프로파일을 각각 확보하여 분석하여야 한다. 하지만, 제조된 배터리에 대한 분해 및 조립이 사실상 불가능하기 때문에, 제조된 배터리의 양극 프로파일과 음극 프로파일을 직접 측정하는 것이 불가능하다는 문제가 있다. 따라서, 배터리의 상태를 보다 정확하게 진단하기 위해서, 배터리에 대응되는 양극 프로파일과 음극 프로파일을 정확하게 추정하는 기술이 요구된다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리에 대응되는 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 정확하게 추정할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는 배터리의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 측정 풀셀 프로파일을 획득하도록 구성된 프로파일 획득부; 상기 측정 풀셀 프로파일을 소정의 기준에 따른 복수의 구간으로 구분하고, 미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 복수의 구간에 대응되도록 조정하며, 조정 결과에 따라 복수의 조정 양극 프로파일 및 복수의 조정 음극 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 결정부; 및 상기 복수의 조정 양극 프로파일 및 상기 복수의 조정 음극 프로파일 중 적어도 하나에서 상기 배터리에 대한 진단 인자를 결정하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 프로파일 획득부는, 상기 측정 풀셀 프로파일에 대응되고 용량과 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 풀셀 미분 프로파일을 더 획득하도록 구성될 수 있다.
상기 프로파일 결정부는, 상기 풀셀 미분 프로파일에 포함된 복수의 피크 중 적어도 하나에 기반하여 상기 측정 풀셀 프로파일을 상기 복수의 구간으로 구분하도록 구성될 수 있다.
상기 프로파일 결정부는, 상기 풀셀 미분 프로파일에 포함된 복수의 피크의 용량에 기반하여 상기 측정 풀셀 프로파일을 상기 복수의 구간으로 구분하도록 구성될 수 있다.
상기 프로파일 결정부는, 상기 기준 양극 프로파일 및 상기 기준 음극 프로파일을 상기 복수의 구간 각각에 대응되도록 조정하여, 상기 복수의 구간 각각에 대응되는 상기 조정 양극 프로파일 및 상기 조정 음극 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 프로파일 결정부는, 직전의 구간에 대한 조정 양극 프로파일의 종료점은 다음의 구간에 대한 조정 양극 프로파일의 시작점과 동일하도록 상기 복수의 조정 양극 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 프로파일 결정부는, 상기 직전의 구간에 대한 조정 음극 프로파일의 종료점은 상기 다음의 구간에 대한 조정 음극 프로파일의 시작점과 동일하도록 복수의 조정 음극 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 조정 양극 프로파일에 기반하여 상기 진단 인자에 포함되는 양극 인자를 결정하고, 상기 복수의 조정 음극 프로파일에 기반하여 상기 진단 인자에 포함되는 음극 인자를 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 자동차는 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 관리 방법은 배터리의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 측정 풀셀 프로파일을 획득하는 프로파일 획득 단계; 상기 측정 풀셀 프로파일을 소정의 기준에 따른 복수의 구간으로 구분하고, 미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 복수의 구간에 대응되도록 조정하는 프로파일 조정 단계; 조정 결과에 따라 복수의 조정 양극 프로파일 및 복수의 조정 음극 프로파일을 생성하는 프로파일 생성 단계; 및 상기 복수의 조정 양극 프로파일 및 상기 복수의 조정 음극 프로파일 중 적어도 하나에서 상기 배터리에 대한 진단 인자를 결정하는 인자 결정 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 관리 장치는 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 조정함으로써, 직접 측정할 수 없는 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 추정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 배터리 관리 장치는 배터리의 현재 상태를 나타내는 진단 인자를 결정할 수 있기 때문에, 진단 인자에 기반하여 배터리의 현재 상태가 진단될 수 있다. 즉, 배터리 관리 장치는 비파괴적인 방식으로 배터리의 현재 상태를 진단할 수 있는 진단 인자들을 결정할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 풀셀 프로파일을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 양극 프로파일, 기준 음극 프로파일 및 기준 풀셀 프로파일을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 풀셀 프로파일과 기준 풀셀 프로파일을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 풀셀 프로파일과 비교 풀셀 프로파일을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풀셀 미분 프로파일을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 풀셀 프로파일 및 복수의 구간을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 풀셀 프로파일과 제1 비교 풀셀 프로파일을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 풀셀 미분 프로파일을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 풀셀 프로파일 및 복수의 구간을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 풀셀 프로파일과 제2 비교 풀셀 프로파일을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 미분 프로파일을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 미분 프로파일을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 풀셀 프로파일과 제3 비교 풀셀 프로파일을 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 관리 장치(100)는 프로파일 획득부(110), 프로파일 결정부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
여기서, 배터리는 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지가 배터리로 간주될 수 있다. 또한, 배터리의 종류는 원통형(cylindrical type), 각형(prismatic type) 또는 파우치형(pouch type)일 수 있다. 또한, 배터리는 복수의 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 뱅크(battery bank), 배터리 모듈(battery module) 또는 배터리 팩(battery pack)을 의미할 수도 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 배터리가 하나의 독립된 셀을 의미하는 것으로 설명한다.
프로파일 획득부(110)는 배터리의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 측정 풀셀 프로파일(M)을 획득하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 측정 풀셀 프로파일(M)은 배터리의 SOC가 0%에서 100%까지 충전될 때의 전압(V)과 용량(Q) 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일이다.
예컨대, 측정 풀셀 프로파일(M)을 생성하기 위한 충전 또는 방전에서의 C-rate에 특별한 제한은 없다. 다만, 바람직하게, 보다 정확한 측정 풀셀 프로파일(M) 및 풀셀 미분 프로파일(D)을 획득하기 위해서는 저율로 배터리를 충전 또는 방전시켜야 한다. 예컨대, 0.05C로 배터리를 충전 또는 방전시키는 과정에서, 측정 풀셀 프로파일(M)이 생성될 수 있다.
예컨대, 프로파일 획득부(110)는 외부로부터 배터리의 측정 풀셀 프로파일(M)을 직접 수신할 수 있다. 즉, 프로파일 획득부(110)는 외부와 유선 및/또는 무선으로 연결되어 측정 풀셀 프로파일(M)을 수신함으로써, 측정 풀셀 프로파일(M)을 획득할 수 있다.
다른 예로, 프로파일 획득부(110)는 배터리의 전압과 용량에 대한 배터리 정보를 수신할 수 있다. 그리고, 프로파일 획득부(110)는 수신한 배터리 정보에 기반하여 측정 풀셀 프로파일(M)을 생성함으로써, 측정 풀셀 프로파일(M)을 획득할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 풀셀 프로파일(M)을 도시한 도면이다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 측정 풀셀 프로파일(M)은 X축이 용량[Ah]으로 설정되고, Y축이 전압[V]으로 설정된 2차원 X-Y 그래프로 표현될 수 있다.
프로파일 획득부(110)는 제어부(130)와 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 예컨대, 프로파일 획득부(110)는 제어부(130)와 유선 및/또는 무선으로 연결될 수 있다. 프로파일 획득부(110)는 획득한 측정 풀셀 프로파일(M)을 프로파일 결정부(120)부로 송신할 수 있다.
프로파일 결정부(120)는 측정 풀셀 프로파일(M)을 소정의 기준에 따른 복수의 구간으로 구분하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 프로파일 결정부(120)는 측정 풀셀 프로파일(M)을 소정의 용량 기준에 따라 복수의 구간으로 구분할 수 있다.
예컨대, 프로파일 결정부(120)는 소정의 용량 기준에 따라 결정되는 용량값을 기준으로 측정 풀셀 프로파일(M)의 전체 용량 구간을 복수의 구간으로 구분할 수 있다.
프로파일 결정부(120)는 미리 설정된 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 복수의 구간에 대응되도록 조정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 기준 양극 프로파일(Rp)이란, 배터리의 양극에 대응되도록 미리 설정된 기준 양극 셀의 용량 및 전압 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일일 수 있다. 예컨대, 기준 양극 셀은 양극 코인 하프 셀 또는 3 전극 셀의 양극일 수 있다. 그리고, 기준 음극 프로파일(Rn)이란, 배터리의 음극에 대응되도록 미리 설정된 기준 음극 셀의 용량 및 전압 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일일 수 있다. 예컨대, 기준 음극 셀은 음극 코인 하프 셀 또는 3 전극 셀의 음극일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 양극 프로파일(Rp), 기준 음극 프로파일(Rn) 및 기준 풀셀 프로파일(R)을 도시한 도면이다.
