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WO2018124514A1 - 배터리 관리 장치 및 이를 이용한 리튬인산철 셀의 과전압 보호 방법 - Google Patents

배터리 관리 장치 및 이를 이용한 리튬인산철 셀의 과전압 보호 방법 Download PDF

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Publication number
WO2018124514A1
WO2018124514A1 PCT/KR2017/014096 KR2017014096W WO2018124514A1 WO 2018124514 A1 WO2018124514 A1 WO 2018124514A1 KR 2017014096 W KR2017014096 W KR 2017014096W WO 2018124514 A1 WO2018124514 A1 WO 2018124514A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lfp
battery
voltage
discharge
voltage value
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/014096
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
차선영
조원태
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to US16/314,775 priority Critical patent/US10873201B2/en
Priority to ES17887097T priority patent/ES2963188T3/es
Priority to EP17887097.8A priority patent/EP3483976B1/en
Priority to PL17887097.8T priority patent/PL3483976T3/pl
Publication of WO2018124514A1 publication Critical patent/WO2018124514A1/ko

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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery management apparatus, and more particularly, to a battery management apparatus and method configured to over-protect the lithium iron phosphate cells included in the battery.
  • Batteries can be repeatedly charged and discharged and used as power sources in a variety of applications.
  • lithium-ion batteries are used in devices that can be carried in human hands, such as mobile phones, laptop computers, digital cameras, video cameras, tablet computers, power tools, etc., as well as electric bicycles, electric motorcycles, and electric vehicles. It is used in various electric drive power devices such as automobiles, hybrid cars, electric boats, electric airplanes, and the like.
  • SOC state of charge
  • the SOC is a parameter that measures how long the battery can be used reliably for the future, and is notified to the user by a value such as 0 to 1 or 0% to 100% based on the design capacity.
  • battery-equipped devices such as laptops, mobile phones, and automobiles, estimate the SOC and provide the user with information that converts the estimated SOC into available time.
  • the SOC of a battery is typically expressed as a percentage of the current remaining capacity relative to the factory design capacity, in which case ampere counting is widely used to determine the SOC.
  • the battery may include a plurality of unit cells connected in series with each other, the actual charging and discharging characteristics of each unit cell may not be exactly the same due to errors in the manufacturing process, and the conditions of use such as an increase in charge and discharge cycles, temperature For example, the SOC and the degree of degeneration between unit cells may gradually increase. Such deviations between unit cells lead to a situation in which the specific cells included in the battery are excessively charged or discharged, which in turn leads to a decrease in the overall performance of the battery.
  • Patent Document 1 Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2015-0089627 and the like have been disclosed as a conventional technology for solving the above-mentioned problems.
  • Patent Literature 1 discloses a technique for balancing the remaining cells by discharging a cell having the highest voltage among a plurality of cells.
  • the cell balancing technique disclosed in Patent Document 1 has a limitation that it is not appropriate to apply to a lithium iron phosphate cell (hereinafter referred to as an "LFP cell").
  • An LFP cell is a battery cell in which lithium iron phosphate (Li X FePO 4 ) is used as an active material of a positive electrode. 'LFP cells have advantages such as long life.
  • FIG. 1 schematically shows the OCV-SOC curve of each of the lithium ion cell and the LFP cell shown in the preliminary experiment conducted while maintaining the predetermined temperature.
  • the solid line in FIG. 1 shows the OCV-SOC curve of a lithium ion cell using LiCoO 2 as the positive electrode, and the dotted line shows the OCV-SOC curve of the LFP cell using LiFePO 4 as the positive electrode. Almost no change in OCV occurs in the SOC section except at the end.
  • the OCV of the LFP cell is almost constant in most SOC intervals, but increases rapidly only when the SOC reaches a point very close to 1, so that the overvoltage of the LFP cell can be detected before the point is reached. It is hard to find signs.
  • the maximum allowable amount of balancing current during discharging a particular cell is very small, which may require several hours to lower the SOC by 1%.
  • the cell balancing circuit it is virtually impossible to quickly discharge the LFP cell in which the sudden increase in OCV occurs near the charge upper limit voltage, which may result in irreversible damage of the LFP cell.
  • the present invention was developed under the background of the prior art as described above, and takes into account the sudden voltage rise characteristic near the SOC 100%, which can be seen through the charging curve of the LFP cell, a plurality of series connected in the LFP battery during the charging process.
  • an apparatus and method are provided to protect the LFP cell from overvoltage by initiating a discharge process.
  • Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for determining a threshold voltage value for determining whether an LFP cell is in danger of overvoltage in consideration of a delay time of a power system.
  • an apparatus and method for determining whether to interrupt the discharge process based on the partial discharge capacity calculated through the amperage counting from the end of the charging process are provided.
  • Battery management apparatus for achieving the above technical problem, is electrically connected to a plurality of LFP cells connected in series in the LFP battery, by separately measuring the voltage of each LFP cell, A voltage measuring unit outputting a voltage value indicating the voltage; And a first signal for requesting the initiation of a charging process for the LFP, wherein at least one of voltage values of the plurality of LFP cells output from the voltage measuring unit during the charging process is performed by the first signal. And a controller configured to output a second signal for requesting to stop the charging process and then output a third signal for requesting to start the discharge process when a threshold voltage value is reached.
  • the charging process is configured to increase the voltage provided to the LFP battery in a step form from a predetermined initial charging target voltage value to a terminal charging target voltage value.
  • the LFP discharge process is configured to reduce the voltage provided to the LFP battery in a step form from a predetermined initial discharge target voltage value to a terminal discharge target voltage value.
  • the initial charging target voltage of the charging process is larger than the initial discharge target voltage of the discharge processor.
  • the controller may determine the threshold voltage value by subtracting a voltage margin value corresponding to a delay time from a predetermined charge upper limit voltage value of the LFP cell.
  • the controller may determine the delay time based on at least one of a first elapsed time and a second elapsed time.
  • the first elapsed time is a time from an output time point of the first signal to a start time of the charging processor according to the first signal
  • the second elapsed time is determined from an output time point of the third signal. It may be a time until the start time of the discharge processor by the third signal.
  • the current measuring unit for measuring the current of the LFP battery, and outputs a current value representing the measured current may further include a.
  • the controller may calculate the partial discharge capacity of the LFP battery by integrating the current value output from the current measuring unit with respect to time from the time when the discharging process is started. Next, when the partial discharge capacity reaches a discharge reference ratio to the remaining capacity of the LFP battery at the time when the charging process is stopped, the controller may output a fourth signal for requesting to stop the discharge process.
  • the discharge reference ratio may be 3%.
  • the controller may output a fifth signal requesting an increase in the voltage provided to the LFP battery whenever the current of the LFP battery reaches a first threshold current value during the charging process. .
  • the controller may output a sixth signal requesting a drop in the voltage provided to the LFP battery whenever the current of the LFP battery reaches a second threshold current value during the discharge process.
  • the discharging process may further include reducing the voltage provided to the LFP battery along a predetermined slew rate from the voltage value at the time when the charging process is stopped by the first signal to the initial discharge target voltage value. It may be what is disclosed.
  • a battery pack including; the battery management device.
  • a method for protecting an LFP cell included in an LFP battery from an overvoltage using the battery management apparatus includes outputting a first signal requesting the initiation of a charging process for the LFP battery; Outputting a second signal requesting to stop the charging process when at least one of voltage values of a plurality of LFP cells reaches a threshold voltage value while the charging process is performed by the first signal; And outputting a third signal requesting the start of a discharge process after the charging process is stopped by the second signal.
  • the charging process is configured to increase the voltage provided to the LFP battery in a step form from a predetermined initial charging target voltage value to a terminal charging target voltage value, wherein the discharging process is provided to the LFP battery.
  • the voltage is configured to decrease in a step form from a predetermined initial discharge target voltage value to a late discharge target voltage value.
  • the LFP cell when the voltage value of at least one of the plurality of LFP cells connected in series in the LFP battery shows an overvoltage hazard indication, the LFP cell can be protected from overvoltage by initiating a discharge process. have.
  • the threshold voltage value for determining whether the LFP cell is in danger of overvoltage may be determined in consideration of the delay time of the power supply system. Accordingly, the threshold voltage value is adaptively adjusted according to the delay time, thereby effectively preventing overvoltage of the LFP cell than when the threshold voltage value is fixed.
  • FIG. 1 is a graph schematically illustrating an OCV-SOC curve capable of identifying characteristics of an LFP battery.
  • FIG. 2 is a block diagram of a power supply system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph referred to for explaining an association between various modes in which a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention may operate.
  • 4 and 5 are flow charts showing the flow of steps in a method of protecting an LFP cell from overvoltage in accordance with an embodiment of the present invention.
  • the LFP battery refers to an assembly of a plurality of LFP cells connected in series or in parallel, including a single LFP cell including an assembly of an anode / membrane / cathode and an electrolyte in one packaging material. It may be.
  • the LFP battery may be a component included in the battery pack together with the battery management apparatus 100 to be described later.
  • FIG. 2 is a block diagram of a power supply system according to an embodiment of the present invention.
  • a power supply system includes a battery management device 100 and a load device 200.
  • the battery management apparatus 100 may include a voltage measurer 110, a current measurer 120, and a controller 140, and may further include a temperature measurer 130.
  • the device 100 can protect the LFP battery B as well as each LFP cell contained therein from overvoltage by adjusting a process related to charging and discharging the LFP battery B when predetermined conditions are met. Configured to execute the control.
  • the LFP battery B is electrically connected to the load device 200 through the high potential terminal PACK + and the low potential terminal PACK ⁇ .
  • the load device 200 refers to a device that operates with power output from the LFP battery B or operates to charge the LFP battery B to a required voltage.
  • the LFP battery B includes four LFP cells cells 1 to cell 4 connected in series.
  • LFP cells included in the LFP battery B may be manufactured to have the same electrochemical characteristics and physical specifications. For example, each LFP cell may be designed to have a charge upper limit voltage value of 3.7V.
  • the load device 200 includes a control system 210, a power converter 220, and a load 230.
  • the load device 200 may optionally further include a charger 240.
  • the charger 240 may provide a charging current capable of charging the LFP battery B to the LFP battery B through the power converter 220.
  • the charger 240 may generate a charging current by itself, or may generate a charging current by receiving power from a commercial power source.
  • the load 230 may be a motor included in an electric vehicle or a hybrid vehicle, and the power converter 220 may be an inverter capable of bidirectional power conversion.
  • the control system 210 is a computing system that controls the overall operation of the load device 200.
  • the control system 210 may control charging and discharging of the LFP battery B by using an output parameter of the LFP battery B provided by the controller 140.
