KR-20260061797-A - BATTERY MANAGEMENT APPARATUS AND BATTERY MANAGEMENT METHOD

Abstract

일부 실시예들에 따르면, 배터리 관리 장치는, 배터리의 배터리 데이터를 획득하도록 구성되는 인터페이스; 및 상기 배터리 데이터에 기초하여 상기 배터리의 환경 인자 데이터 및 상태 인자 데이터를 생성하고, 한계 용량 추정 모델에 기초하여 상기 환경 인자 데이터 및 상기 상태 인자 데이터에 대응하는 상기 배터리의 한계 충전 용량을 생성하고, 상기 한계 충전 용량에 기초하여 상기 배터리의 충전을 제어하도록 구성되는 컨트롤러를 포함한다.

Inventors

• 최동인
• 유혜인
• 오혜령
• 백주연

Assignees

• 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241028

Claims (20)

1. 배터리의 배터리 데이터를 획득하도록 구성되는 인터페이스; 및 상기 배터리 데이터에 기초하여 상기 배터리의 환경 인자 데이터 및 상태 인자 데이터를 생성하고, 한계 용량 추정 모델에 기초하여 상기 환경 인자 데이터 및 상기 상태 인자 데이터에 대응하는 상기 배터리의 한계 충전 용량을 생성하고, 상기 한계 충전 용량에 기초하여 상기 배터리의 충전을 제어하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하는, 배터리 관리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 환경 인자 데이터는 충방전 전류 데이터, 온도 데이터 및 전압 데이터를 포함하고, 상기 상태 인자 데이터는 용량 데이터, 저항 데이터 및 퇴화 데이터를 포함하는, 배터리 관리 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 한계 용량 추정 모델은 상기 환경 인자 데이터 및 상기 상태 인자 데이터에 관한 입력 실험 데이터 및 상기 한계 충전 용량에 관한 출력 실험 데이터 간의 관계를 규정하도록 학습되는, 배터리 관리 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 학습 완료된 상기 한계 용량 추정 모델에 기초하여 상기 환경 인자 데이터 및 상기 상태 인자 데이터의 조합에 대응하는 상기 한계 충전 용량의 매핑 테이블을 생성하고, 상기 매핑 테이블에 기초하여 상기 한계 충전 용량을 생성하도록 구성되는, 배터리 관리 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 한계 충전 용량에 관한 상기 출력 실험 데이터는 복수의 충방전 사이클들이 인가되는 동안 상기 배터리의 저항 변동에 기초하여 준비되는, 배터리 관리 장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 입력 실험 데이터는 샘플 배터리들에 대한 완속 충방전, 급속 충방전, 고온 저장 및 내부 저항 측정 중 적어도 하나에 기초하여 준비되는, 배터리 관리 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 내부 저항 측정에 따른 상기 저항 데이터는 상기 샘플 배터리들의 배터리 용량에 따른 고율(high rate) 충방전 전압의 변동을 나타내는 충전 프로파일 및 방전 프로파일을 기반으로 측정되는 히스테리시스 저항을 포함하는, 배터리 관리 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 히스테리시스 저항은 상기 충전 프로파일에 따른 고율 충전 전압 및 상기 방전 프로파일에 따른 고율 방전 전압의 차이를 타겟 범위에 대해 누적하는 방식으로 계산되고, 상기 타겟 범위는 상기 샘플 배터리들의 구성 성분 및 상기 샘플 배터리들에 대한 상기 퇴화 데이터에 기초하여 조정되는, 배터리 관리 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 한계 