도 3의 실시예에서, 기준 양극 프로파일(Rp)에서 양극 참여 개시점은 pi0이고, 양극 참여 종료점은 pf0이다. 기준 음극 프로파일(Rn)에서 음극 참여 개시점은 ni0이고, 음극 참여 종료점은 nf0이다. 기준 풀셀 프로파일(R)은 동일한 용량에 대한 기준으로 기준 양극 프로파일(Rp)의 양극 전위와 기준 음극 프로파일(Rn)의 음극 전위의 차이로 표현될 수 있다.
예컨대, 측정 풀셀 프로파일(M)이 복수의 구간으로 구분된 경우, 프로파일 결정부(120)는 측정 풀셀 프로파일(M)의 각각의 구간에 대응되도록 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정할 수 있다. 만약, 측정 풀셀 프로파일(M)이 n(여기서, n은 2 이상의 자연수)개의 구간으로 구분된 경우, 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)은 n개의 구간 각각에 대응되도록 조정될 수 있다. 즉, 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)에 대한 n개의 조정 결과가 도출될 수 있다.
구체적으로, 프로파일 결정부(120)는, 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)을 시프트(Shift)하거나 용량 스케일링을 하여 복수의 비교 풀셀 프로파일(S)을 생성하고, 측정 풀셀 프로파일(M)의 각각의 구간에 대하여 복수의 비교 풀셀 프로파일 중에서 오차가 최소가 되는 비교 풀셀 프로파일을 특정할 수 있다. 그리고, 측정 풀셀 프로파일(M)의 각각의 구간에 대하여 특정된 비교 풀셀 프로파일에 대응되는 조정 양극 프로파일과 조정 음극 프로파일이 결정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 풀셀 프로파일(M)과 기준 풀셀 프로파일(R)을 도시한 도면이다.
도 4의 실시예에서, 기준 풀셀 프로파일(R)과 측정 풀셀 프로파일(M)은 서로 대응되지 않도록 상이할 수 있다. 예컨대, 측정 풀셀 프로파일(M)과 기준 풀셀 프로파일(R)의 전압 구간은 3.0[V] 내지 4.0[V]로 동일하지만, 측정 풀셀 프로파일(M)의 용량 구간은 5[Ah] 내지 45[Ah]인 반면, 기준 풀셀 프로파일(R)의 용량 구간은 5[Ah] 내지 50[Ah]일 수 있다. 프로파일 결정부(120)는 기준 풀셀 프로파일(R)과 측정 풀셀 프로파일(M)이 서로 상이하기 때문에, 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 측정 풀셀 프로파일(M)에 대응되도록 조정할 수 있다.
프로파일 결정부(120)는 조정 결과에 복수의 따라 조정 양극 프로파일 및 복수의 조정 음극 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 각각의 조정 양극 프로파일은 기준 양극 프로파일(Rp)이 대응되는 구간에 대해 조정된 결과이고, 각각의 조정 음극 프로파일은 기준 음극 프로파일(Rn)이 대응되는 구간에 대해 조정된 결과이다. 즉, 복수의 구간마다 조정 양극 프로파일과 조정 음극 프로파일이 특정될 수 있다. 그리고, 복수의 조정 양극 프로파일의 조합 결과는 및 복수의 조정 음극 프로파일의 조합 결과는 배터리의 양극 프로파일과 음극 프로파일로 강하게 추정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 풀셀 프로파일(R)과 비교 풀셀 프로파일(S)을 도시한 도면이다. 도 5의 실시예에서, 조정 양극 프로파일(Rp')는 복수의 구간에 대한 복수의 조정 양극 프로파일의 조합 결과이고, 조정 음극 프로파일(Rn')은 복수의 구간에 대한 복수의 조정 음극 프로파일의 조합 결과이다. 그리고, 비교 풀셀 프로파일(S)은 조정 양극 프로파일(Rp') 및 조정 음극 프로파일(Rn')에 기반한 프로파일이다.
예컨대, 도 5의 실시예에서, 기준 양극 프로파일(Rp)은 조정 양극 프로파일(Rp')로 조정되고, 기준 음극 프로파일(Rn)은 조정 음극 프로파일(Rn')로 조정될 수 있다. 즉, 기준 풀셀 프로파일(R)은 비교 풀셀 프로파일(S)로 조정될 수 있다. 구체적으로, 기준 양극 프로파일(Rp)의 양극 참여 개시점(pi0)은 조정 양극 프로파일(Rp')의 양극 참여 개시점(pi)으로 조정되고, 기준 양극 프로파일(Rp)의 양극 참여 종료점(pf0)은 조정 양극 프로파일(Rp')의 양극 참여 종료점(pf)으로 조정될 수 있다. 기준 음극 프로파일(Rn)의 음극 참여 개시점(ni0)은 조정 음극 프로파일(Rn')의 음극 참여 개시점(ni)으로 조정되고, 기준 음극 프로파일(Rn)의 음극 참여 종료점(nf0)은 조정 음극 프로파일(Rn')의 음극 참여 종료점(nf)으로 조정될 수 있다.
제어부(130)는 조정 양극 프로파일(Rp') 및 조정 음극 프로파일(Rn') 중 적어도 하나에서 배터리에 대한 진단 인자를 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 진단 인자에는 양극 인자 및 음극 인자 중 적어도 하나가 포함될 수 있다. 즉, 제어부(130)는 복수의 조정 양극 프로파일에 기반하여 배터리에 대한 양극 인자를 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 제어부(130)는 복수의 조정 음극 프로파일에 기반하여 배터리에 대한 음극 인자를 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 양극 인자에는 양극 참여 개시점(pi), 양극 참여 종료점(pf) 및 양극 변경 비율(ps)이 포함될 수 있다.
양극 참여 개시점(pi)은 조정 양극 프로파일(Rp')의 시작점이다. 예컨대, 도 5의 실시예에서, 양극 참여 개시점(pi)은 조정 양극 프로파일(Rp')에서 용량 5[Ah]에 대응되는 지점이다.
양극 참여 종료점(pf)은 조정 양극 프로파일(Rp')의 종료점이다. 예컨대, 도 5의 실시예에서, 양극 참여 종료점(pf)은 조정 양극 프로파일(Rp')에서 용량 45[Ah]에 대응되는 지점이다.
양극 변경 비율(ps)이란 기준 양극 프로파일(Rp)에 대한 조정 양극 프로파일(Rp')의 변경 비율[%]을 의미할 수 있다. 구체적으로, 양극 변경 비율(ps)은 기준 양극 프로파일(Rp)에 대한 조정 양극 프로파일(Rp')의 수축 비율 또는 확장 비율일 수 있다. 예컨대, 조정 양극 프로파일(Rp')이 기준 양극 프로파일(Rp)에서 10% 수축된 것이라면, 양극 변경 비율(ps)은 90%이다. 반대로, 조정 양극 프로파일(Rp')이 기준 양극 프로파일(Rp)에서 10% 확장된 것이라면, 양극 변경 비율(ps)은 110%이다. 바람직하게, 제어부(130)는 복수의 구간 각각에 대하여 양극 변경 비율을 결정할 수 있다.
다른 예로, 음극 인자에는 음극 참여 개시점(ni), 음극 참여 종료점(nf) 및 음극 변경 비율(ns)이 포함될 수 있다.
음극 참여 개시점(ni)은 조정 음극 프로파일(Rn')의 시작점이다. 예컨대, 도 5의 실시예에서, 음극 참여 개시점(ni)은 조정 음극 프로파일(Rn')에서 용량 5[Ah]에 대응되는 지점이다.
음극 참여 종료점(nf)은 조정 음극 프로파일(Rn')의 종료점이다. 예컨대, 도 5의 실시예에서, 음극 참여 종료점(nf)은 조정 음극 프로파일(Rn')에서 용량 45[Ah]에 대응되는 지점이다.