  • the load device 200 may provide a constant voltage having a predetermined level to the LFP battery B based on the output parameter of the LFP battery B provided by the controller 140.
  • each LFP cell included in the LFP battery B may be charged or discharged.
  • the power converter 220 transfers the discharge output of the LFP battery B to the load 230 side. At this time, the power conversion unit 220 may adjust the degree of power conversion so that the LFP battery (B) can be discharged within the range of the output parameter under the control of the control system 210.
  • the power converter 220 may transfer the charging output supplied from the charger 240 to the LFP battery B side.
  • the power converter 220 may adjust the power conversion degree so that the LFP battery B may be charged within the range of the output parameter under the control of the control system 210.
  • the device 100 may further include a memory unit 150.
  • the memory unit 150 is not particularly limited as long as it is a storage medium capable of recording and erasing information.
  • the memory unit 150 may be a RAM, a ROM, a register, a hard disk, an optical recording medium, or a magnetic recording medium.
  • the memory unit 150 may also be electrically connected to the controller 140 via, for example, a data bus so as to be accessible by the controller 140.
  • the memory unit 150 also stores and / or updates and / or erases and / or transmits a program including various control logics performed by the controller 140 and / or data generated when the control logic is executed.
  • the memory unit 150 may be logically divided into two or more and is not limited to being included in the controller 140.
  • the voltage measuring unit 110 is electrically coupled with the control unit 140 to transmit and receive electrical signals.
  • the voltage measuring unit 110 measures the voltage applied between the positive electrode and the negative electrode of the LFP battery B at a time interval under the control of the controller 140, and outputs a voltage value indicating the measured voltage to the controller 140. do.
  • the voltage measuring unit 110 measures a voltage applied to both ends of each LFP cell included in the LFP battery B, and outputs a voltage value indicating the voltage measured from each LFP cell to the controller 140. Can be.
  • the voltage measuring unit 110 may be electrically connected to the positive electrode and the negative electrode of each LFP cell through a plurality of sensing lines.
  • the controller 140 stores the voltage value of the LFP battery B and the voltage value of each LFP cell output from the voltage measuring unit 110 in the memory unit 150.
  • the voltage measuring unit 110 may be configured as a voltage sensor generally used in the art.
  • the current measuring unit 120 is electrically coupled with the control unit 140 to transmit and receive electrical signals.
  • the current measuring unit 120 measures the current flowing through the LFP battery B at a time interval under the control of the controller 140, and outputs a current value representing the measured current to the controller 140.
  • the controller 140 stores the current value output from the current measuring unit 120 in the memory unit 150.
  • the current measuring unit 120 may include a hall sensor or a sense resistor generally used in the art.
  • the controller 140 may determine whether the LFP battery B is being charged, discharged, or not in use, according to the sign of the current value output from the current measuring unit 120.
  • the temperature measuring unit 130 is electrically coupled with the control unit 140 to transmit and receive an electrical signal.
  • the temperature measuring unit 130 measures the temperature of the LFP battery B at a time interval and outputs a temperature value indicating the measured temperature to the controller 140.
  • the controller 140 stores the temperature value output from the temperature measuring unit 130 in the memory unit 150.
  • the temperature measuring unit 130 may be formed of a thermocouple commonly used in the art.
  • the apparatus 100 may further include a communication interface 160.
  • the communication interface 160 is a component necessary for the controller 140 to communicate with the control system 210 included in the load device 200.
  • Any communication interface 160 may be used as long as it is a known communication interface that supports two different systems to communicate with each other.
  • the communication interface may support wired or wireless communication.
  • the communication interface may support CAN communication or daisy chain communication.
  • the controller 140 may include at least one of a voltage value of the LFP battery B output by the voltage measuring unit 110 and a current value of the LFP battery B output by the current measuring unit 120 and the temperature measuring unit ( The SOC of the LFP battery B may be determined by selectively utilizing the temperature value of the LFP battery B output by 130.
  • the control unit 140 is based on the current value of the LFP battery (B) output by the current measuring unit 120 and the voltage value of each LFP cell (cell) output by the voltage measuring unit 110, LFP Individual SOCs of cells may be determined individually.
  • the SOC of the LFP battery B may be a value determined using an amp counting method.
  • the controller 140 continuously monitors the SOC of the LFP battery B based on the result of integrating the current value periodically measured through the current measuring unit 120 with respect to time, and most recently. The determined SOC can be updated with the SOC determined at this time.
  • the temperature value of the LFP battery B can be used to correct the current integration amount.
  • the controller 140 monitors the voltage values sequentially output by the voltage measuring unit 110 and the current values sequentially output by the current measuring unit 120. At this time, the voltage measurement point by the voltage measurement unit 110 and the current measurement point by the current measurement unit 120 may be synchronized with each other. Optionally, the temperature measurement time by the temperature measuring unit 130 may also be synchronized to the voltage measuring time by the voltage measuring unit 110 or the current measuring time by the current measuring unit 120. In addition, the controller 140 may store a predetermined number of voltage values and a predetermined number of current values output from each of the voltage measuring unit 110 and the current measuring unit 120 for a predetermined period from the present time in the memory unit 150. have.
  • FIG 3 is a graph referred to for explaining an association between various modes in which the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may operate.
  • the battery management apparatus 100 may operate in at least a soft charge mode and a soft discharge mode.
  • the controller 140 may operate in the first transition mode for at least a part of the entire period from when the soft charging mode ends until the soft discharge mode starts.
  • the controller 140 may operate in the second transition mode at least partially during the period from the end of the soft discharge mode to the start of the soft charge mode, which is distinguished from the first transition mode.
  • the controller 140 When entering the soft charging mode, the controller 140 outputs a signal for requesting the start of a predetermined charging process.
  • the signal requesting the initiation of the charging process may be transmitted to the load device 200.
  • the charging process may be a process configured to increase the voltage provided from the load device 200 to the LFP battery B in a step form from a predetermined initial charging target voltage value to a terminal charging target voltage value.
  • the terminal charge target voltage value may be predetermined in consideration of the number of the plurality of LFP cells 1 to cell 4 connected in series included in the LFP battery B and the respective charge upper limit voltage values. For example, when the charge upper limit voltage value of each LFP cell is 3.7V and four LFP cells are connected in series, the terminal charge target voltage value may be 14.8V.
  • the constant voltage of the initial charging target voltage value of 14.2V may be provided to the LFP battery B from the start of the charging process until the predetermined voltage raising condition is satisfied.
  • a constant voltage higher than 14.2V may be provided to the LFP battery B.
  • the constant voltage higher than 14.2V may be 14.8V, which is the terminal charging target voltage value, or may have a level between 14.2V and 14.8V.
  • the terminal charging target voltage value is set as an upper limit, and the voltage provided to the LFP battery B can be increased by a predetermined value (for example, 0.2 V) whenever the voltage rising condition is satisfied. have.
  • the voltage raising condition is that the current value from the current measuring unit 120 reaches a predetermined first threshold current value.
  • the first threshold current value may also be predetermined as a positive number. For example, when the constant voltage of the first level according to the charging process is being provided to the LFP battery B, when the current value from the current measuring unit 120 gradually decreases to reach 1.5 A determined as the first threshold current value, A constant voltage of a second level higher than the first level may be provided to the LFP battery B according to the charging process. If the first level is the terminal charge target voltage value, the charging process may be automatically terminated.
  • the controller 140 may determine whether the voltage rising condition is satisfied in order to provide the LFP battery B with a constant voltage of the next level belonging to the charging process or to terminate the charging process.
  • the first threshold current value may be previously determined to be an appropriate value in consideration of a measurement error of the current measuring unit 120.
  • the controller 140 individually monitors voltage values of the plurality of LFP cells cells 1 to 4 included in the LFP battery B. It may be periodically determined whether at least one of the monitored voltage values has reached the threshold voltage value. If at least one of the monitored voltage values reaches a threshold voltage value during the charging process, the controller 140 may output a signal for requesting to stop the charging process. Along with this or separately, the controller 140 outputs the data indicating the SOC of the LFP battery B, that is, the current or most recently determined remaining capacity at the time of outputting a signal requesting to stop the charging process. ) Can be stored.
  • the threshold voltage value is lower than the predetermined charge upper limit voltage value of the LFP cell, and may be determined in consideration of the delay time.
  • the delay time may be a total time elapsed from the transmission time of the specific signal to the execution time of the function designated by the specific signal in the power supply system.
  • the controller 140 may determine the threshold voltage value by subtracting the voltage margin value corresponding to the delay time from the charge upper limit voltage value.
  • the voltage margin may be a parameter proportional to the delay time. In this case, as the delay time increases, the threshold voltage value may decrease, and conversely, as the delay time decreases, the threshold voltage value may increase.
  • the controller 140 may release the soft charging mode.
  • the controller 140 may immediately enter the soft discharge mode or may enter the soft discharge mode through the first transition mode.
  • the soft discharge mode will be described first, and then the description of the first transition mode will be continued.
  • the controller 140 When entering the soft discharge mode, the controller 140 outputs a signal requesting the start of a predetermined discharge process.
  • the signal for requesting the start of the discharge process may be transmitted to the load device 200.
  • the discharging process may be a process configured to reduce the voltage provided from the load device 200 to the LFP battery B from a predetermined initial discharge target voltage value in the form of steps.
  • the constant voltage of the initial discharge target voltage value 13.3V can be provided to the LFP battery B from the start of the discharge process until the predetermined voltage drop condition is satisfied.
  • a constant voltage lower than 13.3V may be provided to the LFP battery B.
  • the constant voltage lower than 13.3V may be 13.0V, which is the terminal discharge target voltage value, or may have a level between 13.3V and 13.0V (eg, 13.2V and 13.1V).
  • the voltage provided to the LFP battery B may be lowered by a predetermined value (for example, 0.1V).
  • the lower limit value of the voltage provided to the LFP battery B in the discharge process may not be predetermined.
  • the voltage drop condition is that the current value from the current measuring unit 120 reaches a predetermined second threshold current value. Assuming that the current value from the current measuring unit 120 is negative while the discharge current of the LFP battery B is flowing, the second threshold current value may also be predetermined as negative. For example, when the third level constant voltage according to the discharge process is being provided to the LFP battery B, the current value from the current measuring unit 120 gradually increases to reach -1.5 A defined as the second threshold current value. According to the discharging process, a fourth level constant voltage lower than the third level may be provided to the LFP battery B. FIG. If the third level is the terminal discharge target voltage value, the discharge process may be automatically terminated.
  • the controller 140 may determine whether the voltage drop condition is satisfied in order to provide the LFP battery B with a constant voltage of the next level belonging to the discharge process or to terminate the discharge process.
