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WO2022050540A1 - 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 관리 장치 및 방법 Download PDF

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WO2022050540A1
WO2022050540A1 PCT/KR2021/007913 KR2021007913W WO2022050540A1 WO 2022050540 A1 WO2022050540 A1 WO 2022050540A1 KR 2021007913 W KR2021007913 W KR 2021007913W WO 2022050540 A1 WO2022050540 A1 WO 2022050540A1
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WO
WIPO (PCT)
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profile
battery
prediction
positive electrode
capacity
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2021/007913
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English (en)
French (fr)
Inventor
윤두성
고동욱
임진형
전광훈
최정미
배윤정
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to EP21864503.4A priority patent/EP4135099A4/en
Priority to US18/013,159 priority patent/US20230318057A1/en
Priority to CN202180029481.7A priority patent/CN115516695B/zh
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    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery management apparatus and method, and more particularly, to a battery management apparatus and method capable of non-destructively generating a positive electrode profile and a battery profile for a battery cell.
  • the degree of deterioration of the battery cells is determined.
  • Various profiles are required for analysis. For example, when a battery profile, a positive profile, and a negative profile for a battery cell are provided, the degree of deterioration of the battery cell can be analyzed most accurately.
  • the positive and negative electrodes are disassembled in the battery cell, the positive electrode and the negative electrode are washed, and then the positive half cell and the negative half cell are reassembled, and a three-electrode system ( 3 electrode system), positive and negative profiles were obtained from the reassembled positive half-cell and negative-electrode half-cell, respectively.
  • 3 electrode system three-electrode system
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and a battery management apparatus and method capable of acquiring a positive electrode profile by appropriately adjusting a preset negative electrode profile, and acquiring a battery profile based on the obtained positive electrode profile is intended to provide
  • a battery management apparatus includes a measuring unit configured to measure voltage and capacity of a battery cell; generating a battery profile indicating a correspondence relationship between the voltage and the capacity measured by the measuring unit, and based on the generated battery profile and a reference negative electrode profile and a reference negative electrode differential profile preset for the battery cell a profile generator configured to generate a bipolar profile; and receiving the positive electrode profile generated from the profile generator, and deriving a conversion function representing conversion information from the reference positive electrode profile preset for the battery cell to the generated positive electrode profile, based on the derived conversion function and a control unit configured to generate a positive electrode prediction profile for the battery cell from a reference positive electrode profile, and to generate a battery prediction profile for the battery cell based on the generated positive electrode prediction profile.
  • the profile generating unit converts the battery profile into a battery differential profile representing a correspondence relationship between the capacity and a differential voltage for the capacity, adjusts the reference negative electrode differential profile to correspond to the battery differential profile, and adjusts the adjusted negative electrode differential and adjusting the reference negative electrode profile to correspond to the profile, and generating the positive electrode profile based on the adjusted negative electrode profile and the battery profile.
  • the profile generator determines a plurality of reference peaks in the battery differential profile, and adjusts the reference negative electrode differential profile so that the capacities of the plurality of target peaks preset in the reference negative electrode differential profile are equal to the capacities of the corresponding reference peaks.
  • the profile generator may be configured to adjust the reference negative electrode differential profile by adjusting an offset corresponding to the minimum capacity of the reference negative electrode differential profile and a scale indicating the entire capacity section of the reference negative electrode differential profile.
  • the profile generating unit may be configured to adjust the reference cathode profile to correspond to the adjusted cathode differential profile by applying the offset and scale change information for the adjusted cathode differential profile to the reference cathode profile.
  • the controller may be configured to generate the battery prediction profile by calculating a difference between the voltage of the positive electrode prediction profile and the adjusted negative electrode profile voltage for the same capacity.
  • the controller may be configured to generate the battery prediction profile by calculating a difference between the voltage of the positive electrode prediction profile and the voltage of the reference negative electrode profile for the same capacity.
  • the conversion function may be configured to convert a voltage for each capacitance of the reference positive electrode profile into a voltage for each capacitance of the generated positive electrode profile for the same capacitance.
  • the controller derives a transformation prediction function based on the amount of voltage change per capacity between the plurality of transformation functions, and applies the derived transformation prediction function to the reference positive pole profile to obtain the positive polarity prediction profile can be configured to create
  • the controller may be configured to derive the transform prediction function with respect to a target view, and generate the bipolar prediction profile for the target view by applying the derived transform prediction function to the reference bipolar profile.
  • the profile generator may be configured to generate the battery profile and generate the positive electrode profile every preset period.
  • the control unit derives a transform function between each of the plurality of bipolar profiles generated by the profile generator until a current period and the reference bipolar profile, derives the transform prediction function based on the plurality of derived transform functions,
  • the battery prediction profile may be generated after generating the positive electrode prediction profile by using the derived transform prediction function and the reference positive electrode profile until a period arrives.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include the battery management apparatus according to an aspect of the present invention.
  • a battery management method comprises the steps of measuring a voltage and capacity of a battery cell; a battery profile generating step of generating a battery profile indicating a correspondence relationship between the voltage and the capacity measured in the measuring step; a positive electrode profile generation step of generating a positive electrode profile of the battery cell based on the battery profile generated in the battery profile generation step, and a reference negative electrode profile and a reference negative electrode differential profile preset for the battery cell; a conversion function deriving step of deriving a conversion function representing conversion information from the reference positive electrode profile preset for the battery cell to the generated positive electrode profile; a positive electrode prediction profile generating step of generating a positive electrode prediction profile for the battery cell from the reference positive electrode profile based on the transformation function derived in the converting function deriving step; and a battery prediction profile generation step of generating a battery prediction profile for the battery cell based on the positive electrode prediction profile generated in the positive electrode prediction profile generation step.
  • the battery management apparatus may estimate a battery profile by generating a positive electrode prediction profile based on the generated battery profile and generating a battery prediction profile based on the generated positive electrode prediction profile. Accordingly, the battery prediction profile may be generated even at a cycle time point when the battery profile is not directly generated based on the capacity and voltage of the battery cell. Accordingly, since a profile for analyzing the degradation of the battery cell can be secured at more various cycle time points, the accuracy of the degradation analysis of the battery cell can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery pack including a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a battery profile and a reference negative electrode profile according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a battery differential profile according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a reference cathode differential profile according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a negative electrode differential profile adjusted by the battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating an embodiment in which a positive electrode profile is generated by the battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating an embodiment in which a positive electrode prediction profile is generated by the battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a transform function and a transform prediction function derived by the battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating an embodiment in which a battery prediction profile is generated by the battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a battery management method according to another embodiment of the present invention.
  • a term such as a control unit described in the specification means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery pack 1 including the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery management apparatus 100 may include a measuring unit 110 , a profile generating unit 120 , and a control unit 130 .
  • the measurement unit 110 may be configured to measure the voltage and capacity of the battery cell B.
  • the unit of voltage may be [V]
  • the unit of capacity may be [mAh].
  • the battery cell (B) means one independent cell having a negative terminal and a positive terminal and physically separable.
  • one pouch-type lithium polymer cell may be regarded as the battery cell (B).
  • the measurement unit 110 may measure the voltage of the battery by measuring the voltages at both ends of the battery cell B, respectively. Also, while the battery cell B is being charged, the measurement unit 110 may measure the current applied to the battery cell B and the charging time. In addition, the measurement unit 110 may measure the capacity of the battery cell B based on the measured current and the charging time of the battery cell B.
  • the measurement unit 110 may be connected to the first sensing line SL1 , the second sensing line SL2 , and the third sensing line SL3 .
  • the measurement unit 110 may measure the voltage of the battery cell B through the first sensing line SL1 and the second sensing line SL2 .
  • the measuring unit 110 may be connected to the current measuring unit A through the third sensing line SL3 and measure the current of the battery cell B through the current measuring unit A.
  • the measurement unit 110 may include a timer capable of measuring the charging time while measuring the current of the battery cell (B).
  • the profile generating unit 120 may be configured to receive the voltage and capacity measured from the measuring unit 110 .
  • the profile generating unit 120 may be communicatively connected to the measuring unit 110 .
  • the profile generator 120 may receive the voltage and capacity of the battery cell B from the measurement unit 110 .
  • the profile generating unit 120 may be configured to generate a battery profile Pb indicating a correspondence between the voltage and the capacity measured by the measuring unit 110 .
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a battery profile (Pb) and a reference negative electrode profile (Pa) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a battery profile (Pb) and a reference negative electrode profile (Pa) in graph form.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an X-Y graph when the capacitance is set to X and the voltage is set to Y. As shown in FIG.
  • the battery profile Pb may be a profile configured to indicate a correspondence between the voltage and capacity of the battery cell B measured at the same time by the measurement unit 110 .
  • the profile generator 120 is configured to generate a positive electrode of the battery cell B based on the generated battery profile Pb and a preset reference negative electrode profile Pa and a reference negative electrode differential profile Pa_d for the battery cell B. can be configured to create a profile.
  • the reference negative electrode profile Pa may be a profile configured to indicate a correspondence relationship between the negative electrode voltage and capacity of the battery cell B in a beginning of life (BOL) state. That is, the reference cathode profile Pa is a profile representing the correspondence between the voltage and the capacity of the cathode half cell in the BOL state. Such a reference negative electrode profile (Pa) may be generated in advance through a charge/discharge experiment on the negative electrode half cell.
  • the reference negative electrode differential profile Pa_d may be a profile obtained by differentiating the reference negative electrode profile Pa with respect to capacity.
  • the reference cathode differential profile Pa_d may be a profile configured to indicate a correspondence between the capacitance of the BOL cathode cell and the differential voltage.
  • the differential voltage is a differential value of voltage with respect to capacity, and may be expressed as “dV/dQ”, and the unit may be [V/mAh]. That is, the differential voltage may be a value representing an instantaneous rate of change of voltage with respect to capacity.
  • the battery profile Pb may be expressed as a difference between the voltage of the positive profile and the voltage of the negative profile for the same capacity.
  • the positive profile may be expressed as the sum of the voltage of the battery profile Pb and the voltage of the negative profile for the same capacity.
  • the profile generator 120 may generate the positive profile from the generated battery profile Pb in consideration of the reference negative electrode profile Pa and the reference negative electrode differential profile Pa_d. Specific details of an embodiment in which the profile generator 120 generates the anode profile will be described later.
  • the controller 130 may be configured to receive the bipolar profile generated from the profile generator 120 .
  • the controller 130 and the profile generator 120 may be communicatively connected.
  • the controller 130 may receive the bipolar profile from the profile generator 120 .
  • the controller 130 may be configured to derive a conversion function representing conversion information from the reference positive electrode profile preset for the battery cell B to the generated positive electrode profile.
  • the reference positive electrode profile Pc corresponds to the reference negative electrode profile Pa, and may be a profile configured to indicate a correspondence between the positive electrode voltage and capacity of the battery cell B in the BOL state. That is, the reference anode profile Pc may be a profile configured to represent a correspondence relationship between the voltage and the capacity of the anode half-cell in the BOL state. Such a reference positive electrode profile (Pc) may be generated in advance through a charge/discharge experiment on the positive electrode half cell.
  • the conversion function may be configured to convert the voltage for each capacitance of the reference positive electrode profile Pc into the voltage for each capacitance of the generated positive electrode profile for the same capacitance. That is, when the derived conversion function is applied to the reference anode profile Pc, the anode profile generated by the profile generator 120 may be generated.
  • control unit 130 compares the reference positive electrode profile Pc and the positive electrode profile generated by the profile generator 120 with voltages for the same capacity, and converts the reference positive electrode profile Pc into the generated positive electrode profile.
  • the profile generator 120 generates the battery profile Pb and the positive electrode profile at 100 cycle time points and 200 cycle time points, respectively.