음극 변경 비율(ns)이란 기준 음극 프로파일(Rn)에 대한 조정 음극 프로파일(Rn')의 변경 비율[%]을 의미할 수 있다. 구체적으로, 음극 변경 비율(ns)은 기준 음극 프로파일(Rn)에 대한 조정 음극 프로파일(Rn')의 수축 비율 또는 확장 비율일 수 있다. 예컨대, 조정 음극 프로파일(Rn')이 기준 음극 프로파일(Rn)에서 10% 수축된 것이라면, 음극 변경 비율(ns)은 90%이다. 반대로, 조정 음극 프로파일(Rn')이 기준 음극 프로파일(Rn)에서 10% 확장된 것이라면, 음극 변경 비율(ns)은 110%이다. 바람직하게, 제어부(130)는 복수의 구간 각각에 대하여 음극 변경 비율을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정함으로써, 직접 측정할 수 없는 배터리의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 추정할 수 있는 장점이 있다. 또한, 배터리 관리 장치(100)는 배터리의 현재 상태를 나타내는 진단 인자를 결정할 수 있기 때문에, 진단 인자에 기반하여 배터리의 현재 상태가 진단될 수 있다. 즉, 배터리 관리 장치(100)는 비파괴적인 방식으로 배터리의 현재 상태를 진단할 수 있는 진단 인자들을 결정할 수 있는 장점이 있다.
예컨대, 제어부(130)가 양극 변경 비율(ps)을 진단 인자로서 결정하였다고 가정한다. 제어부(130)는 결정된 양극 변경 비율(ps)과 배터리에 대해 미리 설정된 기준 비율을 비교할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 양극 변경 비율(ps)과 기준 비율 간의 비율차에 따라 배터리의 상태를 진단할 수 있다. 만약, 산출된 비율차가 임계값 이상이면, 제어부(130)는 배터리의 상태를 비정상 상태 또는 퇴화 상태로 진단할 수 있다. 반대로, 비율차가 임계값 미만이면, 제어부(130)는 배터리의 상태를 정상 상태로 진단할 수 있다.
다른 예로, 제어부(130)가 복수의 배터리에 대한 양극 변경 비율(ps)을 진단인자로서 결정하였다고 가정한다. 제어부(130)는 결정된 복수의 양극 변경 비율(ps)의 대소를 비교함으로써, 복수의 배터리에 대한 상대적 퇴화도를 진단할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는 결정된 양극 변경 비율(ps)이 클수록 배터리 상대적으로 더 퇴화된 것으로 진단할 수 있다.
이상에서는 제어부(130)가 양극 변경 비율(ps)을 이용하여 배터리의 상태를 진단하는 실시예를 설명하였지만, 진단 인자 중 적어도 하나에 기반하여 배터리의 상태가 진단될 수 있음을 유의한다.
또한, 제어부(130)는 복수의 진단 인자에 대한 진단 결과를 종합하여 배터리의 상태를 진단할 수도 있다. 예컨대, 제어부(130)는 복수의 진단 인자에 대한 진단 결과 중 과반수의 진단 결과에 기반하여, 배터리의 상태를 진단할 수도 있다.
한편, 배터리 관리 장치(100)에 구비된 제어부(130)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(130)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(130)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(130) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(130)와 연결될 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(100)는 저장부(140)를 더 포함할 수 있다. 저장부(140)는 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장부(140)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(140)는 제어부(130)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 저장부(140)에는 기준 양극 프로파일(Rp), 기준 음극 프로파일(Rn), 기준 풀셀 프로파일(R), 측정 풀셀 프로파일(M), 조정 양극 프로파일(Rp'), 조정 음극 프로파일(Rn'), 비교 풀셀 프로파일(S), 양극 인자 및 음극 인자 등이 저장될 수 있다.
이하에서는, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 프로파일 결정부(120)가 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정하는 제1 실시예를 구체적으로 설명한다.
구체적으로, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풀셀 미분 프로파일(D)을 도시한 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 풀셀 프로파일(M) 및 복수의 구간을 도시한 도면이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 풀셀 프로파일(M)과 제1 비교 풀셀 프로파일(S1)을 도시한 도면이다.
프로파일 획득부(110)는 측정 풀셀 프로파일(M)에 대응되고 용량과 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 풀셀 미분 프로파일(D)을 더 획득하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 풀셀 미분 프로파일(D)은 측정 풀셀 프로파일(M)을 용량에 대해 미분한 프로파일이다. 즉, 풀셀 미분 프로파일(D)은 용량과 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일이다. 여기서, 미분 전압은 전압(V)을 용량(Q)에 대해 미분한 값으로서, "dV/dQ"로 표현될 수 있다.
예컨대, 도 6의 실시예에서, 풀셀 미분 프로파일(D)은 X축이 용량[Ah]으로 설정되고, Y축이 미분 전압[dV/dQ]으로 설정된 2차원 X-Y 그래프로 표현될 수 있다.
예컨대, 프로파일 획득부(110)는 외부로부터 배터리의 풀셀 미분 프로파일(D)을 직접 수신할 수 있다. 즉, 프로파일 획득부(110)는 외부와 유선 및/또는 무선으로 연결되어 풀셀 미분 프로파일(D)을 수신함으로써, 풀셀 미분 프로파일(D)을 획득할 수 있다.
다른 예로, 프로파일 획득부(110)는 수신한 측정 풀셀 프로파일(M) 또는 직접 생성한 측정 풀셀 프로파일(M)에 기반하여 풀셀 미분 프로파일(D)을 생성할 수 있다. 즉, 프로파일 획득부(110)는 측정 풀셀 프로파일(M)을 용량에 대해 미분하여 풀셀 미분 프로파일(D)을 직접 생성함으로써, 풀셀 미분 프로파일(D)을 획득할 수 있다.
프로파일 획득부(110)는 획득한 풀셀 미분 프로파일(D)을 프로파일 결정부(120)로 송신할 수 있다.
프로파일 결정부(120)는 풀셀 미분 프로파일(D)에 포함된 복수의 피크 중 적어도 하나에 기반하여 측정 풀셀 프로파일(M)을 복수의 구간으로 구분하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 피크는 측정 풀셀 프로파일(M)의 변곡점에 대응되는 지점을 의미한다. 다른 말로 설명하면, 피크는 풀셀 미분 프로파일(D)에서 용량에 대한 미분 전압의 순간 변화율이 0인 지점을 의미한다. 예컨대, 풀셀 미분 프로파일(D)의 극대점 및 극소점이 피크로 결정될 수 있다.
예컨대, 도 6의 실시예에서, 프로파일 결정부(120)는 풀셀 미분 프로파일(D)에서 제1 내지 제7 피크(p1 내지 p7)를 결정할 수 있다. 여기서, 제1 피크(p1), 제3 피크(p3), 제5 피크(p5) 및 제7 피크(p7)는 풀셀 미분 프로파일(D)의 극소점에 대응되는 피크고, 제2 피크(p2), 제4 피크(p4) 및 제6 피크(p6)는 풀셀 미분 프로파일(D)의 극대점에 대응되는 피크이다.
구체적으로, 프로파일 결정부(120)는 풀셀 미분 프로파일(D)에 포함된 복수의 피크의 용량에 기반하여 측정 풀셀 프로파일(M)을 복수의 구간으로 구분하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 7의 실시예에서, 프로파일 결정부(120)는 제1 내지 제7 피크(p1 내지 p7)에 대응되는 복수의 용량(Q1 내지 Q7)에 따라 측정 풀셀 프로파일(M)을 제1 내지 제8 구간(R1 내지 R8)으로 구분할 수 있다. 여기서, 제1 구간(R1)은 0[Ah] 내지 Q1의 용량 구간이고, 제2 구간(R2)은 Q1 내지 Q2의 용량 구간이며, 제3 구간(R3)은 Q2 내지 Q3의 용량 구간이다. 제4 구간(R4)은 Q3 내지 Q4의 용량 구간이고, 제5 구간(R5)은 Q4 내지 Q5의 용량 구간이며, 제6 구간(R6)은 Q5 내지 Q6의 용량 구간이다. 제7 구간(R7)은 Q6 내지 Q7의 용량 구간이고, 제8 구간(R8)은 Q7 내지 45[Ah]의 용량 구간이다.