  • the second threshold current value like the first threshold current value, may be determined in advance as an appropriate value in consideration of a measurement error of the current measuring unit 120 and the like.
  • the controller 140 monitors the current value from the current measuring unit 120 and integrates the monitored current values over time.
  • the discharge capacity can be calculated.
  • the partial discharge capacity can be, for example, a parameter whose units are 'Amp hours'. If the partial discharge capacity reaches the discharge reference ratio with respect to the remaining capacity of the LFP battery B at the time when the charging process is most recently stopped, the controller 140 may output a signal requesting the termination of the discharge process. Can be. For example, assuming that the remaining capacity of the LFP battery B corresponds to 90% SOC at the time when the charging process is most recently stopped, the partial discharge capacity corresponds to SOC 2.7%, which is 3% of SOC 90%. If it is equal to or greater than the capacitance, the controller 140 may output a signal for requesting to stop the discharge process.
  • the discharge reference ratio is a parameter for preventing the LFP battery B from being discharged more than necessary while preventing overvoltage of the LFP cell, and may be determined in consideration of a charging curve of the LFP cell. have. For example, in a charge curve of an LFP cell, 97% of SOC starts a sharp change in OCV (e.g., voltage change rate is above a certain value), and 3% which is a difference from 100% of SOC corresponding to a full charge state. Similarly, the discharge reference ratio can be determined.
  • the controller 140 may release the soft discharge mode.
  • the controller 140 may determine the first elapsed time from an output time point of the signal for requesting the start of the charging process to the start time of the charging process as the delay time.
  • the controller 140 may determine the second elapsed time from the output time of the signal requesting the start of the discharge process to the start time of the discharge process as the delay time.
  • the controller 140 may determine the average of the first elapsed time and the second elapsed time as the delay time based on the first elapsed time and the second elapsed time.
  • the delay time does not exclude that it may have a predetermined fixed value through preliminary experiments.
  • the transition mode may be classified into a first transition mode and a second transition mode.
  • the controller 140 operates in the first transition mode at least when the charging process is stopped by at least a signal requesting the termination of the charging process or until after the discharge process is started.
  • the first transition mode is a mode for stably lowering the voltage supplied to the LFP battery B from the voltage value at the time when the charging process is stopped to the initial discharge target voltage value. Therefore, the maximum value of the voltage value that can be dropped during the first transition mode may be equal to a value obtained by subtracting the initial discharge target voltage value from the last charge target voltage value. For example, in the case of FIG. 3, the maximum value of the voltage value that can fall during the first transition mode is 1.5V.
  • a predetermined first slew rate associated with the first transition mode may be predetermined and stored in the memory unit 150.
  • the first slew rate is a parameter that defines the rate of falling of the voltage provided to the LFP battery B. That is, the voltage provided to the LFP battery B in the first transition mode is continuously reduced along the first slew rate.
  • the controller 140 when the voltage value and the first slew rate of the constant voltage provided to the LFP battery B when the charging process is stopped are 14.8 V and ⁇ 0.1 V / 12 sec, respectively, the controller 140 totally 180 Will operate in the first transition mode for seconds.
  • 70 second is a value known from "(13.3V-14.8V) ⁇ 1st slew rate.”
  • the control unit 140 has a second slew rate (eg, + 0.1V / 5sec) having a sign opposite to the first slew rate as shown in FIG. 3. ) May operate in a second transition mode in which the voltage provided to the LFP battery B is increased to an initial charging target voltage value.
  • a second slew rate eg, + 0.1V / 5sec
  • the charging process includes constant voltage sections of at least the initial charging target voltage value and the last charging target voltage value
  • the discharging process includes at least the initial discharge target voltage value and the last discharge target. It is assumed to include constant voltage sections of the voltage value.
  • at least one of the charging process and the discharge process, there are at least two constant voltage periods included therein, may be three or more depending on the embodiment.
  • step S410 the controller 140 outputs a signal for requesting the start of a charging process for the LFP battery B.
  • FIG. The signal output through step S410 is transmitted to the load device 200 through the interbase unit 160 to induce the load device 200 to start the charging process.
  • the charging process is configured to increase the voltage provided to the LFP battery in a step form from a predetermined initial charging target voltage value to a later charging target voltage value.
  • step S420 the controller 140 determines whether the charging process is started by the signal output through the step S410. For example, the controller 140 may determine that the charging process is started when the voltage value indicating the voltage applied to both ends of the LFP battery B output from the voltage measuring unit 110 matches the initial charging target voltage value. have. In the present invention, the coincidence of one value with another value may mean not only the case where the value is exactly the same, but also when the difference between the two values is within a predetermined allowable range. If the determination result of step S420 is "YES", the controller 140 proceeds to step S431.
  • the controller 140 enters the soft charging mode and supplies at least one of the plurality of LFP cells cells 1 to 4 while the constant voltage from the initial charging target voltage value is supplied to the LFP battery B.
  • FIG. It is determined whether the voltage value has reached the threshold voltage value.
  • step S431 If the determination result of step S431 is "NO”, the control unit 140 proceeds to step S432. If the determination result of step S431 is "YES”, the control unit 140 proceeds to step S510.
  • step S432 the controller 140 determines whether the current value of the LFP battery B has reached the first threshold current value. If the determination result of step S432 is "YES", the control unit 140 proceeds to step S433.
  • step S433 the controller 140 determines whether the voltage value of the LFP battery B exceeds the terminal charging target voltage value. This is to prevent the overall overcharging of the LFP battery B during the charging process.
  • step S433 determines whether the process or initiate the second transition mode. If the determination result of step S433 is "NO”, the control unit 140 proceeds to step S434. If the determination result of step S433 is YES, the controller 140 may terminate the process or initiate the second transition mode.
  • step S434 the controller 140 outputs a signal requesting an increase in the voltage provided to the LFP battery B. That is, a signal is outputted requesting that the voltage provided to the LFP battery B be raised to the constant voltage in the next order.
  • the control unit 140 can return to step S431.
  • step S510 the controller 140 outputs a signal for requesting to stop the charging process for the LFP battery B.
  • FIG. The signal output through step S510 is transmitted to the load device 200 through the interbase unit 160, thereby inducing the load device 200 to stop the charging process.
  • step S520 when the charging process is terminated by the signal output through step S410, the controller 140 outputs a signal requesting to start the discharge process.
  • the controller 140 may operate in the first transition mode between steps S510 and S520.
  • step S530 the controller 140 determines whether to start the discharge process by the signal output through step S520. For example, the controller 140 may determine that the discharge process is started when the voltage value indicating the voltage applied to both ends of the LFP battery B output from the voltage measurer 110 matches the initial discharge target voltage value. have. If the determination result of step S530 is "YES", the control unit 140 proceeds to step S541.
  • step S541 the controller 140 calculates the partial discharge capacity from the time when the soft discharge mode is entered.
  • step S542 the controller 140 determines whether the partial discharge capacity satisfies a predetermined condition for stopping the discharge process.
  • the discharge process interruption condition is that the partial discharge capacity reaches the discharge reference ratio to the remaining capacity of the LFP battery at the time when the charging process is stopped.
  • step S542 determines whether the determination result of step S542 is "NO" If the determination result of step S542 is "NO”, the control unit 140 proceeds to step S543. If the determination result of step S542 is "YES”, the control unit 140 may terminate the process or start the second transition mode.
  • step S543 the controller 140 determines whether the current value of the LFP battery B has reached the second threshold current value.
  • step S543 If the determination result of step S543 is YES, the controller 140 proceeds to step S544. If the determination result of step S543 is "NO", the control unit 140 may return to step S541.
  • step S544 the controller 140 determines whether the voltage value of the LFP battery B is less than the terminal discharge target voltage value. This is to prevent unnecessary discharge of the LFP battery B during the process of overvoltage protection of at least one LFP cell.
  • step S544 determines whether the process or initiate the second transition mode. If the determination result of step S544 is "NO”, the control unit 140 proceeds to step S545. If the determination result of step S544 is YES, the controller 140 may terminate the process or initiate the second transition mode.
  • step S545 the controller 140 outputs a signal requesting a drop of the voltage provided to the LFP battery B. That is, a signal is output to request that the voltage provided to the LFP battery B be lowered down to the next constant voltage.
  • the control unit 140 can return to step S541.
  • each component may be selectively integrated with other components or each component may be divided into subcomponents for efficient execution of control logic (s).
  • control logic control logic
  • the integrated or divided components should also be interpreted as being within the scope of the present invention, provided that the functional identity can be recognized even if the components are integrated or divided.

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Abstract

배터리 관리 장치 및 이를 이용한 LFP 셀의 과전압 보호 방법을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는, LFP 배터리 내에서 직렬 연결된 복수의 LFP 셀과 전기적으로 연결되고, 각 LFP 셀의 전압을 개별적으로 측정하여, 측정된 전압을 나타내는 전압값을 출력하는 전압 측정부; 및 상기 LFP 에 대한 충전 프로세스의 개시를 요청하는 제1 신호를 출력하고, 상기 제1 신호에 의해 상기 충전 프로세스가 진행되는 동안 상기 전압 측정부로부터 출력되는 복수의 LFP 셀의 전압값 중 적어도 하나가 임계 전압값에 도달한 경우, 상기 충전 프로세스의 중단을 요청하는 제2 신호를 출력한 다음 방전 프로세스의 개시를 요청하는 제3 신호를 출력하는 제어부;를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치 및 이를 이용한 리튬인산철 셀의 과전압 보호 방법
본 출원은 2017년 01월 02일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2017-0000360호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 관리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리에 포함된 리튬인산철 셀들을 과전압으로 보호할 수 있도록 구성된 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
배터리는 반복적인 충전과 방전이 가능하므로 다양한 분야에서 전력 소스로 사용된다. 예를 들어, 리튬 이온 배터리 등은, 휴대 전화, 랩탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 비디오 카메라, 태블릿 컴퓨터, 전동 공구 등과 같이 사람의 손에 휴대할 수 있는 장치에 사용됨은 물론, 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 배, 전기 비행기 등과 같은 각종 전기구동 동력 장치에 사용된다.
배터리로부터 에너지를 공급받는 각종 장치나 시스템의 안정적인 사용을 위해서는, 배터리의 충전 상태(SOC: State Of Charge)에 대한 정확한 정보가 필수적이다. 특히, SOC는 배터리를 앞으로 어느 정도의 시간동안 안정적으로 사용 가능한지 가늠하는 척도가 되는 파마리터로서, 설계 용량을 기준으로 0~1 또는 0%~100%과 같은 수치로 사용자에게 통지된다. 예컨대, 노트북이나 휴대폰, 자동차 등 배터리 장착 장치들은 SOC를 추정하고, 추정된 SOC를 사용 가능 시간 등으로 환산한 정보를 사용자에게 제공한다.