  • the controller 130 may derive the first conversion function f1 corresponding to the 100 cycle time point by comparing the generated positive electrode profile with the reference positive electrode profile Pc at the 100 cycle time point. Also, the controller 130 may compare the anode profile generated at the 200 cycle time point with the reference anode profile Pc to derive the second conversion function f2 corresponding to the 200 cycle time point.
  • the controller 130 may be configured to generate a positive electrode prediction profile Pc_e for the battery cell B from the reference positive electrode profile Pc based on the derived conversion function.
  • the controller 130 may derive a transform prediction function fe by using the derived transform function.
  • the transform prediction function fe may be a transform function estimated by the controller 130 . That is, the transformation prediction function fe may be a function for generating the positive electrode prediction profile Pc_e for the battery cell B at a point in time when the positive electrode profile is not generated by the profile generator 120 .
  • the positive electrode prediction profile Pc_e is an estimated positive electrode profile for the battery cell B, and is not generated by the profile generator 120 , but is based on the conversion prediction function fe derived by the control unit 130 . It may be a predicted profile estimated by applying to the bipolar profile Pc.
  • the controller 130 may compare the plurality of transform functions to derive a correlation between the plurality of transform functions.
  • the controller 130 may derive a transform prediction function fe according to the derived correlation. Thereafter, the controller 130 may generate the bipolar prediction profile Pc_e by applying the derived transform prediction function fe to the reference bipolar profile Pc.
  • the controller 130 derives the first transformation function f1 at the time of 100 cycles and derives the second transformation function f2 at the time of 200 cycles.
  • the controller 130 may determine change information of the transform function according to the cycle by comparing the first transform function f1 with the second transform function f2. And, based on the determined change information, the controller 130 may derive a transformation prediction function fe for cycle time points excluding 100 cycle time points and 200 cycle time points. Preferably, the controller 130 may derive a transform prediction function fe for a time point after the 200 cycle time point.
  • the controller 130 may be configured to generate a battery prediction profile Pb_e for the battery cell B based on the generated positive electrode prediction profile Pc_e.
  • the controller 130 derives the transformation prediction function fe at the time of 250 cycles.
  • the controller 130 may generate the bipolar prediction profile Pc_e at 250 cycles by applying the derived transform prediction function fe to the reference bipolar profile Pc.
  • the controller 130 may generate the battery prediction profile Pb_e at the 250 cycle time point based on the positive electrode prediction profile Pc_e at the 250 cycle time point.
  • the battery management apparatus 100 When the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention intends to acquire the battery profile Pb, it may measure the capacity and voltage of the battery cell B to generate the battery profile Pb. However, when the battery profile Pb is generated by measuring the capacity and voltage of the battery cell B every cycle, charging and discharging of the battery cell B are controlled to obtain an accurate battery profile Pb. There is a problem in that the use of the battery cell (B) is too limited because there is no choice but to be. For example, in order to obtain an accurate battery profile (Pb), since a low charge/discharge rate of 0.05 C-rate to 0.3 C-rate is required, excessive restrictions on the use of the battery cell (B) may occur.
  • the battery management apparatus 100 generates a positive electrode prediction profile Pc_e based on the generated battery profile Pb, and predicts a battery based on the generated positive electrode prediction profile Pc_e.
  • the battery profile Pb may be estimated.
  • the battery prediction profile Pb_e may be generated even at a cycle time point when the battery profile Pb is not directly generated based on the capacity and voltage of the battery cell B. Accordingly, since the profile for analyzing the deterioration of the battery cell B can be secured at more various cycle time points, the accuracy of the deterioration analysis of the battery cell B can be improved.
  • the battery management apparatus 100 derives a transformation prediction function fe based on a correlation between the derived transformation functions, thereby generating a positive electrode prediction profile Pc_e for a future time point and a battery A prediction profile Pb_e may be generated. That is, since the battery management device 100 may generate a positive electrode prediction profile (Pc_e) and a battery prediction profile (Pb_e) for a future time point, various profiles capable of analyzing the predicted degradation of the battery cell (B) are obtained. There are advantages to be gained.
  • control unit 130 provided in the battery management apparatus 100 is a processor, ASIC (application-specific integrated circuit) known in the art to execute various control logic performed in the present invention. , other chipsets, logic circuits, registers, communication modems, data processing devices, and the like.
  • control logic when the control logic is implemented in software, the controller 130 may be implemented as a set of program modules.
  • the program module may be stored in the memory and executed by the controller 130 .
  • the memory may be inside or outside the control unit 130 , and may be connected to the control unit 130 by various well-known means.
  • the battery management apparatus 100 may further include a storage unit 140 .
  • the storage unit 140 may store data necessary for each component of the battery management apparatus 100 to perform an operation and function, a program or data generated while an operation and a function are performed.
  • the profile generator 120 generates a battery profile Pb and a positive electrode profile
  • the controller 130 generates a positive electrode prediction profile Pc_e and a battery prediction profile Pb_e. and data, and the like.
  • the type of the storage unit 140 is a known information storage means capable of writing, erasing, updating, and reading data.
  • the information storage means may include RAM, flash memory, ROM, EEPROM, registers, and the like.
  • the storage unit 140 may store program codes in which processes executable by the measurement unit 110 , the profile generation unit 120 , and the control unit 130 are defined.
  • the profile generating unit 120 generates a bipolar profile.
  • the profile generator 120 may be configured to convert the battery profile Pb into a battery differential profile Pb_d indicating a correspondence between the capacity and a differential voltage with respect to the capacity.
  • the profile generator 120 generates a battery profile Pb indicating a correspondence relationship between the capacity and voltage of the battery cell B, and a battery differential profile Pb_d indicating a correspondence relationship between the capacity and a differential voltage of the battery cell B. ) can be converted to
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a battery differential profile (Pb_d) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a battery differential profile (Pb_d) in a graph form.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an X-Y graph when the capacity of the battery cell B is set to X and the differential voltage is set to Y. As shown in FIG.
  • the profile generator 120 may be configured to adjust the reference negative electrode differential profile Pa_d to correspond to the battery differential profile Pb_d.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a reference cathode differential profile Pa_d according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing the reference cathode differential profile Pa_d.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an X-Y graph when the capacity of the negative half cell is set to X and the differential voltage is set to Y. As shown in FIG.
  • the profile generator 120 may be configured to determine a plurality of reference peaks in the battery differential profile Pb_d.
  • the reference peak may be a peak in which the instantaneous rate of change of the differential voltage with respect to the capacitance is 0 and the differential voltage is the largest in the corresponding capacitance section.
  • the profile generating unit 120 determines that the instantaneous rate of change of the differential voltage with respect to the capacitance in the first capacity section is 0, and the peak having the largest differential voltage is the first reference peak RP1 . there is.
  • the profile generator 120 may determine a peak having the largest differential voltage as the second reference peak RP2 while the instantaneous rate of change of the differential voltage with respect to the capacitance is 0 in the second capacitance section.
  • first capacity interval and the second capacity interval may be preset so as not to overlap each other.
  • information on the first capacity period and the second capacity period may be previously stored in the profile generator 120 and/or the storage unit 140 .
  • the first capacity section and the second capacity section may be capacity sections set in consideration of the electrochemical characteristics of the battery cell (B).
  • a predetermined capacity interval in which the first reference peak RP1 may appear is preset as the first capacity interval
  • a predetermined capacity interval in which the second reference peak RP2 may appear is preset.
  • the second capacity interval may be preset.
  • the first capacity section may be set to a capacity range of 0% to 30% in the total capacity section (min to max1 section) of the negative half cell of the BOL battery cell B.
  • the first dose interval may be preset to a “min” to “min+ ⁇ (max1-min) ⁇ 0.3 ⁇ ” interval.
  • the second capacity section may be set to a capacity section of 40% to 60% in the total capacity section (min to max1 section) of the negative half cell of the BOL battery cell (B).
  • the second dose interval may be preset to a range of “min+ ⁇ (max1-min) ⁇ 0.4 ⁇ ” to “min+ ⁇ (max1-min) ⁇ 0.6 ⁇ ”.
  • the profile generator 120 may be configured to adjust the reference cathode differential profile Pa_d so that the capacities of a plurality of target peaks preset in the reference cathode differential profile Pa_d are equal to the capacities of the corresponding reference peaks. .
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a negative electrode differential profile Pa_d2 adjusted by the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the profile generator 120 adjusts an offset corresponding to the minimum capacity of the reference negative electrode differential profile Pa_d and a scale indicating the entire capacity section of the reference negative electrode differential profile Pa_d, so that the reference negative electrode differential profile may be configured to adjust (Pa_d).
  • the offset may correspond to a minimum capacity among the entire capacity section of the reference negative electrode differential profile Pa_d, and the scale may correspond to the total capacity section of the reference negative electrode differential profile Pa_d.
  • the profile generator 120 sets the offset and/or scale of the reference cathode differential profile Pa_d so that the capacities of the plurality of target peaks included in the reference cathode differential profile Pa_d are equal to the capacities of the corresponding reference peaks. Can be adjusted.
  • the capacity of the first reference peak RP1 included in the battery differential profile Pb_d may be a1 [mAh]
  • the capacity of the second reference peak RP2 may be a2 [mAh].
  • the capacity of the first target peak TP1 included in the reference negative electrode differential profile Pa_d may be b1 [mAh]
  • the capacity of the second target peak TP2 may be b2 [mAh].
  • the profile generator 120 sets the capacity of the first target peak TP1 to a1 [mAh] and the capacity of the second target peak TP2 to a2 [mAh].
  • the offset and/or scale of the cathode differential profile Pa_d can be adjusted.
  • the negative electrode profile of the degraded battery cell B may have different sizes of the minimum capacity and/or the total capacity section in the negative profile of the battery cell B in the BOL state, even if the battery cell B is degraded, the negative electrode The shape of the profile can be maintained. That is, even if the battery cell B is degraded, only the scale of some capacity sections of the entire capacity section of the negative electrode profile is not changed, and since the scale of the entire capacity section of the negative electrode profile is changed as a whole, the battery cell B is degraded However, the shape of the cathode profile can be maintained. Accordingly, the profile generator 120 may obtain the adjusted negative electrode differential profile Pa_d2 corresponding to the battery differential profile Pb_d by adjusting the offset and/or scale of the reference negative negative differential profile Pa_d.
  • the profile generator 120 may be configured to adjust the reference cathode profile Pa to correspond to the adjusted cathode differential profile Pa_d2 .
  • the profile generator 120 applies the offset and the scale change information for the adjusted negative electrode differential profile Pa_d2 to the reference negative electrode profile Pa to obtain the adjusted negative electrode differential profile Pa_d2. It may be configured to adjust the reference cathode profile Pa to correspond to .
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating an embodiment in which a positive electrode profile Pc2 is generated by the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the profile generator 120 may generate an adjusted negative electrode profile Pa2 by applying the offset and scale of the adjusted negative electrode differential profile Pa_d2 to the reference negative electrode profile Pa. there is.
  • the profile generator 120 may be configured to generate the positive electrode profile Pc2 based on the adjusted negative electrode profile Pa2 and the battery profile Pb.
  • the profile generator 120 may generate the positive profile Pc2 by adding the voltage per capacity of the battery profile Pb and the voltage per capacity of the adjusted negative profile Pa2 for the same capacity.
  • the voltage corresponding to the S1 [mAh] capacity in the adjusted negative electrode profile Pa2 is Va [V]
  • the S1 [ mAh] The voltage corresponding to the capacity may be Vb[V].
  • the profile generator 120 may calculate “Va+Vb” to calculate Vc[V].
  • the profile generator 120 may generate the anode profile Pc2 in which the voltage corresponding to the S1 [mAh] capacity is Vc[V].