그리고, 프로파일 결정부(120)는 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 복수의 구간 각각에 대응되도록 조정하도록 구성될 수 있다. 즉, 프로파일 결정부(120)는 복수의 구간 각각에 대응되는 조정 양극 프로파일 및 조정 음극 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 측정 풀셀 프로파일(M)의 각각의 구간에 대응되도록 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)이 조정될 수 있다.
예컨대, 도 7의 실시예에서, 프로파일 결정부(120)는 측정 풀셀 프로파일(M)의 제1 구간(R1)에 대하여 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정할 수 있다. 구체적으로, 프로파일 결정부(120)에 의해 생성되는 복수의 비교 풀셀 프로파일 중 제1 구간(R1)에서 측정 풀셀 프로파일(M)과 가장 유사한(예컨대, 오차가 작은) 비교 풀셀 프로파일이 특정될 수 있다. 그리고, 프로파일 결정부(120)는 특정된 비교 풀셀 프로파일에 대응되는 제1 조정 양극 프로파일(Rp1') 및 제1 조정 음극 프로파일(Rn1')을 결정될 수 있다.
이와 동일한 방식으로, 프로파일 결정부(120)는 측정 풀셀 프로파일(M)의 제2 내지 제8 구간(R2 내지 R8) 각각에 대해서도 제2 내지 제8 조정 양극 프로파일(Rp2' 내지 Rp8')과 제2 내지 제8 조정 음극 프로파일(Rn2' 내지 Rn8')을 결정할 수 있다.
예컨대, 도 8의 실시예에서, 제1 구간(R1)에 대응되는 제1 조정 양극 프로파일(Rp1')과 제1 조정 음극 프로파일(Rn1')이 결정되고, 제2 구간(R2)에 대응되는 제2 조정 양극 프로파일(Rp2')과 제2 조정 음극 프로파일(Rn2')이 결정될 수 있다. 제3 구간(R3)에 대응되는 제3 조정 양극 프로파일(Rp3')과 제3 조정 음극 프로파일(Rn3')이 결정되고, 제4 구간(R4)에 대응되는 제4 조정 양극 프로파일(Rp4')과 제4 조정 음극 프로파일(Rn4')이 결정될 수 있다. 제5 구간(R5)에 대응되는 제5 조정 양극 프로파일(Rp5')과 제5 조정 음극 프로파일(Rn5')이 결정되고, 제6 구간(R6)에 대응되는 제6 조정 양극 프로파일(Rp6')과 제6 조정 음극 프로파일(Rn6')이 결정될 수 있다. 제7 구간(R7)에 대응되는 제7 조정 양극 프로파일(Rp7')과 제7 조정 음극 프로파일(Rn7')이 결정되고, 제8 구간(R8)에 대응되는 제8 조정 양극 프로파일(Rp8')과 제8 조정 음극 프로파일(Rn8')이 결정될 수 있다.
제어부(130)는 복수의 조정 양극 프로파일(Rp1' 내지 Rp8') 각각에서 양극 인자를 결정하고, 복수의 조정 음극 프로파일(Rn1' 내지 Rn8') 각각에서 음극 인자를 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 결정된 복수의 양극 인자 각각에 기반하여, 대응되는 구간에서의 배터리의 양극 상태를 진단할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 결정된 복수의 음극 인자 각각에 기반하여, 대응되는 구간에서의 배터리의 음극 상태를 진단할 수 있다.
도 8의 실시예에서, 제어부(130)는 제1 내지 제8 조정 양극 프로파일(Rp1' 내지 Rp8')의 양극 참여 개시점(pi1 내지 pi8), 양극 참여 종료점(pf1 내지 pf8) 및 양극 변경 비율(ps1 내지 ps8)을 결정할 수 있다. 마찬가지로, 제어부(130)는 제1 내지 제8 조정 음극 프로파일(Rn1' 내지 Rn8')의 음극 참여 개시점(ni1 내지 ni8), 음극 참여 종료점(nf1 내지 nf8) 및 음극 변경 비율(ns1 내지 ns8)을 결정할 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 복수의 양극 변경 비율(ps1 내지 ps8)을 고려하여 제1 내지 제8 구간(R1 내지 R8) 각각의 양극 퇴화도를 결정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 제1 내지 제8 구간(R1 내지 R8) 각각의 양극 변경 비율을 해당 구간에서의 양극 퇴화도로 결정할 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 제1 내지 제8 구간(R1 내지 R8) 중에서 가장 양극이 퇴화된 구간을 결정할 수 있다.
다른 예로, 제어부(130)는 복수의 음극 변경 비율(ns1 내지 ns8)을 고려하여 제1 내지 제8 구간(R1 내지 R8) 각각의 음극 퇴화도를 결정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 제1 내지 제8 구간(R1 내지 R8) 각각의 음극 변경 비율을 해당 구간에서의 음극 퇴화도로 결정할 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 제1 내지 제8 구간(R1 내지 R8) 중에서 가장 음극이 퇴화된 구간을 결정할 수 있다.
도 8의 실시예에서, 프로파일 결정부(120)는 제1 내지 제8 조정 양극 프로파일(Rp1' 내지 Rp8') 및 제1 내지 제8 조정 음극 프로파일(Rn1' 내지 Rn8')에 기반하여, 측정 풀셀 프로파일(M)에 대응되는 제1 비교 풀셀 프로파일(S1)을 결정할 수 있다. 제어부(130)는 배터리의 양극 참여 개시점을 pi1으로 결정하고, 양극 참여 종료점을 pf8으로 결정할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 배터리의 음극 참여 개시점을 ni1으로 결정하고, 음극 참여 종료점을 nf8으로 결정할 수 있다.
바람직하게, 프로파일 결정부(120)는 직전의 구간에 대한 조정 양극 프로파일(Rp')의 종료점은 다음의 구간에 대한 조정 양극 프로파일(Rp')의 시작점과 동일하도록 복수의 조정 양극 프로파일(Rp1' 내지 Rp8')을 생성하도록 구성될 수 있다. 마찬가지로, 프로파일 결정부(120)는 직전의 구간에 대한 조정 음극 프로파일(Rn')의 종료점은 다음의 구간에 대한 조정 음극 프로파일(Rn')의 시작점과 동일하도록 복수의 조정 음극 프로파일(Rn1' 내지 Rn8')을 생성하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 복수의 조정 양극 프로파일(Rp1' 내지 Rp8')은 전체로써 배터리의 조정 양극 프로파일(Rp')로 결정되기 때문에, 복수의 조정 양극 프로파일(Rp1' 내지 Rp8')은 연속적이어야 한다. 마찬가지로, 복수의 조정 음극 프로파일(Rn1' 내지 Rn8')은 전체로써 배터리의 조정 음극 프로파일(Rn')로 결정되기 때문에, 복수의 조정 음극 프로파일(Rn1' 내지 Rn8')은 연속적이어야 한다.
예컨대, 도 8의 실시예에서, 프로파일 결정부(120)는 제2 조정 양극 프로파일(Rp2') 양극 참여 개시점(pi2)을 제1 조정 양극 프로파일(Rp1')의 양극 참여 종료점(pf1)과 동일하게 설정한 이후 제2 조정 양극 프로파일(Rp2')의 양극 참여 종료점(pf2)을 결정할 수 있다. 마찬가지로, 프로파일 결정부(120)는 제3 내지 제8 조정 양극 프로파일(Rp3' 내지 Rp8')의 양극 참여 개시점(pi3 내지 pi8) 각각을 제2 내지 제7 조정 양극 프로파일(Rp2' 내지 Rp7')의 양극 참여 종료점(pf2 내지 pf7) 각각에 대응되도록 설정할 수 있다.