배터리의 SOC는, 일반적으로 출고 당시의 설계 용량에 대한 현재의 잔존 용량을 백분율로 표현되는데, 이 경우 SOC를 결정하는 데에는 적류 적산 방식(ampere counting)이 널리 활용되고 있다.
한편, 배터리에는 상호 직렬 연결된 복수의 단위 셀들이 포함될 수 있는데, 제조 공정 상의 오차 등으로 인해 각 단위 셀들의 실제 충방전 특성은 완벽히 동일할 수는 없으며, 충방전 사이클의 증가, 온도 등의 사용 조건 등으로 인해 단위 셀들 간의 SOC와 퇴화도 차이가 점차 증가될 수 있다. 이러한 단위 셀들 간의 편차는, 배터리에 포함된 특정 셀의 과도하게 충전 또는 방전되는 상황으로 이어지며, 이는 결국 배터리의 전반적인 성능 저하로 연계된다.
전술한 문제를 해결하기 위한 종래기술로서 특허문헌 1(한국 공개특허공보 제10-2015-0089627호) 등이 개시된바 있다. 특허문헌 1에서는 복수의 셀들 중에서 가장 높은 전압을 가지는 셀을 방전시킴으로써, 나머지 셀과의 밸런싱을 행하는 기술을 개시하고 있다. 하지만, 특허문헌 1에 개시된 셀 밸런싱 기술은 리튬인산철 셀(이하, 'LFP 셀'라고 함)에 적용하는 것이 적절치 않다는 한계를 가진다. LFP 셀이란, 양극의 활물질로서 리튬 인산철(LiXFePO4)이 이용되는 배터리 셀이다. 'LFP 셀은, 긴 수명 등의 장점을 가지고 있다.
도 1에서 확인할 수 있듯이, LFP 셀의 경우, 다른 종류의 셀에 대비하여 적정 사용 구간(예, SOC 30%~95%) 동안의 OCV(Open Circuit Voltage)의 변화가 현저히 작은 특성을 가진다. 구체적으로, 도 1은 소정의 온도를 유지하면서 진행된 사전 실험에서 나타난 리튬 이온 셀과 LFP 셀 각각의 OCV-SOC 커브를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1의 실선은 양극에 LiCoO2를 사용하는 리튬 이온 셀의 OCV-SOC 커브를 나타내고, 점선은 양극에 LiFePO4를 사용하는 LFP 셀의 OCV-SOC 커브를 나타낸 것으로서, LFP 셀은 충전 말기와 방전 말기를 제외한 SOC 구간에서 OCV의 변화가 거의 발생하지 않는다. 즉, LFP 셀의 OCV는, 대부분의 SOC 구간에서 거의 일정하게 유지되다가 SOC가 1에 매우 근접한 포인트에 이르러서야 급격히 증가하는 특성을 가지므로, 해당 포인트에 도달하기 전에는 LFP 셀의 과전압을 감지할 수 있는 징후를 찾기 어렵다.
또한, 셀 밸런싱을 위한 회로의 하드웨어적인 제약으로 인하여, 특정 셀을 방전시키는 동안에 최대로 허용될 수 있는 밸런싱 전류의 크기가 매우 작으므로, SOC를 1% 낮추는 데에 수 시간이 요구되기도 한다. 따라서, 셀 밸런싱 회로를 이용하더라도, 충전 상한 전압 근처에서 OCV의 급격한 증가가 발생하는 LFP 셀을 신속히 방전시키는 것이 사실상 불가능하여, 결국 LFP 셀의 비가역적인 손상이 초래될 수 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, LFP 셀의 충전 커브를 통해 확인할 수 있는 SOC 100% 근처에서의 급격한 전압 상승 특성을 고려하여, 충전 프로세스의 진행 중에 LFP 배터리 내에서 직렬 연결된 복수개의 LFP 셀들 중 적어도 하나의 전압값이 과전압 위험 징후를 보이는 경우, 방전 프로세스를 개시함으로써, LFP 셀을 과전압으로부터 보호할 수 있는 장치와 방법을 제공하고자 한다.
또한, 전원 시스템의 지연 시간을 고려하여 LFP 셀의 과전압 위험 여부를 판정하기 위한 임계 전압값을 결정할 수 있는 장치와 방법을 제공하고자 한다.
또한, 충전 프로세스가 종료된 때부터 암페어 카운팅을 통해 산출된 부분 방전 용량을 기초로, 방전 프로세스의 중단 여부를 결정할 수 있는 장치와 방법을 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는, LFP 배터리 내에서 직렬 연결된 복수의 LFP 셀과 전기적으로 연결되고, 각 LFP 셀의 전압을 개별적으로 측정하여, 측정된 전압을 나타내는 전압값을 출력하는 전압 측정부; 및 상기 LFP 에 대한 충전 프로세스의 개시를 요청하는 제1 신호를 출력하고, 상기 제1 신호에 의해 상기 충전 프로세스가 진행되는 동안 상기 전압 측정부로부터 출력되는 복수의 LFP 셀의 전압값 중 적어도 하나가 임계 전압값에 도달한 경우, 상기 충전 프로세스의 중단을 요청하는 제2 신호를 출력한 다음 방전 프로세스의 개시를 요청하는 제3 신호를 출력하는 제어부;를 포함한다. 이때, 상기 충전 프로세스는, 상기 LFP 배터리에 제공되는 전압을 미리 정해진 초기 충전 목표 전압값으로부터 말기 충전 목표 전압값까지 계단 형태로 증가시키도록 구성된다. 또한, 상기 LFP 방전 프로세스는, 상기 LFP 배터리에 제공되는 전압을 미리 정해진 초기 방전 목표 전압값으로부터 말기 방전 목표 전압값까지 계단 형태로 감소시키도록 구성된다.
또한, 상기 충전 프로세스의 초기 충전 목표 전압은, 상기 방전 프로세서의 초기 방전 목표 전압보다 크다.
또한, 상기 제어부는, 상기 LFP 셀의 미리 정해진 충전 상한 전압값으로부터 지연 시간에 대응하는 전압 마진값을 차감하여, 상기 임계 전압값을 결정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 제1 경과 시간 및 제2 경과 시간 중 적어도 하나를 기초로, 상기 지연 시간을 결정할 수 있다. 이때, 상기 제1 경과 시간은, 상기 제1 신호의 출력 시점부터 상기 제1 신호에 의한 상기 충전 프로세서의 개시 시점까지의 시간이고, 상기 제2 경과 시간은, 상기 제3 신호의 출력 시점부터 상기 제3 신호에 의한 상기 방전 프로세서의 개시 시점까지의 시간일 수 있다.
또한, 상기 LFP 배터리의 전류를 측정하여, 측정된 전류를 나타내는 전류값을 출력하는 전류 측정부;를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부는, 상기 방전 프로세스가 개시된 시점부터, 상기 전류 측정부로부터 출력된 전류값을 시간에 대해 적산하여 상기 LFP 배터리의 부분 방전 용량을 산출할 수 있다. 그 다음, 상기 제어부는, 상기 부분 방전 용량이 상기 충전 프로세스가 중단된 시점에서의 상기 LFP 배터리의 잔존 용량 대비 방전 기준 비율에 도달하는 경우, 상기 방전 프로세스의 중단을 요청하는 제4 신호를 출력할 수 있다. 바람직하게는, 상기 방전 기준 비율은 3%일 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 충전 프로세스가 진행되는 동안, 상기 LFP 배터리의 전류가 제1 임계 전류값에 도달할 때마다 상기 LFP 배터리에 제공되는 전압의 상승을 요청하는 제5 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 방전 프로세스가 진행되는 동안, 상기 LFP 배터리의 전류가 제2 임계 전류값에 도달할 때마다 상기 LFP 배터리에 제공되는 전압의 하강을 요청하는 제6 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 방전 프로세스는, 상기 LFP 배터리에 제공되는 전압이 상기 제1 신호에 의해 상기 충전 프로세스가 중단된 시점에서의 전압값부터 상기 초기 방전 목표 전압값까지 소정의 슬루 레이트를 따라 감소된 다음에 개시되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 배터리 관리 장치;를 포함하는, 배터리 팩이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 방법은, 상기 배터리 관리 장치를 이용하여 LFP 배터리에 포함된 LFP 셀을 과전압으로부터 보호하기 위한 것이다. 상기 방법은, 상기 LFP 배터리에 대한 충전 프로세스의 개시를 요청하는 제1 신호를 출력하는 단계; 상기 제1 신호에 의해 상기 충전 프로세스가 진행되는 동안, 복수의 LFP 셀의 전압값 중 적어도 하나가 임계 전압값에 도달한 경우, 상기 충전 프로세스의 중단을 요청하는 제2 신호를 출력하는 단계; 및 상기 제2 신호에 의해 상기 충전 프로세스가 중단된 다음 방전 프로세스의 개시를 요청하는 제3 신호를 출력하는 단계;를 포함한다. 이 경우, 상기 충전 프로세스는, 상기 LFP 배터리에 제공되는 전압을 미리 정해진 초기 충전 목표 전압값으로부터 말기 충전 목표 전압값까지 계단 형태로 증가시키도록 구성되고, 상기 방전 프로세스는, 상기 LFP 배터리에 제공되는 전압을 미리 정해진 초기 방전 목표 전압값으로부터 말기 방전 목표 전압값까지 계단 형태로 감소시키도록 구성된다.
본 발명의 실시예를 중 적어도 하나에 따르면, LFP 배터리 내에서 직렬 연결된 복수개의 LFP 셀들 중 적어도 하나의 전압값이 과전압 위험 징후를 보이는 경우, 방전 프로세스를 개시함으로써, LFP 셀을 과전압으로부터 보호할 수 있다.