  • the first target peak TP1 and the second target peak TP2 included in the reference negative electrode differential profile Pa_d are a staging phenomenon in which lithium ions are desorbed during a discharging process. may be related to
  • a staging process in which lithium ions contained between the graphite layers are desorbed is performed.
  • the staging process in the discharging process proceeds from a high stage to a low stage according to the desorption reaction of lithium ions.
  • the staging process is performed in the order of stage IV, stage III, stage II, and stage I.
  • the capacitance b1 of the first target peak TP1 included in the reference cathode differential profile Pa_d may correspond to the cathode capacitance when the stage III state progresses.
  • the capacitance b1 of the first target peak TP1 may correspond to the cathode capacitance when the state of the stage II and the stage III are converted to the state of the stage III in the stage where the states coexist.
  • the capacitance b2 of the second target peak TP2 included in the reference cathode differential profile Pa_d may correspond to the cathode capacitance when the state of stage II progresses.
  • the capacitance b2 of the second target peak TP2 may correspond to the cathode capacitance when the state of the stage I and the stage II coexist when the state is converted to the state of the stage II.
  • the capacities corresponding to the first target peak TP1 and the second target peak TP2 may not be significantly changed even if the battery cell B is degraded.
  • the capacity of each of the first reference peak RP1 and the second reference peak RP2 is the capacity of the first target peak TP1 and the second target peak TP2 and may be the same or similar.
  • the first capacity interval is a capacity interval in which the first reference peak RP1 is expected to appear, and may be set to a predetermined interval in which the capacity of the first target peak TP1 is considered.
  • the second capacity interval is a capacity interval in which the second reference peak RP2 is expected to appear, and may be set to a predetermined interval in which the capacity of the second target peak TP2 is considered.
  • the first capacity interval is set to a capacity interval of 0% to 30% in the total capacity interval (min to max1 interval) of the negative half cell of the BOL battery cell B.
  • the second capacity section may be set to a capacity section of 40% to 60% in the total capacity section (min to max1 section) of the negative half cell of the BOL battery cell (B).
  • controller 130 generates the battery prediction profile Pb_e.
  • the controller 130 may be configured to derive the transformation prediction function fe based on the amount of voltage change per capacitance between the plurality of transformation functions f1 and f2.
  • At least two transform functions may be required.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating an embodiment in which a positive electrode prediction profile Pc_e is generated by the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 9 is a diagram schematically illustrating transform functions f1 and f2 and a transform prediction function fe derived by the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows a reference anode profile Pc, two anode profiles generated by the profile generator 120 (hereinafter referred to as a second anode profile Pc2 and a third anode profile Pc3); and a bipolar prediction profile Pc_e generated by the controller 130 .
  • the second anode profile Pc2 may be an anode profile generated by the profile generator 120 in the embodiment of FIG. 7 .
  • FIG. 9 shows a first conversion function f1 between the reference anode profile Pc and the second anode profile Pc2 and a second conversion function f2 between the reference anode profile Pc and the third anode profile Pc3.
  • the transformation prediction function fe may be derived based on the amount of change in voltage per capacitance between the first transformation function f1 and the second transformation function f2.
  • the positive electrode profile generated by the profile generator 120 at 100 cycles is the second positive electrode profile Pc2 and the positive electrode profile generated at 200 cycles is the third positive electrode profile Pc3 .
  • the controller 130 compares the reference anode profile Pc with the second anode profile Pc2 to obtain a first conversion function f1 capable of converting the reference anode profile Pc into the second anode profile Pc2.
  • controller 130 compares the reference anode profile Pc with the third anode profile Pc3 to convert the reference anode profile Pc into the third anode profile Pc3, a second conversion function f2 ) can be derived.
  • the first conversion function f1 is a conversion function corresponding to a time point of 100 cycles
  • the second conversion function f2 is a conversion function corresponding to a time point of 200 cycles.
  • control unit 130 considers the cycle time points corresponding to each of the first and second conversion functions f1 and f2, per capacity between the first conversion function f1 and the second conversion function f2.
  • a conversion prediction function fe may be derived based on the voltage change rate.
  • the transform prediction function fe derived by the controller 130 may be a transform function corresponding to the 300 cycle time point.
  • the voltage corresponding to S2[mAh] in the first conversion function f1 is Vd[V]
  • S2[mAh] The voltage corresponding to ] is Ve[V].
  • the controller 130 considers that the difference between the cycle time point corresponding to the first conversion function f1 and the cycle time point corresponding to the second conversion function f2 is 100 cycle time points, and the voltage corresponding to S2[mAh] A transform prediction function fe that is this Vf[V] can be derived. In this way, the control unit 130 may derive the conversion prediction function fe by comparing the voltage per capacity of the first conversion function f1 and the voltage per capacity of the second conversion function f2 in the entire capacity section. there is.
  • the controller 130 may be configured to generate the bipolar prediction profile Pc_e by applying the derived transform prediction function fe to the reference bipolar profile Pc.
  • the controller 130 derives the transform prediction function fe with respect to the target view, and applies the derived transform prediction function fe to the reference bipolar profile Pc to determine the anode for the target view. It may be configured to generate a prediction profile (Pc_e).
  • the controller 130 converts the conversion corresponding to the 300 cycle time point based on the first conversion function f1 corresponding to the 100 cycle time point and the second conversion function f2 corresponding to the 200 cycle time point.
  • a prediction function (fe) can be derived.
  • the controller 130 may generate the bipolar prediction profile Pc_e corresponding to the 300 cycle time point by applying the transform prediction function fe to the reference bipolar profile Pc.
  • the controller 130 may be configured to generate the battery prediction profile Pb_e by calculating a difference between the voltage of the positive electrode prediction profile Pc_e and the adjusted negative electrode profile voltage for the same capacity.
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating an embodiment in which a battery prediction profile Pb_e is generated by the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the adjusted negative electrode profile Pa3 of FIG. 10 may be a negative electrode profile corresponding to the third positive electrode profile Pc3 . That is, the adjusted negative electrode profile Pa3 of FIG. 10 is a negative electrode profile generated by adjusting the offset and/or scale of the reference negative electrode profile Pa in order for the profile generator 120 to generate the third positive electrode profile Pc3. can be
  • the voltage corresponding to the S3 [mAh] capacity in the adjusted negative electrode profile Pa3 is Vg [V]
  • the voltage corresponding to the S3 [mAh] capacity is Vg [V] in the positive electrode prediction profile Pc_e
  • the voltage corresponding to the [mAh] capacity may be Vi[V].
  • the controller 130 may calculate “Vi-Vg” to calculate Vh[V].
  • the controller 130 may generate the battery prediction profile Pb_e in which the voltage corresponding to the S3 [mAh] capacity is Vh [V].
  • the negative electrode profile may be changed while maintaining the overall shape even if the battery cell B deteriorates, and the degree of change may not be large. Accordingly, the controller 130 generates the battery prediction profile Pb_e corresponding to the 300 cycle time point based on the positive electrode prediction profile Pc_e corresponding to the 300 cycle time point and the adjusted negative electrode profile Pa3 corresponding to the 200 cycle time point. can do.
  • the profile generator 120 generates the battery profile and the positive electrode profile at 100 cycle time points and 200 cycle time points.
  • the period in which the profile generator 120 generates the battery profile and the positive electrode profile may be adjusted.
  • the profile generator 120 may generate a battery profile and a positive electrode profile every 10 cycle time points.
  • the controller 130 may be configured to generate the battery prediction profile Pb_e by calculating a difference between the voltage of the positive electrode prediction profile Pc_e and the voltage of the reference negative electrode profile Pa for the same capacity. there is.
  • the controller 130 may generate the battery prediction profile Pb_e based on the positive electrode prediction profile Pc_e and the reference negative electrode profile Pa. That is, as described above, even if the battery cell B deteriorates, the shape of the reference negative electrode profile Pa does not change significantly, so the controller 130 controls the battery cell B based on the reference negative electrode profile Pa. It is also possible to generate a battery prediction profile Pb_e that further considers degradation associated with the positive electrode.
  • the profile generator 120 may be configured to generate the battery profile Pb and generate the positive electrode profile every preset period.
  • the profile generator 120 may generate the battery profile Pb and the positive electrode profile every 100 cycle time points.
  • the second positive electrode profile Pc2 may be a positive electrode profile generated at 100 cycles
  • the third positive electrode profile Pc3 may be a positive electrode profile generated at 200 cycles.
  • the controller 130 derives a conversion function between each of the plurality of bipolar profiles Pc2 and Pc3 generated by the profile generator 120 and the reference bipolar profile Pc until the current period, and It may be configured to derive the transform prediction function fe based on the transform functions f1 and f2.
  • the controller 130 may derive a conversion function for a corresponding cycle time point. For example, in the embodiment of FIG. 9 , the controller 130 may derive the first conversion function f1 corresponding to the second bipolar profile Pc2 generated at 100 cycle time points. Also, the controller 130 may derive the second transformation function f2 corresponding to the third anode profile Pc3 generated at the 200 cycle time point.
  • the controller 130 generates the positive electrode prediction profile Pc_e using the derived transform prediction function fe and the reference positive electrode profile Pc until the next cycle arrives, and then the battery prediction profile Pb_e ) can be configured to generate
  • the controller 130 may generate a plurality of battery prediction profiles Pb_e by deriving a transformation prediction function fe from a 201 cycle time point to a 299 cycle time point.
  • the control unit 130 controls the battery prediction profile (Pb_e) not only at the cycle time point at which the battery profile Pb and the positive electrode profile Pc2, Pc3 are generated by the profile generator 120 but also at the time point before the next cycle arrives.
  • the battery management apparatus 100 since the battery profile Pb or the battery prediction profile Pb_e at various cycle time points can be obtained, the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is more specifically the degradation of the battery cell B. It has the advantage of providing a profile that can be analyzed.
  • a battery profile (Pb), positive profile (Pc2, Pc3), and adjusted negative electrode profile (Pa2, Pa3) corresponding to each other are provided, or battery prediction profile (Pb_e) corresponding to each other ), an anode prediction profile (Pc_e), and an adjusted cathode profile (Pa2, Pa3) may be provided.
  • the battery management apparatus 100 may be applied to a Battery Management System (BMS). That is, the BMS according to the present invention may include the above-described battery management apparatus 100 . In this configuration, at least some of each component of the battery management apparatus 100 may be implemented by supplementing or adding functions of the configuration included in the conventional BMS. For example, the measurement unit 110 , the profile generation unit 120 , the control unit 130 , and the storage unit 140 of the battery management apparatus 100 may be implemented as components of the BMS.
  • BMS Battery Management System
  • the battery management apparatus 100 may be provided in the battery pack 1 . That is, the battery pack 1 according to the present invention may include the battery management apparatus 100 and one or more battery cells B described above. In addition, the battery pack 1 may further include electrical equipment (relays, fuses, etc.) and a case.
  • the battery pack 1 may include a battery cell B and the battery management device 100 .
  • the charging/discharging unit 2 is connected to the positive terminal P+ and the negative terminal P- of the battery pack 1 to charge or discharge the battery cell B.
  • the battery cell B, the battery management apparatus 100 , and the charging/discharging unit 2 may all be included in the battery pack 1 .
  • FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a battery management method according to another embodiment of the present invention.
  • Each step of the battery management method according to another embodiment of the present invention may be performed by the battery management apparatus 100 .
  • the content overlapping with the previously described content will be omitted or briefly described.
  • the battery management method includes a measuring step (S100), a battery profile generation step (S200), a positive electrode profile generation step (S300), a conversion function derivation step (S400), a positive electrode side profile generation step (S500), and It may include a battery prediction profile generation step (S600).
  • the measuring step S100 is a step of measuring the voltage and capacity of the battery cell B, and may be performed by the measuring unit 110 .