또한, 도 8의 실시예에서, 프로파일 결정부(120)는 제2 조정 음극 프로파일(Rn2') 음극 참여 개시점(ni2)을 제1 조정 음극 프로파일(Rn1')의 음극 참여 종료점(nf1)과 동일하게 설정한 이후 제2 조정 음극 프로파일(Rn2')의 음극 참여 종료점(nf2)을 결정할 수 있다. 마찬가지로, 프로파일 결정부(120)는 제3 내지 제8 조정 음극 프로파일(Rn3' 내지 Rn8')의 음극 참여 개시점(ni3 내지 ni8) 각각을 제2 내지 제7 조정 음극 프로파일(Rn2' 내지 Rn7')의 음극 참여 종료점(nf2 내지 nf7) 각각에 대응되도록 설정할 수 있다.
그리고, 도 8의 실시예에서, 제어부(130)는 배터리에 대한 조정 양극 프로파일(Rp')의 양극 참여 개시점을 pi1으로 결정하고, 양극 참여 종료점은 pf8으로 결정할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 배터리에 대한 조정 음극 프로파일(Rn')의 음극 참여 개시점을 ni1으로 결정하고, 음극 참여 종료점은 nf8으로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 복수의 구간 각각에 대하여 조정 양극 프로파일과 조정 음극 프로파일을 결정함으로써, 복수의 구간 각각에 대한 배태러의 양극 퇴화도 및 음극 퇴화도를 결정할 수 있다. 즉, 배터리 관리 장치(100)는 세부 구간 각각에 대한 양극 퇴화도 및 음극 퇴화도를 추정할 수 있으므로, 배터리의 상태를 보다 정확하게 진단할 수 있는 진단 인자를 도출할 수 있는 장점이 있다. 또한, 배터리 관리 장치(100)는 도출된 진단 인자를 통해서 배터리의 양극 및 음극 상태를 보다 정확하고 정밀하게 진단할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 도 9 내지 도 11을 참조하여, 프로파일 결정부(120)가 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정하는 제2 실시예를 구체적으로 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 풀셀 미분 프로파일(D)을 도시한 도면이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 풀셀 프로파일(M) 및 복수의 구간(R1 내지 R5)을 도시한 도면이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 풀셀 프로파일(M)과 제2 비교 풀셀 프로파일(S2)을 도시한 도면이다.
프로파일 결정부(120)는 풀셀 미분 프로파일(D)에 포함된 복수의 참조 피크에 기반하여 측정 풀셀 프로파일(M)을 복수의 구간(R1 내지 R5)으로 구분하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 참조 피크는 풀셀 미분 프로파일(D)의 극소점에 대응되는 피크이다. 예컨대, 도 9의 실시예에서, 복수의 참조 피크에는 제1 피크(p1), 제3 피크(p3), 제5 피크(p5) 및 제7 피크(p7)가 포함될 수 있다.
도 10의 실시예에서, 프로파일 결정부(120)는 참조 피크(p1, p3, p5 및 p7)에 대응되는 복수의 용량(Q1, Q3, Q5 및 Q7)에 따라 측정 풀셀 프로파일(M)을 제1 내지 제5 구간(R1 내지 R5)으로 구분할 수 있다. 여기서, 제1 구간(R1)은 0[Ah] 내지 Q1의 용량 구간이고, 제2 구간(R2)은 Q1 내지 Q3의 용량 구간이며, 제3 구간(R3)은 Q3 내지 Q5의 용량 구간이다. 제4 구간(R4)은 Q5 내지 Q7의 용량 구간이고, 제5 구간(R5)은 Q7 내지 45[Ah]의 용량 구간이다.
프로파일 결정부(120)는 복수의 구간(R1 내지 R5) 각각에 대한 가중치를 설정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 복수의 구간(R1 내지 R5) 각각에 설정되는 가중치는 0 이상 1 이하의 값이고, 설정되는 가중치의 총합은 1이다.
예컨대, 제어부(130)는 제1 내지 제5 구간(R1 내지 R5)의 가중치를 0.2씩 설정할 수 있다.
다른 예로, 제어부(130)는 제1 내지 제5 구간(R1 내지 R5)의 중요도에 따라 제1 내지 제5 구간(R1 내지 R5)의 가중치를 설정할 수도 있다. 구체적으로, 복수의 구간(R1 내지 R5) 중 일부는 배터리의 양극의 상태를 반영하는 구간이고, 다른 일부는 배터리의 음극의 상태를 반영하는 구간이다. 따라서, 제어부(130)는 복수의 구간(R1 내지 R5) 중에서 진단하고자 하는 항목에 대응되는 구간의 중요도를 높게 설정할 수 있다. 그리고, 중요도가 높게 설정된 구간에 대한 가중치는 다른 구간에 대한 가중치보다 크게 설정될 수 있다.
구체적으로, 프로파일 결정부(120)는 풀셀 미분 프로파일(D)에 포함된 복수의 타겟 피크 중 적어도 하나가 포함된 타겟 구간에 대한 가중치를 나머지 구간에 대한 가중치보다 크게 설정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 타겟 피크는 풀셀 미분 프로파일(D)의 극대점에 대응되는 피크이다. 예컨대, 도 9의 실시예에서, 복수의 타겟 피크에는 제2 피크(p2), 제4 피크(p4) 및 제6 피크(p6)가 포함될 수 있다.
제어부(130)는 진단 대상에 따라 복수의 타겟 피크 중 적어도 하나를 선택하고, 선택된 타겟 피크를 포함하는 구간을 타겟 구간으로 결정할 수 있다. 예컨대, 진단 항목이 음극의 상태인 경우, 제어부(130)는 제2 피크(p2)가 포함된 제2 구간(R2)을 타겟 구간으로 결정하고, 제2 구간(R2)에 대한 가중치를 가장 크게 설정할 수 있다. 다른 예로, 진단 항목이 양극의 상태인 경우, 제어부(130)는 제6 피크(p6)가 포함된 제4 구간(R4)을 타겟 구간으로 결정하고, 제4 구간(R4)에 대한 가중치를 가장 크게 설정할 수 있다.
프로파일 결정부(120)는 가중치에 기반하여 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 측정 풀셀 프로파일(M)에 대응되도록 조정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 프로파일 결정부(120)는 조정 양극 프로파일(Rp') 및 조정 음극 프로파일(Rn')에 기반하여 제2 비교 풀셀 프로파일(S2)을 생성하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 프로파일 결정부(120)는 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)을 시프트하거나 용량 스케일링을 하여 복수의 비교 풀셀 프로파일을 생성할 수 있다. 도 11의 실시예에서, 프로파일 결정부(120)는 조정 양극 프로파일(Rp') 및 조정 음극 프로파일(Rn')에 기반하여, 측정 풀셀 프로파일(M)에 대응되는 제2 비교 풀셀 프로파일(S2)을 결정할 수 있다. 제어부(130)는 배터리의 양극 참여 개시점을 pi로 결정하고, 양극 참여 종료점을 pf로 결정할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 배터리의 음극 참여 개시점을 ni로 결정하고, 음극 참여 종료점을 nf로 결정할 수 있다.
그리고, 프로파일 결정부(120)는 설정된 가중치가 큰 구간일수록 비교 풀셀 프로파일(S)과 측정 풀셀 프로파일(M) 간의 오차율이 낮아지도록 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 프로파일 결정부(120)는 복수의 비교 풀셀 프로파일 중에서 측정 풀셀 프로파일(M)의 복수의 구간(R1 내지 R5) 중 가중치가 큰 순서대로 오차율이 낮은 비교 풀셀 프로파일을 특정할 수 있다. 100개의 비교 풀셀 프로파일이 생성되었고, 타겟 구간이 제2 구간(R2)이라고 가정하면, 프로파일 결정부(120)는 100개의 비교 풀셀 프로파일 중에서 제2 구간(R2)에서의 오차율이 가장 낮은 제2 비교 풀셀 프로파일(S2)을 특정할 수 있다. 그리고, 프로파일 결정부(120)는 특정된 제2 비교 풀셀 프로파일(S2)에 대응되는 조정 양극 프로파일(Rp')과 조정 음극 프로파일(Rn')이 결정될 수 있다. 만약, 제2 구간(R2)에서의 오차율이 가장 낮은 비교 풀셀 프로파일이 복수인 경우, 프로파일 결정부(120)는 측정 풀셀 프로파일(M)의 전체 용량 구간에 대한 전체 오차율이 더 낮은 제2 비교 풀셀 프로파일(S2)을 특정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 진단 항목에 대응되도록 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정하기 때문에, 배터리의 상태를 보다 잘 반영한 진단 인자를 결정할 수 있는 장점이 있다. 즉, 진단 항목에 대응되는 최적의 진단 인자가 결정될 수 있기 때문에, 배터리의 상태가 보다 정확하게 진단될 수 있다.