충전 용량은 상기 배터리에서 리튬이 석출되지 않도록 하는 충전 용량의 최대값을 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 배터리의 충전 용량이 상기 한계 충전 용량을 초과하는 경우 상기 배터리의 상태를 리튬 석출 상태로 진단하도록 구성되는, 배터리 관리 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 배터리의 배터리 셀 음극은 음극 활물질을 포함하고, 상기 음극 활물질은 실리콘 계열 활물질을 포함하지 않는, 배터리 관리 장치.
11. 배터리의 배터리 데이터를 획득하는 단계; 상기 배터리 데이터에 기초하여 상기 배터리의 환경 인자 데이터 및 상태 인자 데이터를 생성하는 단계; 한계 용량 추정 모델에 기초하여 상기 환경 인자 데이터 및 상기 상태 인자 데이터에 대응하는 상기 배터리의 한계 충전 용량을 생성하는 단계; 및 상기 한계 충전 용량에 기초하여 상기 배터리의 충전을 제어하는 단계를 포함하는, 배터리 관리 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 환경 인자 데이터는 충방전 전류 데이터, 온도 데이터 및 전압 데이터를 포함하고, 상기 상태 인자 데이터는 용량 데이터, 저항 데이터 및 퇴화 데이터를 포함하는, 배터리 관리 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 한계 용량 추정 모델은 상기 환경 인자 데이터 및 상기 상태 인자 데이터에 관한 입력 실험 데이터 및 상기 한계 충전 용량에 관한 출력 실험 데이터 간의 관계를 규정하도록 학습되는, 배터리 관리 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 한계 충전 용량을 생성하는 단계는, 학습 완료된 상기 한계 용량 추정 모델에 기초하여 상기 환경 인자 데이터 및 상기 상태 인자 데이터의 조합에 대응하는 상기 한계 충전 용량의 매핑 테이블을 생성하는 단계; 및 상기 매핑 테이블에 기초하여 상기 한계 충전 용량을 생성하는 단계를 포함하는, 배터리 관리 방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 한계 충전 용량에 관한 상기 출력 실험 데이터는 복수의 충방전 사이클들이 인가되는 동안 상기 배터리의 저항 변동에 기초하여 준비되는, 배터리 관리 방법.
16. 제13항에 있어서, 상기 입력 실험 데이터는 샘플 배터리들에 대한 완속 충방전, 급속 충방전, 고온 저장 및 내부 저항 측정 중 적어도 하나에 기초하여 준비되는, 배터리 관리 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 내부 저항 측정에 따른 상기 저항 데이터는 상기 샘플 배터리들의 배터리 용량에 따른 고율(high rate) 충방전 전압의 변동을 나타내는 충전 프로파일 및 방전 프로파일을 기반으로 측정되는 히스테리시스 저항을 포함하는, 배터리 관리 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 히스테리시스 저항은 상기 충전 프로파일에 따른 고율 충전 전압 및 상기 방전 프로파일에 따른 고율 방전 전압의 차이를 타겟 범위에 대해 누적하는 방식으로 계산되고, 상기 타겟 범위는 상기 샘플 배터리들의 구성 성분 및 상기 샘플 배터리들에 대한 상기 퇴화 데이터에 기초하여 조정되는, 배터리 관리 방법.
19. 제11항에 있어서, 상기 한계 충전 용량은 상기 배터리에서 리튬이 석출되지 않도록 하는 충전 용량의 최대값을 포함하고, 상기 배터리 관리 방법은, 상기 배터리의 충전 용량이 상기 한계 충전 용량을 초과하는 경우 상기 배터리의 상태를 리튬 석출 상태로 진단하는 단계를 더 포함하는, 배터리 관리 방법.
20. 제11항에 있어서, 상기 배터리의 배터리 셀 음극은 음극 활물질을 포함하고, 상기 음극 활물질은 실리콘 계열 활물질을 포함하지 않는, 배터리 관리 방법.