  • the measurement unit 110 may measure the voltage of the battery cell B using the first sensing line SL1 and the second sensing line SL2 . Also, the measurement unit 110 may measure the current of the battery cell B using the third sensing line SL3 and measure the capacity of the battery cell B based on the measurement time and the measured current. .
  • the battery profile generating step ( S200 ) is a step of generating a battery profile (Pb) indicating a correspondence between the voltage and the capacity measured in the measuring step ( S100 ), and may be performed by the profile generating unit 120 . .
  • the profile generating unit 120 receives the voltage and capacity of the battery cell B from the measuring unit 110 , and a battery profile Pb indicating a correspondence relationship between the corresponding voltage and capacity. can create
  • the positive electrode profile generation step S300 includes the battery profile Pb generated in the battery profile generation step S200 and the preset reference negative electrode profile Pa and the reference negative electrode differential profile Pa_d for the battery cell B. Based on the step of generating the positive profile of the battery cell (B), it may be performed by the profile generating unit (120).
  • the profile generator 120 may convert the battery profile Pb into the battery differential profile Pb_d. In addition, the profile generator 120 may adjust the reference negative electrode differential profile Pa_d to correspond to the battery differential profile Pb_d. In addition, the profile generator 120 may adjust the reference cathode profile Pa to correspond to the adjusted cathode differential profile Pa_d2 . Finally, the profile generator 120 may generate a positive electrode profile based on the adjusted negative electrode profile Pa2 and the battery profile Pb.
  • the profile generator 120 may generate the positive profile by adding the voltage per capacity of the generated battery profile Pb and the voltage per capacity of the adjusted negative profile Pa2 . .
  • the conversion function deriving step (S400) is a step of deriving a conversion function representing conversion information from the preset reference positive electrode profile Pc to the generated positive electrode profile for the battery cell B, and is performed by the controller 130 can be performed.
  • the anode profile generated by the profile generator 120 may be derived.
  • the reference bipolar profile Pc can be derived.
  • the positive electrode prediction profile generation step (S500) is based on the conversion function derived in the conversion function derivation step (S400) to generate a positive electrode prediction profile (Pc_e) for the battery cell (B) from the reference positive electrode profile (Pc) As a step, it may be performed by the controller 130 .
  • the controller 130 may include a plurality of transform functions, and may derive a transform prediction function fe based on a change in voltage per capacity of the plurality of transform functions.
  • the controller 130 may generate the bipolar prediction profile Pc_e by applying the derived transform prediction function fe to the reference bipolar profile Pc.
  • the battery prediction profile generation step (S600) is a step of generating a battery prediction profile (Pb_e) for the battery cell (B) based on the positive electrode prediction profile (Pc_e) generated in the positive electrode prediction profile generation step (S500), This may be performed by the controller 130 .
  • the controller 130 may generate the battery prediction profile Pb_e based on the positive electrode prediction profile Pc_e and the adjusted negative electrode profile Pa2 .
  • the controller 130 may generate the battery prediction profile Pb_e based on the positive electrode prediction profile Pc_e and the reference negative electrode profile Pa.
  • the battery prediction profile Pb_e may be generated based on the positive electrode prediction profile Pc_e and the adjusted negative electrode profile Pa2.
  • the embodiment of the present invention described above is not implemented only through the apparatus and method, and may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded.
  • the implementation can be easily implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiments.
  • control unit 130 control unit

Landscapes

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리 셀의 전압 및 용량을 측정하도록 구성된 측정부; 상기 측정부에 의해 측정된 상기 전압 및 상기 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 생성하고, 생성된 배터리 프로파일과 상기 배터리 셀에 대해 미리 설정된 기준 음극 프로파일 및 기준 음극 미분 프로파일에 기반하여 상기 배터리 셀의 양극 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및 상기 프로파일 생성부로부터 생성된 양극 프로파일을 수신하고, 상기 배터리 셀에 대해 미리 설정된 기준 양극 프로파일로부터 상기 생성된 양극 프로파일로의 변환 정보를 나타내는 변환 함수를 도출하며, 도출된 변환 함수에 기반하여 상기 기준 양극 프로파일로부터 상기 배터리 셀에 대한 양극 예측 프로파일을 생성하고, 생성된 양극 예측 프로파일에 기반하여 상기 배터리 셀에 대한 배터리 예측 프로파일을 생성하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치 및 방법
본 출원은 2020년 09월 04일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2020-0113290에 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, 비파괴적으로 배터리 셀에 대한 양극 프로파일 및 배터리 프로파일을 생성할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 배터리 셀은 사용될수록 퇴화되기 때문에, 퇴화된 배터리 셀에 대한 충전 상태(SOC, State of charge) 및/또는 건강 상태(SOH, State of health) 등을 정확하게 생성하기 위해서는, 배터리 셀의 퇴화 정도를 분석하기 위한 다양한 프로파일이 필요하다. 예컨대, 배터리 셀에 대한 배터리 프로파일, 양극 프로파일, 및 음극 프로파일이 제공되는 경우, 배터리 셀의 퇴화 정도가 가장 정확하게 분석될 수 있다.
종래에는 배터리 셀의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 획득하기 위하여, 배터리 셀에서 양극 및 음극을 분해하고, 양극 전극과 음극 전극을 세척한 후 양극 반쪽 셀과 음극 반쪽 셀을 재조립하며, 3 전극 시스템(3 electrode system) 등의 실험 방법을 통해 재조립된 양극 반쪽 셀과 음극 반쪽 셀로부터 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 각각 획득하였다. 이러한 과정을 통해 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 획득하기 위하여 상당한 시간이 소요되었고, 특히, 배터리 셀을 분해할 때 배터리 셀이 폭발할 수 있는 위험에 노출되는 문제가 있었다.
따라서, 신속하고, 비파괴적인 방식으로 배터리 셀의 음극 프로파일 및/또는 양극 프로파일을 획득하기 위한 기술 개발이 요구된다. 나아가, 배터리 셀의 퇴화 정도를 분석하기 위하여, 비파괴적인 방식으로 미래 시점의 배터리 프로파일을 획득하기 위한 기술 개발도 요구된다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 미리 설정된 음극 프로파일을 적절하게 조정하여 양극 프로파일을 획득하고, 획득된 양극 프로파일에 기반하여 배터리 프로파일을 획득할 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 배터리 셀의 전압 및 용량을 측정하도록 구성된 측정부; 상기 측정부에 의해 측정된 상기 전압 및 상기 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 생성하고, 생성된 배터리 프로파일과 상기 배터리 셀에 대해 미리 설정된 기준 음극 프로파일 및 기준 음극 미분 프로파일에 기반하여 상기 배터리 셀의 양극 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및 상기 프로파일 생성부로부터 생성된 양극 프로파일을 수신하고, 상기 배터리 셀에 대해 미리 설정된 기준 양극 프로파일로부터 상기 생성된 양극 프로파일로의 변환 정보를 나타내는 변환 함수를 도출하며, 도출된 변환 함수에 기반하여 상기 기준 양극 프로파일로부터 상기 배터리 셀에 대한 양극 예측 프로파일을 생성하고, 생성된 양극 예측 프로파일에 기반하여 상기 배터리 셀에 대한 배터리 예측 프로파일을 생성하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 프로파일 생성부는, 상기 배터리 프로파일을 상기 용량과 상기 용량에 대한 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 미분 프로파일로 변환하고, 상기 배터리 미분 프로파일에 대응되도록 상기 기준 음극 미분 프로파일을 조정하며, 조정된 음극 미분 프로파일에 대응되도록 상기 기준 음극 프로파일을 조정하고, 조정된 음극 프로파일과 상기 배터리 프로파일에 기반하여 상기 양극 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 프로파일 생성부는, 상기 배터리 미분 프로파일에서 복수의 기준 피크를 결정하고, 상기 기준 음극 미분 프로파일에 미리 설정된 복수의 타겟 피크의 용량이 대응되는 기준 피크의 용량과 동일해지도록 상기 기준 음극 미분 프로파일을 조정하도록 구성될 수 있다.
상기 프로파일 생성부는, 상기 기준 음극 미분 프로파일의 최소 용량에 대응되는 오프셋과 상기 기준 음극 미분 프로파일의 전체 용량 구간을 나타내는 스케일을 조정함으로써, 상기 기준 음극 미분 프로파일을 조정하도록 구성될 수 있다.
상기 프로파일 생성부는, 상기 조정된 음극 미분 프로파일에 대한 상기 오프셋 및 상기 스케일의 변경 정보를 상기 기준 음극 프로파일에 적용하여, 상기 조정된 음극 미분 프로파일에 대응되도록 상기 기준 음극 프로파일을 조정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 동일한 용량마다 상기 양극 예측 프로파일의 전압과 상기 조정된 음극 프로파일의 전압 간의 차이를 산출하여 상기 배터리 예측 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 동일한 용량마다 상기 양극 예측 프로파일의 전압과 상기 기준 음극 프로파일의 전압 간의 차이를 산출하여상기 배터리 예측 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 변환 함수는, 동일한 용량에 대하여, 상기 기준 양극 프로파일의 용량별 전압을 상기 생성된 양극 프로파일의 용량별 전압으로 변환할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 변환 함수가 복수 구비된 경우, 복수의 변환 함수 간의 용량당 전압 변화량에 기반하여 변환 예측 함수를 도출하고, 도출된 변환 예측 함수를 상기 기준 양극 프로파일에 적용하여 상기 양극 예측 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 타겟 시점에 대하여 상기 변환 예측 함수를 도출하고, 상기 도출된 변환 예측 함수를 상기 기준 양극 프로파일에 적용하여 상기 타겟 시점에 대한 상기 양극 예측 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 프로파일 생성부는, 미리 설정된 주기마다, 상기 배터리 프로파일을 생성하고 상기 양극 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 현재 주기까지 상기 프로파일 생성부에 의해 생성된 복수의 양극 프로파일 각각과 상기 기준 양극 프로파일 간의 변환 함수를 도출하고, 도출된 복수의 변환 함수에 기반하여 상기 변환 예측 함수를 도출하며, 다음 주기가 도래하기 전까지 상기 도출된 변환 예측 함수와 상기 기준 양극 프로파일을 이용하여 상기 양극 예측 프로파일을 생성한 후 상기 배터리 예측 프로파일을 생성하도록 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 배터리 관리 방법은 배터리 셀의 전압 및 용량을 측정하는 측정 단계; 상기 측정 단계에서 측정된 상기 전압 및 상기 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 생성하는 배터리 프로파일 생성 단계; 상기 배터리 프로파일 생성 단계에서 생성된 배터리 프로파일과 상기 배터리 셀에 대해 미리 설정된 기준 음극 프로파일 및 기준 음극 미분 프로파일에 기반하여 상기 배터리 셀의 양극 프로파일을 생성하는 양극 프로파일 생성 단계; 상기 배터리 셀에 대해 미리 설정된 기준 양극 프로파일로부터 상기 생성된 양극 프로파일로의 변환 정보를 나타내는 변환 함수를 도출하는 변환 함수 도출 단계; 상기 변환 함수 도출 단계에서 도출된 변환 함수에 기반하여 상기 기준 양극 프로파일로부터 상기 배터리 셀에 대한 양극 예측 프로파일을 생성하는 양극 예측 프로파일 생성 단계; 및 상기 양극 예측 프로파일 생성 단계에서 생성된 양극 예측 프로파일에 기반하여 상기 배터리 셀에 대한 배터리 예측 프로파일을 생성하는 배터리 예측 프로파일 생성 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는 생성된 배터리 프로파일에 기반하여 양극 예측 프로파일을 생성하고, 생성된 양극 예측 프로파일에 기반하여 배터리 예측 프로파일을 생성함으로써 배터리 프로파일을 추정할 수 있다. 이로 인하여, 배터리 셀의 용량 및 전압에 기반하여 배터리 프로파일이 직접 생성되지 않은 사이클 시점에서도, 배터리 예측 프로파일이 생성될 수 있다. 따라서, 배터리 셀의 퇴화를 분석하기 위한 프로파일이 보다 다양한 사이클 시점에서 확보될 수 있으므로, 배터리 셀에 대한 퇴화 분석의 정확도가 향상될 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 관리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 프로파일 및 기준 음극 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 음극 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에 의해 조정된 음극 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에 의해 양극 프로파일이 생성되는 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에 의해 양극 예측 프로파일이 생성되는 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에 의해 도출된 변환 함수 및 변환 예측 함수를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에 의해 배터리 예측 프로파일이 생성되는 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 제어부와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 측정부(110), 프로파일 생성부(120), 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
측정부(110)는 배터리 셀(B)의 전압 및 용량을 측정하도록 구성될 수 있다. 여기서, 전압의 단위는 [V]이고, 용량의 단위는 [mAh]일 수 있다.