이하에서는, 도 12 내지 도 15를 참조하여, 프로파일 결정부(120)가 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정하는 제3 실시예를 구체적으로 설명한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 미분 프로파일(DRp)을 도시한 도면이다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 미분 프로파일(DRn)을 도시한 도면이다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 도시한 도면이다. 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 풀셀 프로파일(M)과 제3 비교 풀셀 프로파일(S3)을 도시한 도면이다.
프로파일 획득부(110)는 기준 양극 프로파일(Rp)에 대응되는 양극 미분 프로파일(DRp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)에 대응되는 음극 미분 프로파일(DRn) 중 적어도 하나를 전극 미분 프로파일로서 획득하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 양극 미분 프로파일(DRp)은 기준 양극 프로파일(Rp)을 용량에 대해 미분한 프로파일이다. 음극 미분 프로파일(DRn)은 기준 음극 프로파일(Rn)을 용량에 대해 미분한 프로파일이다.
예컨대, 도 12의 실시예에서, 양극 미분 프로파일(DRp)은 X축이 용량[Ah]으로 설정되고, Y축이 미분 전압[dV/dQ]으로 설정된 2차원 X-Y 그래프로 표현될 수 있다. 도 13의 실시예에서, 음극 미분 프로파일(DRn)은 X축이 용량[Ah]으로 설정되고, Y축이 미분 전압[dV/dQ]으로 설정된 2차원 X-Y 그래프로 표현될 수 있다.
예컨대, 프로파일 획득부(110)는 외부로부터 배터리의 양극 미분 프로파일(DRp) 및 음극 미분 프로파일(DRn)을 직접 수신할 수 있다. 즉, 프로파일 획득부(110)는 외부와 유선 및/또는 무선으로 수신할 수 있다. 다른 예로, 프로파일 획득부(110)는 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)에 기반하여 양극 미분 프로파일(DRp) 및 음극 미분 프로파일(DRn)을 생성할 수도 있다.
프로파일 결정부(120)는 전극 미분 프로파일에 포함된 복수의 전극 피크 중 적어도 하나에 기반하여 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn) 중 대응되는 기준 전극 프로파일을 복수의 전극 구간으로 구분하도록 구분될 수 있다.
구체적으로, 양극 미분 프로파일(DRp)에는 복수의 양극 피크가 포함되고, 음극 미분 프로파일(DRn)에는 복수의 음극 피크가 포함될 수 있다.
도 12의 실시예에서, 양극 미분 프로파일(DRp)에는 제1 내지 제4 양극 피크(pp1, pp2, pp3 및 pp4)가 포함될 수 있다. 구체적으로, 양극 피크에는 양극 미분 프로파일(DRp)의 극대점에 대응되는 피크가 포함될 수 있다. 양극 피크에는 양극 미분 프로파일(DRp)의 복수의 극대점 중 용량이 가장 큰 극소점에 대응되는 피크가 포함될 수 있다. 제1 양극 피크(pp1)의 용량은 Qp1이고, 제2 양극 피크(pp2)의 용량은 Qp2이며, 제3 양극 피크(pp3)의 용량은 Qp3고, 제4 양극 피크(pp4)의 용량은 Qp4이다.
도 13의 실시예에서, 음극 미분 프로파일(DRn)에는 제1 내지 제3 음극 피크(np1, np2, np3)가 포함될 수 있다. 구체적으로, 음극 피크에는 음극 미분 프로파일(DRn)의 극대점에 대응되는 피크가 포함될 수 있다. 제1 음극 피크(np1)의 용량은 Qn1이고, 제2 음극 피크(np2)의 용량은 Qn2이며, 제3 음극 피크(np3)의 용량은 Qn3다.
도 14의 실시예에서, 프로파일 결정부(120)는 기준 양극 프로파일(Rp)은 제1 내지 제5 양극 구간(PR1 내지 PR5)으로 구분할 수 있다. 제1 양극 구간(PR1)은 5[Ah] 내지 Qp1의 용량 구간이고, 제2 양극 구간(PR2)은 Qp1 내지 Qp2의 용량 구간이다. 제3 양극 구간(PR3)은 Qp2 내지 Qp3의 용량 구간이고, 제4 양극 구간(PR4)은 Qp3 내지 Qp4의 용량 구간이며, 제5 양극 구간(PR5) Qp4 내지 50[Ah]의 용량 구간이다.
또한, 프로파일 결정부(120)는 기준 음극 프로파일(Rn)은 제1 내지 제4 음극 구간(NR1 내지 NR4)으로 구분할 수 있다. 제1 음극 구간(NR1)은 5[Ah] 내지 Qn1의 용량 구간이고, 제2 음극 구간(NR2)은 Qn1 내지 Qn2의 용량 구간이다. 제3 음극 구간(NR3)은 Qn2 내지 Qn3의 용량 구간이고, 제4 음극 구간(NR4)은 Qn3 내지 50[Ah]의 용량 구간이다.
프로파일 결정부(120)는 복수의 전극 구간 각각을 조정하면서, 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 측정 풀셀 프로파일(M)에 대응되도록 조정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 프로파일 결정부(120)는 복수의 전극 구간 각각을 독립적으로 조정하도록 구성될 수 있다. 즉, 프로파일 결정부(120)는 복수의 전극 구간 각각의 변경 비율을 독립적으로 조정함으로써, 측정 풀셀 프로파일(M)에 대응되는 조정 양극 프로파일(Rp') 및 조정 음극 프로파일(Rn')을 결정할 수 있다.
조정 양극 프로파일(Rp')은 복수의 조정 양극 구간(PR1' 내지 PR5')으로 구분되고, 조정 음극 프로파일(Rn')은 복수의 조정 음극 구간(NR1' 내지 NR4')으로 구분될 수 있다. 복수의 조정 양극 구간(PR1' 내지 PR5') 각각은 기준 양극 프로파일(Rp)의 복수의 양극 구간(PR1 내지 PR5) 각각이 변경된 것이고, 복수의 조정 음극 구간(NR1' 내지 NR4') 각각은 기준 음극 프로파일(Rn)의 복수의 음극 구간(NR1 내지 NR4) 각각에 대한 변경된 것이다.
예컨대, 도 15의 실시예에서, 조정 양극 프로파일(Rp')은 제1 내지 제5 조정 양극 구간(PR5')으로 구분될 수 있고, 제1 내지 제5 조정 양극 구간(PR1' 내지 PR5') 각각은 기준 양극 프로파일(Rp)의 제1 내지 제5 양극 구간(PR1 내지 PR5) 각각에 대응된다. 제1 조정 양극 구간(PR1')은 제1 양극 구간(PR1)이 변경된 구간이고, 제2 조정 양극 구간(PR2')은 제2 양극 구간(PR2)이 변경된 구간이다. 제3 조정 양극 구간(PR3')은 제3 양극 구간(PR3)이 변경된 구간이고, 제4 조정 양극 구간(PR4')은 제4 양극 구간(PR4)이 변경된 구간이며, 제5 조정 양극 구간(PR5')은 제5 양극 구간(PR5)이 변경된 구간이다. 제어부(130)는 조정 양극 프로파일(Rp')의 양극 참여 개시점(pi) 및 양극 참여 종료점(pf)을 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 제1 내지 제5 조정 양극 구간(RP1' 내지 PR5') 각각에 대한 양극 변경 비율(ps1 내지 ps5)을 결정할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는 제1 양극 구간(PR1)에 대한 제1 조정 양극 구간(PR1')의 비율을 제1 조정 양극 구간(PR1')에 대한 양극 변경 비율(ps1)로 결정할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 양극 구간(PR1 내지 PR5)에 대한 조정 양극 구간(RP1' 내지 PR5')의 변경 비율을 계산하여, 복수의 조정 양극 구간(RP1' 내지 PR5')에 대한 양극 변경 비율(ps1 내지 ps5)을 결정할 수 있다. 마찬가지로, 제어부(130)는 제2 내지 제5 조정 양극 구간(PR2' 내지 PR5')에 대한 양극 변경 비율(ps2 내지 ps5)을 결정할 수 있다.