또한, 전원 시스템의 지연 시간을 고려하여 LFP 셀의 과전압 위험 여부를 판정하기 위한 임계 전압값을 결정할 수 있다. 이에 따라, 임계 전압값이 지연 시간에 맞춰 적응적으로 조절됨으로써, 임계 전압값이 고정된 경우보다 LFP 셀의 과전압을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 LFP 셀에서 과전압 위험 징후가 나타남으로 인해 충전 프로세스가 종료된 때부터, 암페어 카운팅을 통해 산출된 부분 방전 용량을 기초로, 방전 프로세스의 중단 여부를 결정할 수 있다. 이에 따라, LFP 배터리의 과도한 방전을 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 LFP 배터리의 특성을 파악할 수 있는 OCV-SOC 커브를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하는 전원 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치가 동작할 수 있는 여러 모드들 간의 연관 관계를 설명하는 데에 참조되는 그래프이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LFP 셀을 과전압으로부터 보호하는 방법의 단계들의 흐름을 보여주는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서 설명되는 실시 예에 있어서, LFP 배터리는 하나의 포장재 내에 양극/분리막/음극의 조립체 및 전해질이 포함된 단일의 LFP 셀을 비롯하여, 복수의 LFP 셀이 직렬 또는 병렬로 연결된 어셈블리 등을 지칭하는 것일 수 있다. LFP 배터리는 후술할 배터리 관리 장치(100)와 함께 배터리 팩에 포함되는 구성일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하는 전원 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 시스템은 배터리 관리 장치(100) 및 부하 장치(200)를 포함한다.
배터리 관리 장치(100)는, 전압 측정부(110), 전류 측정부(120) 및 제어부(140)를 포함하고, 선택적으로 온도 측정부(130)를 더 포함할 수 있다.
장치(100)는, 미리 정해진 조건이 부합될 경우, LFP 배터리(B)의 충방전과 관련된 프로세스를 조절함으로써, LFP 배터리(B)는 물론 그에 포함된 각 LFP 셀(cell)을 과전압으로부터 보호할 수 있는 제어를 실행하도록 구성된다.
LFP 배터리(B)는 고전위 단자(PACK+) 및 저전위 단자(PACK-)를 통해 부하 장치(200)와 전기적으로 연결된다. 부하 장치(200)는, LFP 배터리(B)로부터 출력되는 전력으로 동작하거나 LFP 배터리(B)를 요구되는 전압까지 충전시키도록 동작하는 장치를 일컫는다. 설명의 편의를 위해, 이하에서는 도 2에 도시된 바와 같이, LFP 배터리(B)에는 직렬 연결된 4개의 LFP 셀(cell1~cell4)이 포함되는 것으로 가정한다. LFP 배터리(B)에 포함되는 LFP 셀들은 서로 동일한 전기화학적 특성과 물리적 사양을 가지도록 제조된 것일 수 있다. 예컨대, 각 LFP 셀은, 충전 상한 전압값이 3.7V로 설계된 것일 수 있다.
부하 장치(200)는 제어 시스템(210), 전력 변환부(220) 및 부하(230)를 포함한다. 부하 장치(200)는, 선택적으로, 충전기(240)를 더 포함할 수 있다. 충전기(240)는 LFP 배터리(B)를 충전할 수 있는 충전 전류를 전력 변환부(220)를 통해 LFP 배터리(B) 측으로 제공할 수 있다. 충전기(240)는 자체적으로 충전 전류를 생성할 수도 있고, 상용 전원으로부터 전력을 인가 받아 충전 전류를 생성할 수도 있다.
바람직한 예에서, 부하(230)는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 포함된 모터일 수 있고, 전력 변환부(220)는 쌍방향 전력 변환이 가능한 인버터일 수 있다.
제어 시스템(210)은 부하 장치(200)의 전반적인 동작을 제어하는 컴퓨팅 시스템이다. 특히, 제어 시스템(210)은 제어부(140)가 제공하는 LFP 배터리(B)의 출력 파라미터를 이용하여 LFP 배터리(B)의 충방전을 제어할 수 있다. 예컨대, 부하 장치(200)는 제어부(140)에 의해 제공되는 LFP 배터리(B)의 출력 파라미터를 기초로, LFP 배터리(B)에 소정의 레벨을 가지는 정전압을 제공할 수 있다. 부하 장치(200)에 의해 제공되는 정전압에 의해, LFP 배터리(B)에 포함되는 각 LFP 셀(cell)은 충전되거나 방전되거나 할 수 있다.
전력 변환부(220)는 LFP 배터리(B)의 방전 출력을 부하(230) 측으로 전달한다. 이 때, 전력 변환부(220)는 제어 시스템(210)의 통제하에 출력 파라미터의 범위 내에서 LFP 배터리(B)가 방전될 수 있도록 전력 변환 정도를 조절할 수 있다.
반대로, 전력 변환부(220)는 충전기(240)로부터 공급되는 충전 출력을 LFP 배터리(B) 측으로 전달할 수 있다. 이 때, 전력 변환부(220)는 제어 시스템(210)의 통제하에 출력 파라미터의 범위 내에서 LFP 배터리(B)가 충전될 수 있도록 전력 변환 정도를 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 장치(100)는, 메모리부(150)을 더 포함할 수 있다. 메모리부(150)는 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 메모리부(150)은 RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체일 수 있다.
메모리부(150)는 또한 제어부(140)에 의해 접근이 가능하도록 예컨대 데이터 버스 등을 통해 제어부(140)와 전기적으로 연결될 수 있다.
메모리부(150)는 또한 제어부(140)가 수행하는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장 및/또는 갱신 및/또는 소거 및/또는 전송한다.
메모리부(150)는 논리적으로 2개 이상으로 분할 가능하고, 제어부(140) 내에 포함되는 것을 제한하지 않는다.
전압 측정부(110)는 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어부(140)와 전기적으로 결합된다. 전압 측정부(110)는 제어부(140)의 통제 하에, 시간 간격을 두고 LFP 배터리(B)의 양극과 음극 사이에 인가되는 전압을 측정하고 측정된 전압을 나타내는 전압값을 제어부(140)로 출력한다. 또한, 전압 측정부(110)는 LFP 배터리(B)에 포함된 개개의 LFP 셀의 양단에 인가되는 전압을 측정하고, 각 LFP 셀로부터 측정된 전압을 나타내는 전압값을 제어부(140)로 출력할 수 있다. 이를 위해, 전압 측정부(110)는 복수의 센싱 라인을 통해 각 LFP 셀의 양극과 음극에 전기적으로 연결될 수 있다.
제어부(140)는 전압 측정부(110)로부터 출력되는 LFP 배터리(B)의 전압값과 각 LFP 셀(cell)의 전압값을 메모리부(150)에 저장한다. 예컨대, 전압 측정부(110)는 당업계에서 일반적으로 사용되는 전압 센서로 구성될 수 있다.
전류 측정부(120)는 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어부(140)와 전기적으로 결합된다. 전류 측정부(120)는 제어부(140)의 통제하에 시간 간격을 두고 LFP 배터리(B)를 통해 흐르는 전류를 측정하고 측정된 전류를 나타내는 전류값을 제어부(140)로 출력한다. 제어부(140)는 전류 측정부(120)로부터 출력되는 전류값을 메모리부(150)에 저장한다. 예컨대, 전류 측정부(120)는 당업계에서 일반적으로 사용되는 홀 센서 또는 센스 저항을 포함할 수 있다. 제어부(140)는 전류 측정부(120)로부터 출력된 전류값의 부호에 따라, LFP 배터리(B)가 충전 중인지, 방전 중인지 아니면 미사용 중인지 판정할 수 있다.
온도 측정부(130)는 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어부(140)와 전기적으로 결합된다. 온도 측정부(130)는 시간 간격을 두고 LFP 배터리(B)의 온도를 측정하고 측정된 온도를 나타내는 온도값을 제어부(140)로 출력한다. 제어부(140)는 온도 측정부(130)로부터 출력되는 온도값을 메모리부(150)에 저장한다. 예컨대, 온도 측정부(130)는 당업계에서 일반적으로 사용되는 열전대(thermocouple)로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 장치(100)는 통신 인터페이스(160)를 더 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(160)는 제어부(140)가 부하 장치(200)에 포함된 제어 시스템(210)과 통신을 수행하기 위해 필요한 구성요소이다.
통신 인터페이스(160)로는 서로 다른 2개의 시스템이 통신을 할 수 있도록 지원하는 공지된 통신 인터페이스라면 어떠한 것이라도 사용될 수 있다. 통신 인터페이스는 유선 또는 무선 통신을 지원할 수 있다. 바람직하게, 통신 인터페이스는 캔(CAN) 통신이나 데이지 체인(Daisy Chain) 통신을 지원하는 것일 수 있다.
제어부(140)는 전압 측정부(110)에 의해 출력된 LFP 배터리(B)의 전압값 및 전류 측정부(120)에 의해 출력된 LFP 배터리(B)의 전류값 중 적어도 하나와 온도 측정부(130)에 의해 출력된 LFP 배터리(B)의 온도값을 선택적으로 활용하여 LFP 배터리(B)의 SOC를 결정할 수 있다. 물론, 제어부(140)는 전류 측정부(120)에 의해 출력된 LFP 배터리(B)의 전류값과 전압 측정부(110)에 의해 출력된 각 LFP 셀(cell)의 전압값을 기초로, LFP 셀(cell)들의 SOC를 개별적으로 결정할 수도 있다.
예컨대, LFP 배터리(B)의 SOC는, 암페어 카운팅 방식을 이용하여 결정되는 값일 수 있다. 다시 말해, 제어부(140)는 전류 측정부(120)를 통해서 주기적으로 측정되는 전류값을 시간에 대해 적산한 결과를 기초로, LFP 배터리(B)의 SOC를 지속적으로 모니터함은 물론 가장 최근에 결정된 SOC를 현 시점에 결정된 SOC로 갱신할 수 있다. 암페어 카운팅 방식을 이용하는 경우, LFP 배터리(B)의 온도값은 전류 적산량을 보정하는 데에 이용될 수 있다.
제어부(140)은, 전압 측정부(110)에 의해 순차적으로 출력되는 전압값과 전류 측정부(120)에 의해 순차적으로 출력되는 전류값을 모니터한다. 이때, 전압 측정부(110)에 의한 전압 측정 시점과 전류 측정부(120)에 의한 전류 측정 시점은 서로 동기화될 수 있다. 선택적으로, 온도 측정부(130)에 의한 온도 측정 시점 역시 전압 측정부(110)에 의한 전압 측정 시점 또는 전류 측정부(120)에 의한 전류 측정 시점에 동기화될 수 있다. 또한, 제어부(140)는 현재로부터 과거 소정 기간 동안에 전압 측정부(110)와 전류 측정부(120) 각각으로부터 출력된 소정 개수의 전압값과 소정 개수의 전류값을 메모리부(150)에 저장할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)가 동작할 수 있는 여러 모드들 간의 연관 관계를 설명하는 데에 참조되는 그래프이다.
도 3을 통해 확인할 수 있는바와 같이, 배터리 관리 장치(100)는 적어도 소프트 충전 모드와 소프트 방전 모드에서 동작할 수 있다. 선택적으로, 제어부(140)는 소프트 충전 모드가 종료된 때부터 소프트 방전 모드가 개시되기 전까지의 전체 기간 중 적어도 일부의 기간동안에 제1 전이 모드에서 동작할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 소프트 방전 모드가 종료된 때부터 소프트 충전 모드가 개시되기 전까지의 기간 중 적어도 부분적으로 제2 전이 모드에서 동작할 수 있는데, 이는 제1 전이 모드와는 구별되는 것이다.