여기서, 배터리 셀(B)은, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 배터리 셀(B)로 간주될 수 있다.
구체적으로, 측정부(110)는 배터리 셀(B)의 양단 전압을 각각 측정하여, 배터리의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 측정부(110)는 배터리 셀(B)이 충전되는 동안, 배터리 셀(B)에 인가되는 전류와 충전 시간을 측정할 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 측정한 배터리 셀(B)의 전류와 충전 시간에 기반하여 배터리 셀(B)의 용량을 측정할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1), 제2 센싱 라인(SL2), 및 제3 센싱 라인(SL3)과 연결될 수 있다. 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1) 및 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 배터리 셀(B)의 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 전류 측정 유닛(A)과 연결되고, 전류 측정 유닛(A)을 통해 배터리 셀(B)의 전류를 측정할 수 있다. 바람직하게, 측정부(110)는 배터리 셀(B)의 전류를 측정하는 동안의 충전 시간을 측정할 수 있는 타이머를 구비할 수 있다.
프로파일 생성부(120)는 측정부(110)로부터 측정된 전압 및 용량을 수신하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 프로파일 생성부(120)는 측정부(110)와 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 그리고, 프로파일 생성부(120)는 측정부(110)로부터 배터리 셀(B)에 대한 전압 및 용량을 수신할 수 있다.
프로파일 생성부(120)는 상기 측정부(110)에 의해 측정된 상기 전압 및 상기 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일(Pb)을 생성하도록 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 프로파일(Pb) 및 기준 음극 프로파일(Pa)을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 3은 배터리 프로파일(Pb) 및 기준 음극 프로파일(Pa)을 그래프 형태로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 3은 용량을 X로 설정하고, 전압을 Y로 설정한 경우의 X-Y 그래프를 개략적으로 도시한 도면이다.
구체적으로, 배터리 프로파일(Pb)은 측정부(110)에 의해 동일한 시점에 측정된 배터리 셀(B)의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내도록 구성된 프로파일일 수 있다.
프로파일 생성부(120)는 생성된 배터리 프로파일(Pb)과 상기 배터리 셀(B)에 대해 미리 설정된 기준 음극 프로파일(Pa) 및 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)에 기반하여 상기 배터리 셀(B)의 양극 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
여기서, 기준 음극 프로파일(Pa)은 BOL(Beginning of life) 상태의 배터리 셀(B)의 음극 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내도록 구성된 프로파일일 수 있다. 즉, 기준 음극 프로파일(Pa)은 BOL 상태의 음극 반쪽 셀의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일이다. 이러한, 기준 음극 프로파일(Pa)은 음극 반쪽 셀에 대한 충방전 실험을 통해 미리 생성될 수 있다.
또한, 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)은 기준 음극 프로파일(Pa)을 용량에 대해 미분한 프로파일일 수 있다. 구체적으로, 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)은 BOL 음극 셀의 용량과 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내도록 구성된 프로파일일 수 있다. 여기서, 미분 전압이란 용량에 대한 전압의 미분한 값으로, "dV/dQ"로 표현될 수 있으며, 단위는 [V/mAh]일 수 있다. 즉, 미분 전압은 용량에 대한 전압의 순간 변화율을 나타내는 값일 수 있다.
일반적으로, 배터리 프로파일(Pb)은 동일 용량에 대한 양극 프로파일의 전압과 음극 프로파일의 전압 간의 차이로 표현될 수 있다. 바꿔 말하면, 양극 프로파일은 동일 용량에 대한 배터리 프로파일(Pb)의 전압과 음극 프로파일의 전압의 합으로 표현될 수 있다.
따라서, 프로파일 생성부(120)는 기준 음극 프로파일(Pa)과 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)을 고려하여, 생성된 배터리 프로파일(Pb)로부터 양극 프로파일을 생성할 수 있다. 프로파일 생성부(120)가 양극 프로파일을 생성하는 실시예에 대한 구체적인 내용은 후술한다.
제어부(130)는 상기 프로파일 생성부(120)로부터 생성된 양극 프로파일을 수신하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제어부(130)와 프로파일 생성부(120)는 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 프로파일 생성부(120)로부터 양극 프로파일을 수신할 수 있다.
제어부(130)는 상기 배터리 셀(B)에 대해 미리 설정된 기준 양극 프로파일로부터 상기 생성된 양극 프로파일로의 변환 정보를 나타내는 변환 함수를 도출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 기준 양극 프로파일(Pc)은 기준 음극 프로파일(Pa)에 대응되는 것으로서, BOL 상태의 배터리 셀(B)의 양극 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내도록 구성된 프로파일일 수 있다. 즉, 기준 양극 프로파일(Pc)은 BOL 상태의 양극 반쪽 셀의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내도록 구성된 프로파일일 수 있다. 이러한, 기준 양극 프로파일(Pc)은 양극 반쪽 셀에 대한 충방전 실험을 통해 미리 생성될 수 있다.
또한, 변환 함수는 동일한 용량에 대하여, 상기 기준 양극 프로파일(Pc)의 용량별 전압을 상기 생성된 양극 프로파일의 용량별 전압으로 변환할 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 기준 양극 프로파일(Pc)에 도출된 변환 함수를 적용하면, 프로파일 생성부(120)에 의해 생성된 양극 프로파일이 생성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 기준 양극 프로파일(Pc)과 프로파일 생성부(120)에 의해 생성된 양극 프로파일을 동일 용량에 대한 전압끼리 비교하여, 기준 양극 프로파일(Pc)을 생성된 양극 프로파일로 변환할 수 있는 변환 함수를 도출할 수 있다.
예컨대, 프로파일 생성부(120)가 100 사이클 시점과 200 사이클 시점 각각에서 배터리 프로파일(Pb)과 양극 프로파일을 생성하였다고 가정한다. 제어부(130)는 100 사이클 시점에서 생성된 양극 프로파일과 기준 양극 프로파일(Pc)을 비교하여, 100 사이클 시점에 대응되는 제1 변환 함수(f1)를 도출할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 200 사이클 시점에서 생성된 양극 프로파일과 기준 양극 프로파일(Pc)을 비교하여, 200 사이클 시점에 대응되는 제2 변환 함수(f2)를 도출할 수 있다.
제어부(130)는 도출된 변환 함수에 기반하여 상기 기준 양극 프로파일(Pc)로부터 상기 배터리 셀(B)에 대한 양극 예측 프로파일(Pc_e)을 생성하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 도출된 변환 함수를 이용하여 변환 예측 함수(fe)를 도출할 수 있다.
여기서, 변환 예측 함수(fe)는 제어부(130)에 의해 추정된 변환 함수일 수 있다. 즉, 변환 예측 함수(fe)는 상기 프로파일 생성부(120)에 의해 양극 프로파일이 생성되지 않는 시점에서, 배터리 셀(B)에 대한 양극 예측 프로파일(Pc_e)을 생성하기 위한 함수일 수 있다.
그리고, 양극 예측 프로파일(Pc_e)은 배터리 셀(B)에 대해 추정된 양극 프로파일로서, 프로파일 생성부(120)에 의해 생성되는 것이 아니고, 제어부(130)가 도출된 변환 예측 함수(fe)를 기준 양극 프로파일(Pc)에 적용함으로써 추정한 예측 프로파일일 수 있다.
예컨대, 제어부(130)에 의해 도출된 변환 함수가 복수인 경우, 제어부(130)는 복수의 변환 함수를 비교하여, 복수의 변환 함수 간의 상관 관계를 도출할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 도출된 상관 관계에 따라 변환 예측 함수(fe)를 도출할 수 있다. 이후, 제어부(130)는 도출된 변환 예측 함수(fe)를 기준 양극 프로파일(Pc)에 적용함으로써, 양극 예측 프로파일(Pc_e)을 생성할 수 있다.
앞선 실시예와 같이, 제어부(130)가 100 사이클 시점에서 제1 변환 함수(f1)를 도출하고, 200 사이클 시점에서 제2 변환 함수(f2)를 도출하였다고 가정한다. 제어부(130)는 제1 변환 함수(f1)와 제2 변환 함수(f2)를 비교함으로써, 사이클에 따른 변환 함수의 변경 정보를 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 결정된 변경 정보에 기반하여, 100 사이클 시점 및 200 사이클 시점을 제외한 사이클 시점에 대한 변환 예측 함수(fe)를 도출할 수 있다. 바람직하게, 제어부(130)는 200 사이클 시점 이후의 시점에 대한 변환 예측 함수(fe)를 도출할 수 있다.
제어부(130)는 생성된 양극 예측 프로파일(Pc_e)에 기반하여 상기 배터리 셀(B)에 대한 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(130)가 250 사이클 시점의 변환 예측 함수(fe)를 도출하였다고 가정한다. 제어부(130)는 도출된 변환 예측 함수(fe)를 기준 양극 프로파일(Pc)에 적용하여 250 사이클 시점의 양극 예측 프로파일(Pc_e)을 생성할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 250 사이클 시점의 양극 예측 프로파일(Pc_e)에 기반하여, 250 사이클 시점의 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 배터리 프로파일(Pb)을 획득하고자 할 때, 배터리 셀(B)의 용량 및 전압을 측정하여 배터리 프로파일(Pb)을 생성할 수 있다. 다만, 매 사이클마다 배터리 셀(B)의 용량 및 전압을 측정하여 배터리 프로파일(Pb)을 생성하는 경우에는, 정확한 배터리 프로파일(Pb)을 획득하기 위하여 배터리 셀(B)에 대한 충전 및 방전이 제어될 수 밖에 없기 때문에 배터리 셀(B)의 이용이 지나치게 제한되는 문제가 있다. 예컨대, 정확한 배터리 프로파일(Pb)을 획득하기 위하여, 0.05 C-rate 내지 0.3 C-rate의 저율 충방전이 요구되기 때문에, 배터리 셀(B)의 이용에 지나친 제약이 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 생성된 배터리 프로파일(Pb)에 기반하여 양극 예측 프로파일(Pc_e)을 생성하고, 생성된 양극 예측 프로파일(Pc_e)에 기반하여 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성함으로써 배터리 프로파일(Pb)을 추정할 수 있다. 이로 인하여, 배터리 셀(B)의 용량 및 전압에 기반하여 배터리 프로파일(Pb)이 직접 생성되지 않은 사이클 시점에서도 배터리 예측 프로파일(Pb_e)이 생성될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(B)의 퇴화를 분석하기 위한 프로파일이 보다 다양한 사이클 시점에서 확보될 수 있으므로, 배터리 셀(B)에 대한 퇴화 분석의 정확도가 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 도출된 변환 함수들 간의 상관 관계에 기반하여 변환 예측 함수(fe)를 도출함으로써, 미래 시점에 대한 양극 예측 프로파일(Pc_e) 및 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성할 수 있다. 즉, 배터리 관리 장치(100)는 미래 시점에 대한 양극 예측 프로파일(Pc_e) 및 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성할 수 있으므로, 배터리 셀(B)에 대한 예상 퇴화도를 분석할 수 있는 다양한 프로파일을 확보할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 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, 도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 관리 장치(100)는 저장부(140)를 더 포함할 수 있다. 저장부(140)는 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 예컨대, 저장부(140)는 프로파일 생성부(120)가 배터리 프로파일(Pb) 및 양극 프로파일을 생성하고, 제어부(130)가 양극 예측 프로파일(Pc_e) 및 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성하는데 필요한 프로그램 및 데이터 등을 저장할 수 있다.