마찬가지로, 도 15의 실시예에서, 조정 음극 프로파일(Rn')은 제1 내지 제4 조정 음극 구간(NR1' 내지 NR4')으로 구분될 수 있고, 제1 내지 제4 조정 음극 구간(NR1' 내지 NR4’) 각각은 기준 음극 프로파일(Rn)의 제1 내지 제4 음극 구간(NR1 내지 NR4) 각각에 대응된다. 제1 조정 음극 구간(NR1')은 제1 음극 구간(NR1)이 변경된 구간이고, 제2 조정 음극 구간(NR2')은 제2 음극 구간(NR2)이 변경된 구간이다. 제3 조정 음극 구간(NR3')은 제3 음극 구간(NR3)이 변경된 구간이고, 제4 조정 음극 구간(NR4')은 제4 음극 구간(NR4)이 변경된 구간이다. 제어부(130)는 조정 음극 프로파일(Rn')의 음극 참여 개시점(ni) 및 음극 참여 종료점(nf)을 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 제1 내지 제4 조정 음극 구간(NR1' 내지 NR4’) 각각에 대한 음극 변경 비율(ns1 내지 ns4)을 결정할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는 제1 음극 구간(NR1)에 대한 제1 조정 음극 구간(NR1')의 비율을 제1 조정 음극 구간(NR1')에 대한 음극 변경 비율(ns1)로 결정할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 음극 구간(NR1 내지 NR4)에 대한 조정 음극 구간(NR1' 내지 NR4’)의 변경 비율을 계산하여, 복수의 조정 음극 구간(NR1' 내지 NR4’)에 대한 음극 변경 비율을 결정할 수 있다. 마찬가지로, 제어부(130)는 제2 내지 제4 조정 음극 구간(NR2' 내지 NR4’)에 대한 음극 변경 비율(ns2 내지 ns4)을 결정할 수 있다.
프로파일 결정부(120)는 조정 양극 프로파일(Rp') 및 조정 음극 프로파일(Rn')에 기반하여, 측정 풀셀 프로파일(M)에 대응되는 제3 비교 풀셀 프로파일(S3)을 결정할 수 있다. 도 15의 실시예에서, 제어부(130)는 배터리의 양극 참여 개시점을 pi로 결정하고, 양극 참여 종료점을 pf로 결정할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 배터리의 음극 참여 개시점을 ni로 결정하고, 음극 참여 종료점을 nf로 결정할 수 있다.
다시 설명하면, 양극 미분 프로파일(DRp)이 전극 미분 프로파일에 포함된 경우, 프로파일 결정부(120)는 양극 미분 프로파일(DRp)에 포함된 복수의 양극 피크 중 적어도 하나에 기반하여 기준 양극 프로파일(Rp)을 복수의 양극 구간으로 구분하도록 구분될 수 있다. 그리고, 음극 미분 프로파일(DRn)이 전극 미분 프로파일에 포함된 경우, 프로파일 결정부(120)는 음극 미분 프로파일(DRn)에 포함된 복수의 음극 피크 중 적어도 하나에 기반하여 기준 음극 프로파일(Rn)을 복수의 음극 구간으로 구분하도록 구성될 수 있다. 이상에서는, 도 12 내지 도 14를 참조하여 양극 미분 프로파일(DRp) 및 음극 미분 프로파일(DRn)이 모두 전극 미분 프로파일에 포함되어, 기준 양극 프로파일(Rp)이 복수의 양극 구간으로 구분되고 기준 음극 프로파일(Rn)이 복수의 음극 구간으로 구분되는 실시예를 설명하였다. 다만, 실시예에 따라서는, 양극 미분 프로파일(DRp) 또는 음극 미분 프로파일(DRn)이 전극 미분 프로파일에 포함될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 복수의 양극 구간 및/또는 복수의 음극 구간을 각각 조정함으로써, 조정 양극 프로파일 및 조정 음극 프로파일을 결정할 수 있다. 즉, 배터리 관리 장치(100)는 배터리에 대한 상세한 진단 인자를 결정할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 이러한 진단 인자에 기반하여, 배터리의 상태가 보다 상세하고 정확하게 진단될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(100)의 프로파일 획득부(110), 프로파일 결정부(120), 제어부(130) 및 저장부(140)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 배터리 팩에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 관리 장치(100) 및 하나 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
배터리(10)의 양극 단자는 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+)와 연결되고, 배터리(10)의 음극 단자는 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-)와 연결될 수 있다.
측정부(20)는 배터리(10)의 양극 단자 및 음극 단자에 연결될 수 있다. 그리고, 측정부(20)는 배터리(10)의 양극 전위 및 음극 전위를 측정하고, 양극 전위와 음극 전위의 차이를 계산하여 배터리(10)의 전압을 측정할 수 있다.
그리고, 측정부(20)는 전류 측정 유닛(A)과 연결될 수 있다. 예컨대, 전류 측정 유닛(A)은 배터리(10)의 충전 전류 및 방전 전류를 측정할 수 있는 전류계 또는 션트 저항일 수 있다. 측정부(20)는 전류 측정 유닛(A)을 이용하여, 배터리(10)의 충전 전류를 측정하여 충전량을 산출할 수 있다. 또한, 측정부(20)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해서 배터리(10)의 방전 전류를 측정하여 방전량을 산출할 수 있다.
예컨대, 측정부(20)에 의해 측정되는 배터리(10)의 전압 및 용량에 관한 정보는 프로파일 획득부(110)로 송신될 수 있다. 그리고, 프로파일 획득부(110)는 수신한 전압 및 용량에 관한 정보에 기반하여 측정 풀셀 프로파일(M)을 직접 생성할 수 있다.
다른 예로, 측정부(20)에 의해 측정된 배터리(10)의 전압 및 용량에 관한 정보는 저장부(140)에 저장될 수 있다. 배터리(10)의 충전 또는 방전이 종료되면, 프로파일 획득부(110)는 저장부(140)에 접근하여 측정 풀셀 프로파일(M)을 획득할 수 있다.
또 다른 예로, 측정부(20)는 측정한 배터리(10)의 전압 및 용량에 관한 정보에 기반하여 직접 측정 풀셀 프로파일(M)을 생성할 수도 있다. 이 경우, 생성된 측정 풀셀 프로파일(M)은 프로파일 획득부(110)로 송신되고, 저장부(140)에도 저장될 수 있다.
배터리 팩(1)의 양극 단자(P+)와 음극 단자(P-)에는 충방전 장치 또는 부하가 연결될 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동차(1700)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은 전기 자동차(Electric vehicle, EV)나 하이브리드 자동차(Hybrid vehicle, HV)와 같은 자동차(1700)에 포함될 수도 있다. 그리고, 배터리 팩(1710)은 자동차(1700)에 구비된 인버터를 통해 모터에 전력을 공급함으로써, 자동차(1700)를 구동시킬 수 있다. 여기서, 배터리 팩(1710)에는 배터리 관리 장치(100)가 포함될 수 있다. 즉, 자동차(1700)에는 배터리 관리 장치(100)가 포함될 수 있다. 이 경우, 배터리 진단 장치(100)는 자동차(1700)에 포함된 온 보드 진단 장치일 수 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 18을 참조하면, 배터리 관리 방법은 프로파일 획득 단계(S100), 프로파일 조정 단계(S200), 프로파일 생성 단계(S300) 및 인자 결정 단계(S400)를 포함할 수 있다.