먼저, 소프트 충전 모드에 대하여 설명하기로 한다.
<소프트 충전 모드 (soft charging mode)>
제어부(140)는 소프트 충전 모드에 진입 시, 미리 정해진 충전 프로세스의 개시를 요청하는 신호를 출력한다. 충전 프로세스의 개시를 요청하는 신호는, 부하 장치(200)로 전송될 수 있다. 충전 프로세스는, 부하 장치(200)로부터 LFP 배터리(B)에 제공되는 전압을 미리 정해진 초기 충전 목표 전압값으로부터 말기 충전 목표 전압값까지 계단 형태로 증가시키도록 구성된 프로세스일 수 있다. 말기 충전 목표 전압값은, LFP 배터리(B)에 포함되는 직렬 연결된 복수의 LFP 셀(cell1~cell4)의 개수와 각각의 충전 상한 전압값을 고려하여 미리 정해질 수 있다. 예컨대, 각 LFP 셀의 충전 상한 전압값이 3.7V이고, 4개의 LFP 셀이 직렬 연결되는 경우, 말기 충전 목표 전압값이 14.8V일 수 있다.
가령, 도 3과 같이, 초기 충전 목표 전압값이 14.2V이고, 말기 충전 목표 전압값이 14.8V라고 가정해보자. 이 경우, 충전 프로세스의 개시부터 소정의 전압 상승 조건이 만족될 때까지는 초기 충전 목표 전압값 14.2V의 정전압이 LFP 배터리(B)에 제공될 수 있다. LFP 배터리(B)에 14.2V의 정전압이 제공되다가 전압 상승 조건이 만족되는 경우, 14.2V보다 높은 정전압이 LFP 배터리(B)에 제공될 수 있다. 여기서, 14.2V보다 높은 정전압은 말기 충전 목표 전압값인 14.8V이거나 아니면 14.2V와 14.8V 사이의 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 충전 프로세스에서는, 말기 충전 목표 전압값을 상한으로 하여, 전압 상승 조건이 만족될 때마다 미리 정해진 값(예, 0.2V)만큼씩 LFP 배터리(B)에 제공되는 전압을 높여나갈 수 있다.
전압 상승 조건은, 전류 측정부(120)로부터의 전류값이 미리 정해진 제1 임계 전류값에 도달하는 것이다. LFP 배터리(B)의 충전 전류가 흐르는 동안 전류 측정부(120)로부터의 전류값이 양수라고 가정할 때, 제1 임계 전류값 역시 양수로 미리 정해질 수 있다. 예를 들어, 충전 프로세스에 따른 제1 레벨의 정전압이 LFP 배터리(B)에 제공되는 중에 전류 측정부(120)로부터의 전류값이 점차 낮아지면서 제1 임계 전류값으로 정해진 1.5A에 도달하면, 충전 프로세스에 따라 제1 레벨보다 높은 제2 레벨의 정전압이 LFP 배터리(B)에 제공될 수 있다. 만약, 제1 레벨이 말기 충전 목표 전압값인 경우, 충전 프로세스는 자동 종료될 수 있다.
특정 레벨의 정전압이 LFP 배터리(B)에 제공되는 중에 충전 전류의 전류값이 제1 임계 전류값 1.5A과 같거나 더 작아진다는 것(예, 1.3A)은, LFP 배터리(B)의 전압이 해당 특정 레벨의 정전압과 비슷한 수준으로 충전된 상태라는 것을 의미한다. 따라서, 제어부(140)는 충전 프로세스에 속하는 다음 레벨의 정전압을 LFP 배터리(B)에 제공하거나 충전 프로세스를 종료하기 위해, 상기 전압 상승 조건의 만족 여부를 판정할 수 있다. 이때, 제1 임계 전류값은, 전류 측정부(120)의 측정 오차 등을 고려하여 미리 적정한 값으로 결정될 수 있다.
충전 프로세스가 진행되는 동안 즉, 충전 프로세스의 개시 시점부터 종료 시점까지, 제어부(140)는 LFP 배터리(B)에 포함된 복수의 LFP 셀(cell1~cell4)의 전압값을 개별적으로 모니터하여, 모니터되는 전압값들 중에서 적어도 하나가 임계 전압값에 도달하였는지 주기적으로 판정할 수 있다. 만약, 충전 프로세스가 진행되는 동안에 모니터되는 전압값들 중에서 적어도 하나가 임계 전압값에 도달한 경우, 제어부(140)는 충전 프로세스의 중단을 요청하는 신호를 출력할 수 있다. 이와 함께 또는 별개로, 제어부(140)는 충전 프로세스의 중단을 요청하는 신호를 출력한 시점에서의 LFP 배터리(B)의 SOC 즉, 현재 또는 가장 최근에 결정된 잔존 용량을 나타내는 데이터를 메모리부(150)에 저장할 수 있다.
여기서, 임계 전압값은, LFP 셀(cell)의 미리 정해진 충전 상한 전압값보다 낮은 값으로서, 지연 시간을 고려하여 결정될 수 있다. 이때, 지연 시간은, 전원 시스템에서 특정 신호의 전송 시점부터 해당 특정 신호에 의해 지정된 기능의 실행 시점까지 총 경과되는 시간일 수 있다. 제어부(140)는 지연 시간에 대응하는 전압 마진값을 충전 상한 전압값로부터 차감하여, 임계 전압값을 결정할 수 있다. 전압 마진값은 지연 시간에 비례하는 파라미터일 수 있는데, 이 경우 지연 시간이 증가할수록 임계 전압값은 작아지고, 반대로 지연 시간이 감소할수록 임계 전압값은 커질 수 있다.
충전 프로세스의 중단을 요청하는 신호에 의해 충전 프로세스가 실제로 중단되면, 제어부(140)는 소프트 충전 모드를 해제할 수 있다.
제어부(140)는 소프트 충전 모드가 해제된 다음, 곧바로 소프트 방전 모드에 진입하거나 제1 전이 모드를 거쳐 소프트 방전 모드에 진입할 수 있다. 이하에서는, 소프트 방전 모드에 대하여 먼저 설명한 후 제1 전이 모드에 대한 설명을 계속하기로 한다.
<소프트 방전 모드 (soft discharging mode)>
제어부(140)는 소프트 방전 모드에 진입 시, 미리 정해진 방전 프로세스의 개시를 요청하는 신호를 출력한다. 방전 프로세스의 개시를 요청하는 신호는, 부하 장치(200)로 전송될 수 있다. 방전 프로세스는, 부하 장치(200)로부터 LFP 배터리(B)에 제공되는 전압을 미리 정해진 초기 방전 목표 전압값으로부터 계단 형태로 감소시키도록 구성된 프로세스일 수 있다.
가령, 도 3과 같이, 초기 방전 목표 전압값이 13.3V이고, 말기 방전 목표 전압값이 13.0V라고 가정해보자. 이 경우, 방전 프로세스의 개시부터 소정의 전압 하강 조건이 만족될 때까지는 초기 방전 목표 전압값 13.3V의 정전압이 LFP 배터리(B)에 제공될 수 있다. LFP 배터리(B)에 13.3V의 정전압이 제공되다가 전압 하강 조건이 만족되는 경우, 13.3V보다 낮은 정전압이 LFP 배터리(B)에 제공될 수 있다. 여기서, 13.3V보다 낮은 정전압은 말기 방전 목표 전압값인 13.0V이거나 아니면 13.3V와 13.0V 사이의 레벨(예, 13.2V, 13.1V)을 가질 수 있다. 예를 들어, 방전 프로세스에서는, 전압 하강 조건이 만족될 때마다 미리 정해진 값(예, 0.1V)만큼씩 LFP 배터리(B)에 제공되는 전압을 낮춰나갈 수 있다.
경우에 따라, 방전 프로세스에서 LFP 배터리(B)에 제공되는 전압의 하한값 즉, 상기 말기 방전 목표 전압은 미리 정해져있지 않을 수 있다.
전압 하강 조건은, 전류 측정부(120)로부터의 전류값이 미리 정해진 제2 임계 전류값에 도달하는 것이다. LFP 배터리(B)의 방전 전류가 흐르는 동안 전류 측정부(120)로부터의 전류값이 음수라고 가정할 때, 제2 임계 전류값 역시 음수로 미리 정해질 수 있다. 예를 들어, 방전 프로세스에 따른 제3 레벨의 정전압이 LFP 배터리(B)에 제공되는 중에 전류 측정부(120)로부터의 전류값이 점차 높아지면서 제2 임계 전류값으로 정해진 -1.5A에 도달하면, 방전 프로세스에 따라 제3 레벨보다 낮은 제4 레벨의 정전압이 LFP 배터리(B)에 제공될 수 있다. 만약, 제3 레벨이 말기 방전 목표 전압값인 경우, 방전 프로세스는 자동 종료될 수 있다.
특정 레벨의 정전압이 LFP 배터리(B)에 제공되는 중에 방전 전류의 전류값이 제2 임계 전류값 -1.5A과 같거나 더 커진다는 것(예, -1.4A)은, LFP 배터리(B)의 전압이 해당 특정 레벨의 정전압과 비슷한 수준으로 방전된 상태라는 것을 의미한다. 따라서, 제어부(140)는 방전 프로세스에 속하는 다음 레벨의 정전압을 LFP 배터리(B)에 제공하거나 방전 프로세스를 종료하기 위해, 상기 전압 하강 조건의 만족 여부를 판정할 수 있다. 이때, 제2 임계 전류값은, 제1 임계 전류값과 마찬가지로 전류 측정부(120)의 측정 오차 등을 고려하여 미리 적정한 값으로 결정될 수 있다.
방전 프로세스가 진행되는 동안 즉, 방전 프로세스의 개시 시점부터 종료 시점까지, 제어부(140)는 전류 측정부(120)로부터의 전류값을 모니터하여, 모니터되는 전류값들을 시간에 대해 적산한 결과값 부분 방전 용량을 산출할 수 있다. 부분 방전 용량은 예컨대 단위가 '암페어시(Ah)'인 파라미터일 수 있다. 만약, 부분 방전 용량이 가장 최근에 충전 프로세스가 중단된 시점에서의 LFP 배터리(B)의 잔존 용량 대비 방전 기준 비율에 도달하는 경우, 제어부(140)는 방전 프로세스의 중단을 요청하는 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 가장 최근에 충전 프로세스가 중단된 시점에서의 LFP 배터리(B)의 잔존 용량이 SOC 90%에 대응한다고 가정할 때, 부분 방전 용량이 SOC 90%의 3%인 SOC 2.7%에 대응하는 용량과 같거나 더 크다면, 제어부(140)는 방전 프로세스의 중단을 요청하는 신호를 출력할 수 있다.