구체적으로, 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 측정부(110), 프로파일 생성부(120) 및 제어부(130)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
이하에서는 프로파일 생성부(120)가 양극 프로파일을 생성하는 일 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 프로파일 생성부(120)는 상기 배터리 프로파일(Pb)을 상기 용량과 상기 용량에 대한 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 미분 프로파일(Pb_d)로 변환하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 프로파일 생성부(120)는 배터리 셀(B)의 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일(Pb)을 배터리 셀(B)의 용량과 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 미분 프로파일(Pb_d)로 변환할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 미분 프로파일(Pb_d)을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 4는 배터리 미분 프로파일(Pb_d)을 그래프 형태로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 4는 배터리 셀(B)의 용량을 X로 설정하고, 미분 전압을 Y로 설정한 경우의 X-Y 그래프를 개략적으로 도시한 도면이다.
다음으로, 프로파일 생성부(120)는 상기 배터리 미분 프로파일(Pb_d)에 대응되도록 상기 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)을 조정하도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 5는 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)을 그래프 형태로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 5는 음극 반쪽 셀의 용량을 X로 설정하고, 미분 전압을 Y로 설정한 경우의 X-Y 그래프를 개략적으로 도시한 도면이다.
구체적으로, 프로파일 생성부(120)는 상기 배터리 미분 프로파일(Pb_d)에서 복수의 기준 피크를 결정하도록 구성될 수 있다.
기준 피크는 용량에 대한 미분 전압의 순간 변화율이 0이면서, 미분 전압이 해당 용량 구간에서 가장 큰 피크일 수 있다. 예컨대, 도 4의 실시예에서, 프로파일 생성부(120)는 제1 용량 구간에서 용량에 대한 미분 전압의 순간 변화율이 0이면서, 미분 전압이 가장 큰 피크를 제1 기준 피크(RP1)로 결정할 수 있다. 또한, 프로파일 생성부(120)는 제2 용량 구간에서 용량에 대한 미분 전압의 순간 변화율이 0이면서, 미분 전압이 가장 큰 피크를 제2 기준 피크(RP2)로 결정할 수 있다.
또한, 제1 용량 구간과 제2 용량 구간은 서로 중첩되지 않도록 미리 설정될 수 있다. 그리고, 제1 용량 구간과 제2 용량 구간에 대한 정보는 프로파일 생성부(120) 및/또는 저장부(140)에 미리 저장될 수 있다.
구체적으로, 제1 용량 구간과 제2 용량 구간은 배터리 셀(B)의 전기화학적 특성을 고려하여 설정되는 용량 구간일 수 있다. 예컨대, 배터리 미분 프로파일(Pb_d)에서 제1 기준 피크(RP1)가 나타날 수 있는 소정의 용량 구간이 제1 용량 구간으로 미리 설정되고, 제2 기준 피크(RP2)가 나타날 수 있는 소정의 용량 구간이 제2 용량 구간으로 미리 설정될 수 있다. 제1 용량 구간과 제2 용량 구간에 대한 보다 구체적인 실시예에 대한 설명은 후술한다.
예컨대, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 용량 구간은 BOL 배터리 셀(B)의 음극 반쪽 셀의 전체 용량 구간(min 내지 max1 구간)에서 0% 내지 30%의 용량 구간으로 설정될 수 있다. 제1 용량 구간은 "min" 내지 "min+{(max1-min)×0.3}"구간으로 미리 설정될 수 있다. 또한, 제2 용량 구간은 BOL 배터리 셀(B)의 음극 반쪽 셀의 전체 용량 구간(min 내지 max1 구간)에서 40% 내지 60%의 용량 구간으로 설정될 수 있다. 제2 용량 구간은 "min+{(max1-min)×0.4}" 내지 "min+{(max1-min)×0.6}"구간으로 미리 설정될 수 있다.
프로파일 생성부(120)는 상기 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)에 미리 설정된 복수의 타겟 피크의 용량이 대응되는 기준 피크의 용량과 동일해지도록 상기 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)을 조정하도록 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해 조정된 음극 미분 프로파일(Pa_d2)을 개략적으로 도시한 도면이다.
구체적으로, 프로파일 생성부(120)는 상기 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)의 최소 용량에 대응되는 오프셋과 상기 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)의 전체 용량 구간을 나타내는 스케일을 조정함으로써, 상기 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)을 조정하도록 구성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 오프셋은 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)의 전체 용량 구간 중 최소 용량에 대응되고, 스케일은 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)의 전체 용량 구간에 대응될 수 있다.
즉, 프로파일 생성부(120)는 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)에 포함된 복수의 타겟 피크의 용량이 대응되는 기준 피크의 용량과 동일해지도록 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)의 오프셋 및/또는 스케일을 조정할 수 있다.
예컨대, 도 4를 참조하면, 배터리 미분 프로파일(Pb_d)에 포함된 제1 기준 피크(RP1)의 용량은 a1[mAh]이고, 제2 기준 피크(RP2)의 용량은 a2[mAh]일 수 있다. 또한, 도 5를 참조하면, 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)에 포함된 제1 타겟 피크(TP1)의 용량은 b1[mAh]이고, 제2 타겟 피크(TP2)의 용량은 b2[mAh]일 수 있다. 도 6의 실시예와 같이, 프로파일 생성부(120)는 제1 타겟 피크(TP1)의 용량이 a1[mAh]이 되고, 제2 타겟 피크(TP2)의 용량이 a2[mAh]가 되도록, 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)의 오프셋 및/또는 스케일을 조정할 수 있다.
예컨대, 퇴화된 배터리 셀(B)의 음극 프로파일은 BOL 상태의 배터리 셀(B)의 음극 프로파일에서, 최소 용량 및/또는 전체 용량 구간의 크기가 달라질 수 있으므로, 배터리 셀(B)이 퇴화되더라도 음극 프로파일의 개형은 유지될 수 있다. 즉, 배터리 셀(B)이 퇴화되더라도, 음극 프로파일의 전체 용량 구간 중 일부 용량 구간의 스케일만이 변경되지 않고, 음극 프로파일의 전체 용량 구간의 스케일이 전체적으로 변경되기 때문에, 배터리 셀(B)이 퇴화되더라도 음극 프로파일의 개형은 유지될 수 있다. 따라서, 프로파일 생성부(120)는 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)의 오프셋 및/또는 스케일을 조정함으로써, 배터리 미분 프로파일(Pb_d)에 대응되는 조정된 음극 미분 프로파일(Pa_d2)을 획득할 수 있는 것이다.
다음으로, 프로파일 생성부(120)는 조정된 음극 미분 프로파일(Pa_d2)에 대응되도록 상기 기준 음극 프로파일(Pa)을 조정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 프로파일 생성부(120)는 상기 조정된 음극 미분 프로파일(Pa_d2)에 대한 상기 오프셋 및 상기 스케일의 변경 정보를 상기 기준 음극 프로파일(Pa)에 적용하여, 상기 조정된 음극 미분 프로파일(Pa_d2)에 대응되도록 상기 기준 음극 프로파일(Pa)을 조정하도록 구성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해 양극 프로파일(Pc2)이 생성되는 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3, 6 및 7을 참조하면, 프로파일 생성부(120)는 기준 음극 프로파일(Pa)에 조정된 음극 미분 프로파일(Pa_d2)의 오프셋 및 스케일을 적용하여 조정된 음극 프로파일(Pa2)을 생성할 수 있다.
마지막으로, 프로파일 생성부(120)는 조정된 음극 프로파일(Pa2)과 상기 배터리 프로파일(Pb)에 기반하여 상기 양극 프로파일(Pc2)을 생성하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 프로파일 생성부(120)는 동일한 용량에 대하여 배터리 프로파일(Pb)의 용량당 전압과 조정된 음극 프로파일(Pa2)의 용량당 전압을 합산하여, 양극 프로파일(Pc2)을 생성할 수 있다.
예컨대, 도 7의 실시예에서, S1[mAh] 용량에 대해 살펴보면, 조정된 음극 프로파일(Pa2)에서 S1[mAh] 용량에 대응되는 전압은 Va[V]이고, 배터리 프로파일(Pb)에서 S1[mAh] 용량에 대응되는 전압은 Vb[V]일 수 있다. 프로파일 생성부(120)는 "Va+Vb"를 계산하여 Vc[V]를 산출할 수 있다. 그리고, 프로파일 생성부(120)는 S1[mAh] 용량에 대응되는 전압이 Vc[V]인 양극 프로파일(Pc2)을 생성할 수 있다.
이하에서는, 배터리 셀(B)의 특성을 고려하여 제1 용량 구간 및 제2 용량 구간에 대한 보다 구체적인 실시예를 설명한다.
구체적으로, 도 5의 실시예에서, 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)에 포함된 제1 타겟 피크(TP1) 및 제2 타겟 피크(TP2)는, 방전 과정에서 리튬 이온이 탈리되는 스테이징(Staging) 현상과 관련될 수 있다.
일반적으로, 배터리 셀(B)이 방전될 때, 흑연층 사이에 포함된 리튬 이온이 탈리되는 스테이징 과정이 진행된다. 방전 과정에서의 스테이징 과정은, 리튬 이온의 탈리 반응에 따라 높은 스테이지(stage)에서 낮은 스테이지로 진행된다. 예컨대, 방전 과정에서는 스테이지 Ⅳ, 스테이지 Ⅲ, 스테이지 Ⅱ, 및 스테이지 Ⅰ 순으로 스테이징 과정이 진행된다.
예컨대, 도 5의 실시예에서, 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)에 포함된 제1 타겟 피크(TP1)의 용량(b1)은 스테이지 Ⅲ의 상태가 진행될 때의 음극 용량에 대응될 수 있다. 구체적으로, 제1 타겟 피크(TP1)의 용량(b1)은 스테이지 Ⅱ 및 스테이지 Ⅲ의 상태가 공존하는 단계에서 스테이지 Ⅲ의 상태로 변환될 때의 음극 용량에 대응될 수 있다.
또한, 도 5의 실시예에서, 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)에 포함된 제2 타겟 피크(TP2)의 용량(b2)은 스테이지 Ⅱ의 상태가 진행될 때의 음극 용량에 대응될 수 있다. 구체적으로, 제2 타겟 피크(TP2)의 용량(b2)은 스테이지 Ⅰ 및 스테이지 Ⅱ의 상태가 공존하는 단계에서 스테이지 Ⅱ의 상태로 변환될 때의 음극 용량에 대응될 수 있다.
또한, 배터리 셀(B)의 특성 상, 제1 타겟 피크(TP1)와 제2 타겟 피크(TP2)에 대응되는 용량은, 배터리 셀(B)이 퇴화되더라도 크게 변경되지 않을 수 있다. 그리고, 배터리 셀(B)의 퇴화도에 따라, 제1 기준 피크(RP1) 및 제2 기준 피크(RP2) 각각의 용량은 제1 타겟 피크(TP1) 및 제2 타겟 피크(TP2)의 용량과 동일하거나 유사할 수 있다.
따라서, 제1 용량 구간은 제1 기준 피크(RP1)가 나타날 것으로 예상되는 용량 구간으로서, 제1 타겟 피크(TP1)의 용량이 고려된 일정 구간으로 설정될 수 있다. 마찬가지로, 제2 용량 구간은 제2 기준 피크(RP2)가 나타날 것으로 예상되는 용량 구간으로서, 제2 타겟 피크(TP2)의 용량이 고려된 일정 구간으로 설정될 수 있다.