Description

배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법{BATTERY MANAGEMENT APPARATUS AND BATTERY MANAGEMENT METHOD} 본 문서에 개시된 실시예들은 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법에 관한 것이다. 최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 배터리, Ni/MH 배터리 등과 최근의 리튬 이온 배터리를 모두 포괄하는 것으로 해석될 수 있다. 이차 전지 중 리튬 이온 배터리는 종래의 Ni/Cd 배터리, Ni/MH 배터리 등에 비해 높은 에너지 밀도를 가질 수 있으며, 소형 및 경량으로 제작될 수 있어 이동 기기의 전원에 관하여 높은 활용성을 가질 수 있다. 최근에는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다. 리튬 기반의 배터리를 높은 전류로 특정한 충전 상태(SOC) 이상으로 충전할 경우 배터리 내부에 리튬이 금속 형태로 석출될 수 있다. 석출된 리튬은 전해질 등과 부반응을 유발할 수 있으며, 이러한 현상이 심해질 경우 내부 단락에 의한 위험이 발생할 수 있다. 따라서, 리튬 석출을 유발하지 않는 범위에서 최적의 충전 전류를 도출하는 기술이 필요할 수 있다. 도 1은 일부 실시예에 따른 배터리 시스템을 구성하는 요소들을 예시한다. 도 2는 일부 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 구성하는 요소들을 예시한다. 도 3은 일부 실시예에 따른 한계 용량 추정 모델이 동작하는 방식을 예시한다. 도 4는 일부 실시예에 따른 한계 용량 추정 모델의 학습에 활용되는 입력 실험 데이터의 종류 및 출력 실험 데이터의 종류를 예시한다. 도 5는 일부 실시예에 따른 충전 프로파일 및 방전 프로파일에 기초하여 히스테리시스 저항을 산출하는 방식을 예시한다. 도 6은 일부 실시예에 따른 학습 완료된 한계 용량 추정 모델의 성능을 예시한다. 도 7은 일부 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 구성하는 단계들을 예시한다. 이하, 본 문서에 기재된 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서의 개시를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서에 기재된 실시예들의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 문서의 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제1", "제2", "첫째", "둘째", "A", "B", "(a)" 또는 "(b)"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 본 문서에서, 어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 언급되거나 "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로, 또는 무선으로), 또는 간접적으로(예: 제3 구성요소를 통하여) 연결될 수 있다는 것을 의미한다. 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory, CD-ROM)의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어를 통해 또는 두 개의 운전자 장치들 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다. 본 문서에 개시된 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 본 문서에 개시된 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 본 문서에 개시된 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다. 도 1은 일부 실시예에 따른 배터리 시스템을 구성하는 요소들을 예시한다. 도 1을 참조하면, 배터리 시스템(100)은 전력 장치(110), 배터리(120) 및 배터리 관리 장치(130)를 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 일부 구성이 배터리 시스템(100)에서 생략되거나 다른 범용적인 구성이 배터리 시스템(100)에 더 포함될 수 있다. 전력 장치(110)는 배터리(120)를 충전 또는 방전시키도록 구성될 수 있다. 전력 장치(110)는 전력 소모 장치 및/또는 전력 공급 장치를 포함할 수 있다. 전력 장치(110)는 전력을 소모하면서 배터리(120)를 방전시키거나, 전력을 생성하면서 배터리(120)를 충전시킬 수 있다. 실시예에 따르면, 전력 소모 장치는 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기 자동차(HEV), 전기 바이크 등의 모빌리티 장치를 포함할 수 있다. 모빌리티 장치는 배터리(120)를 충전시키는 전력 공급 장치로도 동작할 수 있다. 모빌리티 장치는 배터리(120)의 전력을 이용하여 모터를 구동하거나, 회생 제동을 통해 생성되는 전력으로 배터리(120)를 충전할 수 있다. 실시예에 따르면, 전력 공급 장치는 배터리(120)를 충전시키거나 방전시키는 충방전기를 포함할 수 있다. 충방전기는 주어진 프로파일이나 사이클을 기반으로 배터리(120)에 충전 전류, 충전 전압, 방전 전류 및/또는 방전 전압을 인가할 수 있다. 배터리(120)는 하나 이상의 배터리 팩 등을 포함할 수 있다. 배터리(120)의 배터리 팩은 복수의 배터리 모듈들을 포함할 수 있으며, 각 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 배터리(120)는 다양한 종류의 모빌리티 장치에 탑재될 수 있다. 배터리 관리 장치(130)는 배터리(120)의 진단, 관리 및/또는 제어를 위한 동작들을 수행할 수 있다. 배터리 관리 장치(130)는 배터리(120)의 배터리 데이터를 획득하고, 이를 기반으로 배터리(120)의 상태를 진단하거나 관리할 수 있으며, 배터리(120)의 출력이나 충방전을 제어할 수 있다. 실시예에 따르면, 배터리 관리 장치(130)는 온-보드 방식으로 배터리(120)와 함께 구성되는 배터리 관리 시스템(BMS), 및/또는 오프-보드 방식으로 배터리(120)와 원격으로 배치되는 외부 장치를 포함할 수 있다. 외부 장치는 배터리 충전소의 충전기, 배터리 진단기, 클라우드 컴퓨팅 서버 등을 포함할 수 있다. 배터리 시스템(100)은 관리 서버를 더 포함할 수 있다. 관리 서버는 배터리 관리 장치(130)의 관리 결과를 관리할 수 있다. 관리 서버는 유/무선 통신 방식으로 배터리 관리 장치(130)와 데이터를 교환할 수 있다. 배터리(120)의 불량이 진단되거나 수명이 예측되면 그 결과들이 관리 서버로 전달되어 데이터베이스에 기록될 수 있다. 실시예에 따르면, 배터리 관리 장치(130)는 배터리 관리 소프트웨어를 실행함으로써 진단 동작들을 수행할 수 있고, 관리 서버는 배터리 관리 소프트웨어의 업데이트 정보를 배터리 진단 장치(130)에 제공할 수 있다. 도 2는 일부 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 구성하는 요소들을 예시한다. 도 2를 참조하면, 배터리 관리 장치(130)는 인터페이스(131) 및 컨트롤러(132)를 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 일부 구성이 배터리 관리 장치(130)에서 생략되거나, 다른 범용적인 구성이 배터리 관리 장치(130)에 더 포함될 수 있다. 인터페이스(131)는 배터리(120)의 배터리 데이터를 획득할 수 있다. 실시예에 따르면, 인터페이스(131)는 배터리 데이터를 수신하도록 구성되는 통신 유닛 및/또는 배터리 데이터를 측정하도록 구성되는 센서 유닛을 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 배터리 관리 장치(130)가 오프-보드 형태로 구현되는 경우, 통신 유닛은 유선 데이터 통신, 무선 데이터 통신 등의 방식으로 배터리 데이터를 수신할 수 있다. 또는, 배터리 관리 장치(130)가 온-보드 형태로 구현되는 경우, 센서 유닛은 배터리(120)로부터 전압, 전류, 온도, 저항 등의 값들을