바람직하게, 배터리 관리 방법의 각 단계는 배터리 관리 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
프로파일 획득 단계(S100)는 배터리의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 측정 풀셀 프로파일(M)을 획득하는 단계로서, 프로파일 획득부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 프로파일 획득부(110)는 외부로부터 배터리의 측정 풀셀 프로파일(M)을 직접 수신할 수 있다. 즉, 프로파일 획득부(110)는 외부와 유선 및/또는 무선으로 연결되어 측정 풀셀 프로파일(M)을 수신함으로써, 측정 풀셀 프로파일(M)을 획득할 수 있다.
다른 예로, 프로파일 획득부(110)는 배터리의 전압과 용량에 대한 배터리 정보를 수신할 수 있다. 그리고, 프로파일 획득부(110)는 수신한 배터리 정보에 기반하여 측정 풀셀 프로파일(M)을 생성함으로써, 측정 풀셀 프로파일(M)을 획득할 수 있다.
프로파일 조정 단계(S200)는 측정 풀셀 프로파일(M)을 소정의 기준에 따른 복수의 구간으로 구분 여부를 결정하고, 측정 풀셀 프로파일(M)의 구분 여부에 따라, 미리 설정된 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 측정 풀셀 프로파일(M) 또는 복수의 구간에 대응되도록 조정하는 단계로서, 프로파일 결정부(120)에 의해 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 측정 풀셀 프로파일(M)이 복수의 구간으로 구분된 경우, 프로파일 결정부(120)는 측정 풀셀 프로파일(M)의 각각의 구간에 대응되도록 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정할 수 있다. 여기서, 복수의 구간이 n개로 구분된 경우, 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)은 n개의 구간 각각에 대해 조정될 수 있다. 예컨대, 도 8의 실시예에서, 프로파일 결정부(120)는 제1 내지 제8 구간(R1 내지 R8) 각각에 대응되도록 기준 양극 프로파일(Rp) 및 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정할 수 있다.
다른 실시예에서, 측정 풀셀 프로파일(M)이 복수의 구간으로 구분되지 않은 경우, 프로파일 결정부(120)는 측정 풀셀 프로파일(M)의 전체 구간에 대응되도록 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정할 수 있다. 여기서, 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)에 대한 1개의 조정 결과가 도출될 수 있다. 예컨대, 도 11의 실시예에서, 프로파일 결정부(120)는 측정 풀셀 프로파일(M)의 타겟 구간을 결정하고, 타겟 구간에서의 오차율이 가장 낮아지도록 기준 양극 프로파일(Rp)과 기준 음극 프로파일(Rn)을 조정할 수 있다. 다른 예로, 도 15의 실시예에서, 프로파일 결정부(120)는 기준 양극 프로파일(Rp) 및/또는 기준 음극 프로파일(Rn)을 복수의 전극 구간으로 구분하고, 측정 풀셀 프로파일(M)에 대응되도록 복수의 전극 구간 각각을 조정할 수 있다.
프로파일 생성 단계(S300)는 조정 결과에 따라 조정 양극 프로파일(Rp') 및 조정 음극 프로파일(Rn')을 생성하는 단계로서, 프로파일 결정부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 8의 실시예에서, 프로파일 결정부(120)는 제1 내지 제8 구간(R1 내지 R8)에 대하여 제1 내지 제8 조정 양극 프로파일(Rp1' 내지 Rp8’) 및 제1 내지 제8 조정 음극 프로파일(Rn1' 내지 Rn8')을 결정할 수 있다. 복수의 조정 양극 프로파일(Rp1' 내지 Rp8’) 및 복수의 조정 음극 프로파일(Rn1' 내지 Rn8')에 기반하여 제1 비교 풀셀 프로파일(S1)이 결정될 수 있다.
다른 예로, 도 11의 실시예에서, 프로파일 결정부(120)는 결정된 타겟 구간에 대한 오차율이 가장 낮아지는 조정 양극 프로파일(Rp') 및 조정 음극 프로파일(Rn')을 결정할 수 있다. 조정 양극 프로파일(Rp') 및 조정 음극 프로파일(Rn')에 기반하여 제2 비교 풀셀 프로파일(S2)이 결정될 수 있다.
또 다른 예로, 도 15의 실시예에서, 프로파일 결정부(120)는 제1 내지 제5 양극 구간(PR1 내지 PR5) 및 제1 내지 제4 음극 구간(NR1 내지 NR4)을 각각 조정하여, 조정 양극 프로파일(Rp') 및 조정 음극 프로파일(Rn')을 결정할 수 있다. 조정 양극 프로파일(Rp') 및 조정 음극 프로파일(Rn')에 기반하여 제3 비교 풀셀 프로파일(S3)이 결정될 수 있다.
인자 결정 단계(S400)는 조정 양극 프로파일(Rp')에서 배터리에 대한 양극 인자를 결정하고, 조정 음극 프로파일(Rn')에서 배터리에 대한 음극 인자를 결정하는 단계로서, 제어부(130)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 조정 양극 프로파일(Rp')에 양극 참여 개시점, 양극 참여 종료점 및 양극 변경 비율을 결정하고, 조정 음극 프로파일(Rn')에서 음극 참여 개시점, 음극 참여 종료점 및 음극 변경 비율을 결정할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
(부호의 설명)
1: 배터리 팩
10: 배터리
20: 측정부
100: 배터리 관리 장치
110: 프로파일 획득부
120: 프로파일 결정부
130: 제어부
140: 저장부
1700: 자동차
1710: 배터리 팩

Claims (10)

  1. 배터리의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 측정 풀셀 프로파일을 획득하도록 구성된 프로파일 획득부;
    상기 측정 풀셀 프로파일을 소정의 기준에 따른 복수의 구간으로 구분하고, 미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 복수의 구간에 대응되도록 조정하며, 조정 결과에 따라 복수의 조정 양극 프로파일 및 복수의 조정 음극 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 결정부; 및
    상기 복수의 조정 양극 프로파일 및 상기 복수의 조정 음극 프로파일 중 적어도 하나에서 상기 배터리에 대한 진단 인자를 결정하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로파일 획득부는,
    상기 측정 풀셀 프로파일에 대응되고 용량과 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 풀셀 미분 프로파일을 더 획득하도록 구성되고,
    상기 프로파일 결정부는,
    상기 풀셀 미분 프로파일에 포함된 복수의 피크 중 적어도 하나에 기반하여 상기 측정 풀셀 프로파일을 상기 복수의 구간으로 구분하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로파일 결정부는,
    상기 풀셀 미분 프로파일에 포함된 복수의 피크의 용량에 기반하여 상기 측정 풀셀 프로파일을 상기 복수의 구간으로 구분하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 프로파일 결정부는,
    상기 기준 양극 프로파일 및 상기 기준 음극 프로파일을 상기 복수의 구간 각각에 대응되도록 조정하여, 상기 복수의 구간 각각에 대응되는 상기 조정 양극 프로파일 및 상기 조정 음극 프로파일을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로파일 결정부는,
    직전의 구간에 대한 조정 양극 프로파일의 종료점은 다음의 구간에 대한 조정 양극 프로파일의 시작점과 동일하도록 상기 복수의 조정 양극 프로파일을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 프로파일 결정부는, 상기 직전의 구간에 대한 조정 음극 프로파일의 종료점은 상기 다음의 구간에 대한 조정 음극 프로파일의 시작점과 동일하도록 상기 복수의 조정 음극 프로파일을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 조정 양극 프로파일에 기반하여 상기 진단 인자에 포함되는 양극 인자를 결정하고, 상기 복수의 조정 음극 프로파일에 기반하여 상기 진단 인자에 포함되는 음극 인자를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 자동차.
  10. 배터리의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 측정 풀셀 프로파일을 획득하는 프로파일 획득 단계;
    상기 측정 풀셀 프로파일을 소정의 기준에 따른 복수의 구간으로 구분하고, 미리 설정된 기준 양극 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 상기 복수의 구간에 대응되도록 조정하는 프로파일 조정 단계;
    조정 결과에 따라 복수의 조정 양극 프로파일 및 복수의 조정 음극 프로파일을 생성하는 프로파일 생성 단계; 및
    상기 복수의 조정 양극 프로파일 및 상기 복수의 조정 음극 프로파일 중 적어도 하나에서 상기 배터리에 대한 진단 인자를 결정하는 인자 결정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
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