예컨대, 도 4, 5, 6의 실시예에서, 제1 용량 구간은 BOL 배터리 셀(B)의 음극 반쪽 셀의 전체 용량 구간(min 내지 max1 구간)에서 0% 내지 30%의 용량 구간으로 설정될 수 있다. 또한, 제2 용량 구간은 BOL 배터리 셀(B)의 음극 반쪽 셀의 전체 용량 구간(min 내지 max1 구간)에서 40% 내지 60%의 용량 구간으로 설정될 수 있다.
이하에서는, 제어부(130)가 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성하는 일 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 제어부(130)는 상기 변환 함수가 복수 구비된 경우, 복수의 변환 함수(f1, f2) 간의 용량당 전압 변화량에 기반하여 변환 예측 함수(fe)를 도출하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 제어부(130)가 변환 예측 함수(fe)를 도출하기 위해서는 적어도 2개의 변환 함수가 요구될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해 양극 예측 프로파일(Pc_e)이 생성되는 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해 도출된 변환 함수(f1, f2) 및 변환 예측 함수(fe)를 개략적으로 도시한 도면이다.
보다 구체적으로, 도 8은 기준 양극 프로파일(Pc), 프로파일 생성부(120)에 의해 생성된 2개의 양극 프로파일(이하, 제2 양극 프로파일(Pc2) 및 제3 양극 프로파일(Pc3)이라고 함), 및 제어부(130)에 의해 생성된 양극 예측 프로파일(Pc_e)을 도시한 도면이다. 여기서, 제2 양극 프로파일(Pc2)은 도 7의 실시예에서 프로파일 생성부(120)에 의해 생성된 양극 프로파일일 수 있다.
또한, 도 9는 기준 양극 프로파일(Pc)과 제2 양극 프로파일(Pc2) 간의 제1 변환 함수(f1), 기준 양극 프로파일(Pc)과 제3 양극 프로파일(Pc3) 간의 제2 변환 함수(f2), 및 기준 양극 프로파일(Pc)과 양극 예측 프로파일(Pc_e) 간의 변환 예측 함수(fe)를 도시한 도면이다. 여기서, 변환 예측 함수(fe)는 제1 변환 함수(f1)와 제2 변환 함수(f2) 간의 용량당 전압 변화량에 기반하여 도출될 수 있다.
예컨대, 앞선 실시예에서, 프로파일 생성부(120)가 100 사이클 시점에 생성한 양극 프로파일이 제2 양극 프로파일(Pc2)이고, 200 사이클 시점에서 생성한 양극 프로파일이 제3 양극 프로파일(Pc3)이라고 가정한다. 제어부(130)는 기준 양극 프로파일(Pc)과 제2 양극 프로파일(Pc2)을 비교하여, 기준 양극 프로파일(Pc)을 제2 양극 프로파일(Pc2)로 변환할 수 있는 제1 변환 함수(f1)를 도출할 수 있다.
또한, 제어부(130)는 기준 양극 프로파일(Pc)과 제3 양극 프로파일(Pc3)을 비교하여, 기준 양극 프로파일(Pc)을 제3 양극 프로파일(Pc3)로 변환할 수 있는 제2 변환 함수(f2)를 도출할 수 있다.
즉, 제1 변환 함수(f1)는 100 사이클 시점에 대응되는 변환 함수이고, 제2 변환 함수(f2)는 200 사이클 시점에 대응되는 변환 함수이다.
그리고, 제어부(130)는 제1 변환 함수(f1)와 제2 변환 함수(f2) 각각에 대응되는 사이클 시점을 고려하여, 제1 변환 함수(f1)와 제2 변환 함수(f2) 간의 용량당 전압 변화율에 기반하여 변환 예측 함수(fe)를 도출할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)에 의해 도출된 변환 예측 함수(fe)는 300 사이클 시점에 대응되는 변환 함수일 수 있다.
도 9의 실시예에서, S2[mAh] 용량에 대해 살펴보면, 제1 변환 함수(f1)에서 S2[mAh]에 대응되는 전압은 Vd[V]이고, 제2 변환 함수(f2)에서 S2[mAh]에 대응되는 전압은 Ve[V]이다. 제어부(130)는 제1 변환 함수(f1)에 대응되는 사이클 시점과 제2 변환 함수(f2)에 대응되는 사이클 시점 간의 차이가 100 사이클 시점인 점을 고려하여, S2[mAh]에 대응되는 전압이 Vf[V]인 변환 예측 함수(fe)를 도출할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어부(130)는 전체 용량 구간에서의 제1 변환 함수(f1)의 용량당 전압과 제2 변환 함수(f2)의 용량당 전압을 비교하여 변환 예측 함수(fe)를 도출할 수 있다.
다음으로, 제어부(130)는 도출된 변환 예측 함수(fe)를 상기 기준 양극 프로파일(Pc)에 적용하여 상기 양극 예측 프로파일(Pc_e)을 생성하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 타겟 시점에 대하여 상기 변환 예측 함수(fe)를 도출하고, 상기 도출된 변환 예측 함수(fe)를 상기 기준 양극 프로파일(Pc)에 적용하여 상기 타겟 시점에 대한 상기 양극 예측 프로파일(Pc_e)을 생성하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 앞선 실시예에서, 제어부(130)는 100 사이클 시점에 대응되는 제1 변환 함수(f1)와 200 사이클 시점에 대응되는 제2 변환 함수(f2)에 기반하여, 300 사이클 시점에 대응되는 변환 예측 함수(fe)를 도출할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 변환 예측 함수(fe)를 기준 양극 프로파일(Pc)에 적용하여 300 사이클 시점에 대응되는 양극 예측 프로파일(Pc_e)을 생성할 수 있다.
일 실시예로, 제어부(130)는 동일한 용량마다 상기 양극 예측 프로파일(Pc_e)의 전압과 상기 조정된 음극 프로파일의 전압 간의 차이를 산출하여 상기 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성하도록 구성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해 배터리 예측 프로파일(Pb_e)이 생성되는 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8 및 도 10을 참조하면, 도 10의 조정된 음극 프로파일(Pa3)은 제3 양극 프로파일(Pc3)에 대응되는 음극 프로파일일 수 있다. 즉, 도 10의 조정된 음극 프로파일(Pa3)은 프로파일 생성부(120)가 제3 양극 프로파일(Pc3) 생성하기 위하여, 기준 음극 프로파일(Pa)의 오프셋 및/또는 스케일을 조정하여 생성한 음극 프로파일일 수 있다.
예컨대, 도 10의 실시예에서, S3[mAh] 용량에 대해 살펴보면, 조정된 음극 프로파일(Pa3)에서 S3[mAh] 용량에 대응되는 전압은 Vg[V]이고, 양극 예측 프로파일(Pc_e)에서 S3[mAh] 용량에 대응되는 전압은 Vi[V]일 수 있다. 제어부(130)는 "Vi-Vg"를 계산하여 Vh[V]를 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 S3[mAh] 용량에 대응되는 전압이 Vh[V]인 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 음극 프로파일은 배터리 셀(B)이 퇴화되더라도 전체적인 개형이 유지되면서 변할 수 있고, 변하는 정도는 크지 않을 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 300 사이클 시점에 대응되는 양극 예측 프로파일(Pc_e)과 200 사이클 시점에 대응되는 조정된 음극 프로파일(Pa3)에 기반하여 300 사이클 시점에 대응되는 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성할 수 있다.
이상에서는, 프로파일 생성부(120)가 100 사이클 시점과 200 사이클 시점에서 배터리 프로파일 및 양극 프로파일을 생성하는 실시예를 설명하였다. 다만, 제어부(130)에 의해 생성되는 배터리 예측 프로파일(Pb_e)의 정확도 향상을 위해서, 프로파일 생성부(120)가 배터리 프로파일 및 양극 프로파일을 생성하는 주기는 조절될 수 있다. 예컨대, 프로파일 생성부(120)는 10 사이클 시점마다 배터리 프로파일 및 양극 프로파일을 생성할 수 있다.
다른 실시예로, 제어부(130)는 동일한 용량마다 상기 양극 예측 프로파일(Pc_e)의 전압과 상기 기준 음극 프로파일(Pa)의 전압 간의 차이를 산출하여 상기 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 10의 실시예와 달리, 제어부(130)는 양극 예측 프로파일(Pc_e)과 기준 음극 프로파일(Pa)에 기반하여 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성할 수도 있다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 배터리 셀(B)이 퇴화되더라도 기준 음극 프로파일(Pa)의 개형은 크게 바뀌지 않기 때문에, 제어부(130)는 기준 음극 프로파일(Pa)에 기반하여, 배터리 셀(B)의 양극과 관련된 퇴화가 더 고려된 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성할 수도 있다.
한편, 프로파일 생성부(120)는 미리 설정된 주기마다, 상기 배터리 프로파일(Pb)을 생성하고 상기 양극 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 프로파일 생성부(120)는 100 사이클 시점마다 배터리 프로파일(Pb) 및 양극 프로파일을 생성할 수 있다. 도 8의 실시예에서, 제2 양극 프로파일(Pc2)은 100 사이클 시점에서 생성된 양극 프로파일이고, 제3 양극 프로파일(Pc3)은 200 사이클 시점에서 생성된 양극 프로파일일 수 있다.
그리고, 제어부(130)는 현재 주기까지 상기 프로파일 생성부(120)에 의해 생성된 복수의 양극 프로파일(Pc2, Pc3) 각각과 상기 기준 양극 프로파일(Pc) 간의 변환 함수를 도출하고, 도출된 복수의 변환 함수(f1, f2)에 기반하여 상기 변환 예측 함수(fe)를 도출하도록 구성될 수 있다.
즉, 제어부(130)는 프로파일 생성부(120)에 의해서 양극 프로파일이 생성된 경우, 해당 사이클 시점에 대한 변환 함수를 도출할 수 있다. 예컨대, 도 9의 실시예에서, 제어부(130)는 100 사이클 시점에서 생성된 제2 양극 프로파일(Pc2)에 대응되는 제1 변환 함수(f1)를 도출할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 200 사이클 시점에서 생성된 제3 양극 프로파일(Pc3)에 대응되는 제2 변환 함수(f2)를 도출할 수 있다.
그리고, 제어부(130)는 다음 주기가 도래하기 전까지 상기 도출된 변환 예측 함수(fe)와 상기 기준 양극 프로파일(Pc)을 이용하여 상기 양극 예측 프로파일(Pc_e)을 생성한 후 상기 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 다음 주기가 300 사이클 시점이라고 가정하면, 제어부(130)는 201 사이클 시점부터 299 사이클 시점까지의 변환 예측 함수(fe)를 도출함으로써, 복수의 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성할 수 있다.