여기서, 방전 기준 비율은, LFP 셀(cell)의 과전압을 방지하면서도 LFP 배터리(B)가 필요 이상으로 많이 방전되는 것을 방지하기 위한 파라미터로서, LFP 셀(cell)의 충전 커브 등을 고려하여 결정될 수 있다. 예컨대, LFP 셀(cell)의 충전 커브에서 OCV의 급격한 변화(예, 전압 변화율이 특정값 이상)가 시작된 SOC가 97%인 경우, 만충전 상태에 대응하는 SOC인 100%와의 차이인 3%와 동일하게 상기 방전 기준 비율을 결정할 수 있다.
방전 프로세스의 중단을 요청하는 신호에 의해 방전 프로세스가 실제로 중단되면, 제어부(140)는 소프트 방전 모드를 해제할 수 있다.
전이 모드에 대한 설명을 시작하기에 앞서 전술한 지연 시간의 결정에 대하여 구체적으로 설명한다. 일 구현예에 따르면, 제어부(140)는 충전 프로세스의 개시를 요청하는 신호의 출력 시점부터 충전 프로세스의 개시 시점까지의 제1 경과 시간을 상기 지연 시간으로 결정할 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 제어부(140)는 방전 프로세스의 개시를 요청하는 신호의 출력 시점부터 방전 프로세스의 개시 시점까지의 제2 경과 시간을 상기 지연 시간으로 결정할 수 있다. 또 다른 구현예에 따르면, 제어부(140)는 제1 경과 시간과 제2 경과 시간을 기초로, 제1 경과 시간과 제2 경과 시간의 평균을 상기 지연 시간으로 결정할 수도 있다. 물론, 지연 시간은, 사전 실험을 통해 미리 정해진 고정된 값을 가질 수도 있음을 배제하는 것은 아니다.
<전이 모드 (transition mode)>
본 발명에서 전이 모드는 제1 전이 모드와 제2 전이 모드로 분류될 수 있다.
제어부(140)는, 적어도 충전 프로세스의 중단을 요청하는 신호에 의해 충전 프로세스가 중단된 시점 또는 그 후부터 방전 프로세스가 개시될 때까지 제1 전이 모드에서 동작한다. 제1 전이 모드는, 충전 프로세스가 중단된 시점에서의 전압값부터 초기 방전 목표 전압값까지, LFP 배터리(B)에 제공되는 전압을 안정적으로 하강시키기 위한 모드이다. 따라서, 제1 전이 모드 동안에 하강할 수 있는 전압값의 최대치는, 말기 충전 목표 전압값에서 초기 방전 목표 전압값을 차감한 값과 동일할 수 있다. 예컨대, 도 3의 경우, 제1 전이 모드 동안에 하강할 수 있는 전압값의 최대치는, 1.5V이다.
이를 위해, 제1 전이 모드에 연관된 소정의 제1 슬루 레이트(slew rate)가 미리 정해져 메모리부(150)에 저장될 수 있다. 본 발명에서 제1 슬루 레이트는, LFP 배터리(B)에 제공되는 전압의 하강 속도를 정의하는 파라미터이다. 즉, 제1 전이 모드에서 LFP 배터리(B)에 제공되는 전압은 상기 제1 슬루 레이트를 따라 지속적으로 감소하게 된다.
예컨대, 도 3과 같이, 충전 프로세스가 중단된 때에 LFP 배터리(B)에 제공되던 정전압의 전압값 및 제1 슬루 레이트가 각각 14.8V 및 -0.1V/12sec인 경우, 제어부(140)는 총 180초 동안 제1 전이 모드에서 동작할 것이다. 여기서, 70초는, '(13.3V-14.8V) ÷ 제1 슬루 레이트'로부터 알 수 있는 값이다.
한편, 방전 프로세스가 마지막으로 중단된 후에 충전 프로세스의 재개가요구되는 경우, 제어부(140)는 도 3과 같이 제1 슬루 레이트와는 반대 부호를 가지는 제2 슬루 레이트(예, +0.1V/5sec)를 따라 LFP 배터리(B)에 제공되는 전압을 초기 충전 목표 전압값까지 상승시키는 제2 전이 모드에서 동작할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LFP 셀을 과전압으로부터 보호하는 방법의 단계들의 흐름을 보여주는 순서도이다. 도 4 및 도 5와 관련하여, 설명의 편의를 위해, 충전 프로세스는 적어도 초기 충전 목표 전압값 및 말기 충전 목표 전압값의 정전압 구간들을 포함하고, 방전 프로세스는 적어도 초기 방전 목표 전압값 및 말기 방전 목표 전압값의 정전압 구간들을 포함하는 것으로 가정한다. 물론, 충전 프로세스와 방전 프로세스 중 적어도 하나는, 그에 포함되는 정전압 구간들이 적어도 2개이고, 구현예에 따라서는 3개 이상일 수 있다.
먼저 도 4를 참조하면, 단계 S410에서, 제어부(140)는 LFP 배터리(B)에 대한 충전 프로세스의 개시를 요청하는 신호를 출력한다. 단계 S410을 통해 출력된 신호는, 인터베이스부(160)를 통해 부하 장치(200)로 전송됨으로써, 부하 장치(200)가 충전 프로세스를 개시하도록 유도한다. 충전 프로세스는, LFP 배터리에 제공되는 전압을 미리 정해진 초기 충전 목표 전압값으로부터 말기 충전 목표 전압값까지 계단 형태로 증가시키도록 구성된다.
단계 S420에서, 제어부(140)는 단계 S410을 통해 출력된 신호에 의한 충전 프로세스의 개시 여부를 판정한다. 예컨대, 제어부(140)는 전압 측정부(110)로부터 출력되는 LFP 배터리(B)의 양단에 가해지는 전압을 나타내는 전압값이 초기 충전 목표 전압값과 일치하는 경우, 충전 프로세스가 개시된 것으로 판정할 수 있다. 본 발명에서, 어느 한 값이 다른 값과 일치한다는 것은, 완벽히 동일한 경우뿐만 아니라, 두 값의 차이가 소정의 허용 범위 내인 경우까지 포함하는 것을 의미할 수 있다. 만약, 단계 S420의 판정 결과가 "YES"인 경우 제어부(140)는 단계 S431로 진행한다.
단계 S431에서, 제어부(140)는 소프트 충전 모드에 진입하여, LFP 배터리(B)에 초기 충전 목표 전압값부터의 정전압이 제공되는 동안, 복수의 LFP 셀(cell1~cell4) 중 적어도 하나의 전압값이 임계 전압값에 도달하였는지 판정한다.
단계 S431의 판정 결과가 "NO"인 경우 제어부(140)는 단계 S432으로 진행한다. 만약, 단계 S431의 판정 결과가 "YES"인 경우 제어부(140)는 단계 S510으로 진행한다.
단계 S432에서, 제어부(140)는 LFP 배터리(B)의 전류값이 제1 임계 전류값에 도달하였는지 판정한다. 만약, 단계 S432의 판정 결과가 "YES"인 경우 제어부(140)는 단계 S433으로 진행한다.
단계 S433에서, 제어부(140)는 LFP 배터리(B)의 전압값이 말기 충전 목표 전압값을 초과하는지 판정한다. 이는, 충전 프로세스의 진행 중에 LFP 배터리(B)의 전체적인 과충전을 방지하기 위함이다.
단계 S433의 판정 결과가 "NO"인 경우 제어부(140)는 단계 S434으로 진행한다. 만약, 단계 S433의 판정 결과가 "YES"인 경우 제어부(140)는 프로세스를 종료하거나 제2 전이 모드를 개시하거나 할 수 있다.
단계 S434에서, 제어부(140)는 LFP 배터리(B)에 제공되는 전압의 상승을 요청하는 신호 출력한다. 즉, LFP 배터리(B)에 제공되는 전압을 다음 순서의 정전압까지 상승시킬 것을 요청하는 신호를 출력한다. 단계 S434를 진행한 후 제어부(140)는 단계 S431로 회귀할 수 있다.
다음, 도 5를 참조하면, 단계 S510에서, 제어부(140)는 LFP 배터리(B)에 대한 충전 프로세스의 중단을 요청하는 신호를 출력한다. 단계 S510을 통해 출력된 신호는, 인터베이스부(160)를 통해 부하 장치(200)로 전송됨으로써, 부하 장치(200)가 충전 프로세스를 중단하도록 유도한다.
단계 S520에서, 제어부(140)는 단계 S410을 통해 출력된 신호에 의해 충전 프로세스가 종료되면, 방전 프로세스의 개시를 요청하는 신호를 출력한다. 물론, 제어부(140)는 단계 S510와 단계 S520의 사이에서 제1 전이 모드로 동작할 수도 있다.
단계 S530에서, 제어부(140)는 단계 S520을 통해 출력된 신호에 의한 방전 프로세스의 개시 여부를 판정한다. 예컨대, 제어부(140)는 전압 측정부(110)로부터 출력되는 LFP 배터리(B)의 양단에 가해지는 전압을 나타내는 전압값이 초기 방전 목표 전압값과 일치하는 경우, 방전 프로세스가 개시된 것으로 판정할 수 있다. 만약, 단계 S530의 판정 결과가 "YES"인 경우 제어부(140)는 단계 S541을 진행한다.
단계 S541에서, 제어부(140)는 소프트 방전 모드에 진입한 시점부터의 부분 방전 용량을 산출한다.
단계 S542에서, 제어부(140)는 부분 방전 용량이 방전 프로세스의 중단을 위한 소정 조건을 만족하는지 판정한다. 여기서, 방전 프로세스 중단 조건은, 부분 방전 용량이 충전 프로세스가 중단된 시점에서의 LFP 배터리의 잔존 용량 대비 방전 기준 비율에 도달하는 것이다.
단계 S542의 판정 결과가 "NO"인 경우 제어부(140)는 단계 S543으로 진행한다. 만약, 단계 S542의 판정 결과가 "YES"인 경우 제어부(140)는 프로세스를 종료하거나 제2 전이 모드를 개시하거나 할 수 있다.
단계 S543에서, 제어부(140)는 LFP 배터리(B)의 전류값이 제2 임계 전류값에 도달하였는지 판정한다.