즉, 제어부(130)는 프로파일 생성부(120)에 의해 배터리 프로파일(Pb) 및 양극 프로파일(Pc2, Pc3)이 생성된 사이클 시점뿐만 아니라 다음 주기가 도래하기 전까지의 시점에서도 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성할 수 있다. 따라서, 다양한 사이클 시점에서의 배터리 프로파일(Pb) 또는 배터리 예측 프로파일(Pb_e)이 획득될 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 보다 구체적으로 배터리 셀(B)의 퇴화를 분석할 수 있는 프로파일을 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 대응되는 배터리 프로파일(Pb), 양극 프로파일(Pc2, Pc3), 및 조정된 음극 프로파일(Pa2, Pa3)이 제공되거나, 서로 대응되는 배터리 예측 프로파일(Pb_e), 양극 예측 프로파일(Pc_e), 및 조정된 음극 프로파일(Pa2, Pa3)이 제공될 수 있다. 즉, 배터리 셀(B)의 퇴화를 분석하기 위한 자료로써 풀 셀에 대한 프로파일(배터리 프로파일(Pb) 또는 배터리 예측 프로파일(Pb_e))만이 제공되는 것이 아니라, 양극 반쪽 셀에 대한 프로파일(양극 프로파일(Pc2, Pc3) 또는 양극 예측 프로파일(Pc_e))과 음극 반쪽 셀에 대한 프로파일(조정된 음극 프로파일(Pa2, Pa3))이 함께 제공될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(B)의 퇴화가 진행되었는지 여부뿐만 아니라, 배터리 셀(B)의 퇴화가 양극 퇴화에 기인한 것인지 또는 음극 퇴화에 기인한 것인지에 대한 퇴화 원인에 대한 보다 정밀한 분석이 가능해질 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(100)의 측정부(110), 프로파일 생성부(120), 제어부(130), 및 저장부(140)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 배터리 팩(1)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 배터리 관리 장치(100) 및 하나 이상의 배터리 셀(B)을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(1)은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 배터리 팩(1)은 배터리 셀(B) 및 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 그리고 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+)와 음극 단자(P-)에 충방전부(2)가 연결되어, 배터리 셀(B)을 충전 또는 방전시킬 수 있다. 다른 예로, 도 2의 실시예에서, 배터리 팩(1)에 배터리 셀(B), 배터리 관리 장치(100), 및 충방전부(2)가 모두 포함될 수도 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법의 각 단계는 배터리 관리 장치(100)에 의해서 수행될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명함을 유의한다.
도 11을 참조하면, 배터리 관리 방법은 측정 단계(S100), 배터리 프로파일 생성 단계(S200), 양극 프로파일 생성 단계(S300), 변환 함수 도출 단계(S400), 양극 에측 프로파일 생성 단계(S500), 및 배터리 예측 프로파일 생성 단계(S600)를 포함할 수 있다.
측정 단계(S100)는 배터리 셀(B)의 전압 및 용량을 측정하는 단계로서, 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1) 및 제2 센싱 라인(SL2)을 이용하여 배터리 셀(B)의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 측정부(110)는 제3 센싱 라인(SL3)을 이용하여 배터리 셀(B)의 전류를 측정하고, 측정 시간과 측정된 전류에 기반하여 배터리 셀(B)의 용량을 측정할 수 있다.
배터리 프로파일 생성 단계(S200)는 상기 측정 단계(S100)에서 측정된 상기 전압 및 상기 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일(Pb)을 생성하는 단계로서, 프로파일 생성부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 프로파일 생성부(120)는 측정부(110)로부터 배터리 셀(B)의 전압 및 용량을 수신하고, 대응되는 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일(Pb)을 생성할 수 있다.
양극 프로파일 생성 단계(S300)는 상기 배터리 프로파일 생성 단계(S200)에서 생성된 배터리 프로파일(Pb)과 상기 배터리 셀(B)에 대해 미리 설정된 기준 음극 프로파일(Pa) 및 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)에 기반하여 상기 배터리 셀(B)의 양극 프로파일을 생성하는 단계로서, 프로파일 생성부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 프로파일 생성부(120)는 배터리 프로파일(Pb)을 배터리 미분 프로파일(Pb_d)로 변환할 수 있다. 그리고, 프로파일 생성부(120)는 배터리 미분 프로파일(Pb_d)에 대응되도록 기준 음극 미분 프로파일(Pa_d)을 조정할 수 있다. 그리고, 프로파일 생성부(120)는 조정된 음극 미분 프로파일(Pa_d2)에 대응되도록 기준 음극 프로파일(Pa)을 조정할 수 있다. 마지막으로, 프로파일 생성부(120)는 조정된 음극 프로파일(Pa2)과 배터리 프로파일(Pb)에 기반하여 양극 프로파일을 생성할 수 있다.
예컨대, 도 7의 실시예에서, 프로파일 생성부(120)는 생성한 배터리 프로파일(Pb)의 용량당 전압과 조정된 음극 프로파일(Pa2)의 용량당 전압을 합산함으로써, 양극 프로파일을 생성할 수 있다.
변환 함수 도출 단계(S400)는 상기 배터리 셀(B)에 대해 미리 설정된 기준 양극 프로파일(Pc)로부터 상기 생성된 양극 프로파일로의 변환 정보를 나타내는 변환 함수를 도출하는 단계로서, 제어부(130)에 의해 수행될 수 있다.
즉, 기준 양극 프로파일(Pc)에 변환 함수를 적용하면 프로파일 생성부(120)에 의해 생성된 양극 프로파일이 도출될 수 있다. 바꿔 말하면, 양극 프로파일에 변환 함수를 역으로 적용하면 기준 양극 프로파일(Pc)이 도출될 수 있다.
양극 에측 프로파일 생성 단계(S500)는 상기 변환 함수 도출 단계(S400)에서 도출된 변환 함수에 기반하여 상기 기준 양극 프로파일(Pc)로부터 상기 배터리 셀(B)에 대한 양극 예측 프로파일(Pc_e)을 생성하는 단계로서, 제어부(130)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 복수의 변환 함수를 구비하고, 구비된 복수의 변환 함수의 용량당 전압 변화에 기반하여 변환 예측 함수(fe)를 도출할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 도출된 변환 예측 함수(fe)를 기준 양극 프로파일(Pc)에 적용함으로써, 양극 예측 프로파일(Pc_e)을 생성할 수 있다.
배터리 예측 프로파일 생성 단계(S600)는 상기 양극 에측 프로파일 생성 단계(S500)에서 생성된 양극 예측 프로파일(Pc_e)에 기반하여 상기 배터리 셀(B)에 대한 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성하는 단계로서, 제어부(130)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 10의 실시예에서, 제어부(130)는 양극 예측 프로파일(Pc_e)과 조정된 음극 프로파일(Pa2)에 기반하여 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성할 수 있다. 다른 예로, 제어부(130)는 양극 예측 프로파일(Pc_e)과 기준 음극 프로파일(Pa)에 기반하여 배터리 예측 프로파일(Pb_e)을 생성할 수도 있다. 다만, 바람직하게는, 양극 예측 프로파일(Pc_e)과 조정된 음극 프로파일(Pa2)에 기반하여 배터리 예측 프로파일(Pb_e)이 생성될 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
2: 충방전부
100: 배터리 관리 장치
110: 측정부
120: 프로파일 생성부
130: 제어부
140: 저장부
B: 배터리 셀

Claims (13)

  1. 배터리 셀의 전압 및 용량을 측정하도록 구성된 측정부;
    상기 측정부에 의해 측정된 상기 전압 및 상기 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 생성하고, 생성된 배터리 프로파일과 상기 배터리 셀에 대해 미리 설정된 기준 음극 프로파일 및 기준 음극 미분 프로파일에 기반하여 상기 배터리 셀의 양극 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및
    상기 프로파일 생성부로부터 생성된 양극 프로파일을 수신하고, 상기 배터리 셀에 대해 미리 설정된 기준 양극 프로파일로부터 상기 생성된 양극 프로파일로의 변환 정보를 나타내는 변환 함수를 도출하며, 도출된 변환 함수에 기반하여 상기 기준 양극 프로파일로부터 상기 배터리 셀에 대한 양극 예측 프로파일을 생성하고, 생성된 양극 예측 프로파일에 기반하여 상기 배터리 셀에 대한 배터리 예측 프로파일을 생성하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로파일 생성부는,
    상기 배터리 프로파일을 상기 용량과 상기 용량에 대한 미분 전압 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 미분 프로파일로 변환하고, 상기 배터리 미분 프로파일에 대응되도록 상기 기준 음극 미분 프로파일을 조정하며, 조정된 음극 미분 프로파일에 대응되도록 상기 기준 음극 프로파일을 조정하고, 조정된 음극 프로파일과 상기 배터리 프로파일에 기반하여 상기 양극 프로파일을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로파일 생성부는,
    상기 배터리 미분 프로파일에서 복수의 기준 피크를 결정하고, 상기 기준 음극 미분 프로파일에 미리 설정된 복수의 타겟 피크의 용량이 대응되는 기준 피크의 용량과 동일해지도록 상기 기준 음극 미분 프로파일을 조정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로파일 생성부는,
    상기 기준 음극 미분 프로파일의 최소 용량에 대응되는 오프셋과 상기 기준 음극 미분 프로파일의 전체 용량 구간을 나타내는 스케일을 조정함으로써, 상기 기준 음극 미분 프로파일을 조정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로파일 생성부는,
    상기 조정된 음극 미분 프로파일에 대한 상기 오프셋 및 상기 스케일의 변경 정보를 상기 기준 음극 프로파일에 적용하여, 상기 조정된 음극 미분 프로파일에 대응되도록 상기 기준 음극 프로파일을 조정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    동일한 용량마다 상기 양극 예측 프로파일의 전압과 상기 조정된 음극 프로파일의 전압 간의 차이를 산출하여 상기 배터리 예측 프로파일을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    동일한 용량마다 상기 양극 예측 프로파일의 전압과 상기 기준 음극 프로파일의 전압 간의 차이를 산출하여 상기 배터리 예측 프로파일을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 변환 함수는,
    동일한 용량에 대하여, 상기 기준 양극 프로파일의 용량별 전압을 상기 생성된 양극 프로파일의 용량별 전압으로 변환할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 변환 함수가 복수 구비된 경우, 복수의 변환 함수 간의 용량당 전압 변화량에 기반하여 변환 예측 함수를 도출하고, 도출된 변환 예측 함수를 상기 기준 양극 프로파일에 적용하여 상기 양극 예측 프로파일을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    타겟 시점에 대하여 상기 변환 예측 함수를 도출하고, 상기 도출된 변환 예측 함수를 상기 기준 양극 프로파일에 적용하여 상기 타겟 시점에 대한 상기 양극 예측 프로파일을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 프로파일 생성부는,
    미리 설정된 주기마다, 상기 배터리 프로파일을 생성하고 상기 양극 프로파일을 생성하도록 구성되고,
    상기 제어부는,
    현재 주기까지 상기 프로파일 생성부에 의해 생성된 복수의 양극 프로파일 각각과 상기 기준 양극 프로파일 간의 변환 함수를 도출하고, 도출된 복수의 변환 함수에 기반하여 상기 변환 예측 함수를 도출하며, 다음 주기가 도래하기 전까지 상기 도출된 변환 예측 함수와 상기 기준 양극 프로파일을 이용하여 상기 양극 예측 프로파일을 생성한 후 상기 배터리 예측 프로파일을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  13. 배터리 셀의 전압 및 용량을 측정하는 측정 단계;
    상기 측정 단계에서 측정된 상기 전압 및 상기 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 생성하는 배터리 프로파일 생성 단계;
    상기 배터리 프로파일 생성 단계에서 생성된 배터리 프로파일과 상기 배터리 셀에 대해 미리 설정된 기준 음극 프로파일 및 기준 음극 미분 프로파일에 기반하여 상기 배터리 셀의 양극 프로파일을 생성하는 양극 프로파일 생성 단계;
    상기 배터리 셀에 대해 미리 설정된 기준 양극 프로파일로부터 상기 생성된 양극 프로파일로의 변환 정보를 나타내는 변환 함수를 도출하는 변환 함수 도출 단계;
    상기 변환 함수 도출 단계에서 도출된 변환 함수에 기반하여 상기 기준 양극 프로파일로부터 상기 배터리 셀에 대한 양극 예측 프로파일을 생성하는 양극 예측 프로파일 생성 단계; 및
    상기 양극 예측 프로파일 생성 단계에서 생성된 양극 예측 프로파일에 기반하여 상기 배터리 셀에 대한 배터리 예측 프로파일을 생성하는 배터리 예측 프로파일 생성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
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