만약, 단계 S543의 판정 결과가 "YES"인 경우 제어부(140)는 단계 S544으로 진행한다. 만약, 단계 S543의 판정 결과가 "NO"인 경우 제어부(140)는 단계 S541으로 회귀할 수 있다.
단계 S544에서, 제어부(140)는 LFP 배터리(B)의 전압값이 말기 방전 목표 전압값 미만인지 판정한다. 이는, 적어도 하나의 LFP 셀(cell)의 과전압 보호를 위한 프로세스의 진행 중에 LFP 배터리(B)가 불필요하게 많이 방전되는 것을 방지하기 위함이다.
단계 S544의 판정 결과가 "NO"인 경우 제어부(140)는 단계 S545으로 진행한다. 만약, 단계 S544의 판정 결과가 "YES"인 경우 제어부(140)는 프로세스를 종료하거나 제2 전이 모드를 개시하거나 할 수 있다.
단계 S545에서, 제어부(140)는 LFP 배터리(B)에 제공되는 전압의 하강을 요청하는 신호 출력한다. 즉, LFP 배터리(B)에 제공되는 전압을 다음 순서의 정전압까지 하강시킬 것을 요청하는 신호를 출력한다. 단계 S545를 진행한 후 제어부(140)는 단계 S541로 회귀할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 양태를 설명함에 있어서, '~부'라고 명명된 구성 요소들은 물리적으로 구분되는 요소들이라고 하기 보다 기능적으로 구분되는 요소들로 이해되어야 한다. 따라서 각각의 구성요소는 다른 구성요소와 선택적으로 통합되거나 각각의 구성요소가 제어 로직(들)의 효율적인 실행을 위해 서브 구성요소들로 분할될 수 있다. 하지만 구성요소들이 통합 또는 분할되더라도 기능의 동일성이 인정될 수 있다면 통합 또는 분할된 구성요소들도 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 당업자에게 자명하다.
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.

Claims (12)

  1. LFP 배터리 내에서 직렬 연결된 복수의 LFP 셀과 전기적으로 연결되고, 각 LFP 셀의 전압을 개별적으로 측정하여, 측정된 전압을 나타내는 전압값을 출력하는 전압 측정부; 및
    상기 LFP 에 대한 충전 프로세스의 개시를 요청하는 제1 신호를 출력하고, 상기 제1 신호에 의해 상기 충전 프로세스가 진행되는 동안 상기 전압 측정부로부터 출력되는 복수의 LFP 셀의 전압값 중 적어도 하나가 임계 전압값에 도달한 경우, 상기 충전 프로세스의 중단을 요청하는 제2 신호를 출력한 다음 방전 프로세스의 개시를 요청하는 제3 신호를 출력하는 제어부;를 포함하되,
    상기 충전 프로세스는,
    상기 LFP 배터리에 제공되는 전압을 미리 정해진 초기 충전 목표 전압값으로부터 말기 충전 목표 전압값까지 계단 형태로 증가시키도록 구성되고,
    상기 LFP 방전 프로세스는,
    상기 LFP 배터리에 제공되는 전압을 미리 정해진 초기 방전 목표 전압값으로부터 말기 방전 목표 전압값까지 계단 형태로 감소시키도록 구성되는, 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전 프로세스의 초기 충전 목표 전압은,
    상기 방전 프로세서의 초기 방전 목표 전압보다 큰, 배터리 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 LFP 셀의 미리 정해진 충전 상한 전압값으로부터 지연 시간에 대응하는 전압 마진값을 차감하여, 상기 임계 전압값을 결정하는, 배터리 관리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제1 경과 시간 및 제2 경과 시간 중 적어도 하나를 기초로, 상기 지연 시간을 결정하되,
    상기 제1 경과 시간은, 상기 제1 신호의 출력 시점부터 상기 제1 신호에 의한 상기 충전 프로세서의 개시 시점까지의 시간이고,
    상기 제2 경과 시간은, 상기 제3 신호의 출력 시점부터 상기 제3 신호에 의한 상기 방전 프로세서의 개시 시점까지의 시간인, 배터리 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 LFP 배터리의 전류를 측정하여, 측정된 전류를 나타내는 전류값을 출력하는 전류 측정부;를 더 포함하는, 배터리 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 방전 프로세스가 개시된 시점부터, 상기 전류 측정부로부터 출력된 전류값을 시간에 대해 적산하여 상기 LFP 배터리의 부분 방전 용량을 산출하고,
    상기 부분 방전 용량이 상기 충전 프로세스가 중단된 시점에서의 상기 LFP 배터리의 잔존 용량 대비 방전 기준 비율에 도달하는 경우, 상기 방전 프로세스의 중단을 요청하는 제4 신호를 출력하는, 배터리 관리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방전 기준 비율은 3%인, 배터리 관리 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전 프로세스가 진행되는 동안, 상기 LFP 배터리의 전류가 제1 임계 전류값에 도달할 때마다 상기 LFP 배터리에 제공되는 전압의 상승을 요청하는 제5 신호를 출력하는, 배터리 관리 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 방전 프로세스가 진행되는 동안, 상기 LFP 배터리의 전류가 제2 임계 전류값에 도달할 때마다 상기 LFP 배터리에 제공되는 전압의 하강을 요청하는 제6 신호를 출력하는, 배터리 관리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 방전 프로세스는,
    상기 LFP 배터리에 제공되는 전압이 상기 제1 신호에 의해 상기 충전 프로세스가 중단된 시점에서의 전압값부터 상기 초기 방전 목표 전압값까지 소정의 슬루 레이트를 따라 감소된 다음에 개시되는, 배터리 관리 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치;
    를 포함하는, 배터리 팩.
  12. 배터리 관리 장치를 이용하여 LFP 배터리에 포함된 LFP 셀을 과전압으로부터 보호하기 위한 방법에 있어서,
    상기 LFP 배터리에 대한 충전 프로세스의 개시를 요청하는 제1 신호를 출력하는 단계;
    상기 제1 신호에 의해 상기 충전 프로세스가 진행되는 동안, 복수의 LFP 셀의 전압값 중 적어도 하나가 임계 전압값에 도달한 경우, 상기 충전 프로세스의 중단을 요청하는 제2 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 제2 신호에 의해 상기 충전 프로세스가 중단된 다음 방전 프로세스의 개시를 요청하는 제3 신호를 출력하는 단계;를 포함하되,
    상기 충전 프로세스는,
    상기 LFP 배터리에 제공되는 전압을 미리 정해진 초기 충전 목표 전압값으로부터 말기 충전 목표 전압값까지 계단 형태로 증가시키도록 구성되고,
    상기 방전 프로세스는,
    상기 LFP 배터리에 제공되는 전압을 미리 정해진 초기 방전 목표 전압값으로부터 말기 방전 목표 전압값까지 계단 형태로 감소시키도록 구성되는, LFP 셀을 과전압으로부터 보호하기 위한 방법.
PCT/KR2017/014096 2017-01-02 2017-12-04 배터리 관리 장치 및 이를 이용한 리튬인산철 셀의 과전압 보호 방법 WO2018124514A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/314,775 US10873201B2 (en) 2017-01-02 2017-12-04 Battery management apparatus and method for protecting a lithium iron phosphate cell from over-voltage using the same
ES17887097T ES2963188T3 (es) 2017-01-02 2017-12-04 Aparato de gestión de batería y método para proteger una celda de fosfato de litio y hierro de la sobretensión usando el mismo
EP17887097.8A EP3483976B1 (en) 2017-01-02 2017-12-04 Battery management apparatus and method for protecting a lithium iron phosphate cell from over-voltage using the same
PL17887097.8T PL3483976T3 (pl) 2017-01-02 2017-12-04 Urządzenie do zarządzania akumulatorem i sposób ochrony ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowego przed przepięciem przy jego użyciu

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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI127776B (en) * 2018-02-08 2019-02-15 Akkurate Oy SYSTEM FOR DETERMINING THE INTERNAL BATTERY LEAKER FLOW INDICATOR
CN110350262B (zh) * 2018-04-02 2021-03-05 南京德朔实业有限公司 电池包及充电组合
KR20200107614A (ko) 2019-03-08 2020-09-16 삼성전자주식회사 배터리 장치의 충전 상태를 결정하기 위한 전자 장치 및 상기 전자 장치의 동작 방법
CN111884276B (zh) * 2020-04-20 2022-02-11 珠海市杰理科技股份有限公司 一种充电系统、设备及充电控制方法
US11735782B2 (en) * 2020-06-17 2023-08-22 Utah State University Voltage sharing of series connected battery modules in a plug-and-play DC microgrid
US20220393485A1 (en) * 2020-06-17 2022-12-08 Utah State University State-of-charge balancing with parallel and series output connected battery power modules
CN112366416A (zh) * 2020-11-10 2021-02-12 山东博胜动力科技股份有限公司 一种lfp锂电池
EP4071885B1 (en) * 2021-02-09 2024-10-23 Contemporary Amperex Technology (Hong Kong) Limited Battery charging method, controller, battery management system, battery, and electric apparatus
US11670809B2 (en) * 2021-04-21 2023-06-06 Dell Products L.P. System and method of charging a rechargeable battery
KR20230167855A (ko) * 2022-06-03 2023-12-12 삼성전자주식회사 전자 장치 및 배터리 제어 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000012125A (ko) * 1998-07-31 2000-02-25 미다라이 후지오 2차 전지의 충전 방법 및 그 디바이스
KR101058682B1 (ko) * 2010-06-18 2011-08-22 주식회사 엘지화학 배터리 팩의 충방전 전류를 제어하는 배터리 팩 보호 장치와 이를 포함하는 배터리 팩 및 멀티 배터리 팩 시스템
KR20130028664A (ko) * 2011-09-09 2013-03-19 가부시키가이샤 지에스 유아사 상태 관리 장치, 축전 소자의 균등화 방법
KR20150043185A (ko) * 2013-10-14 2015-04-22 주식회사 엘지화학 이차전지의 충전량 유지 장치 및 방법
JP2016110917A (ja) * 2014-12-09 2016-06-20 株式会社日立製作所 リチウムイオン二次電池および電池システム

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002118980A (ja) 2000-10-04 2002-04-19 Seiko Instruments Inc 電源回路
TW530429B (en) * 2001-12-24 2003-05-01 Avid Electronics Corp Intelligent secondary battery management method and device
KR20070049315A (ko) 2005-11-08 2007-05-11 주식회사 팬택 충전 전류를 세팅하는 배터리 충전 장치를 갖는 이동통신단말기 및 그 충전 방법
JP5020530B2 (ja) 2006-04-14 2012-09-05 パナソニック株式会社 充電方法ならびに電池パックおよびその充電器
US20090153100A1 (en) * 2007-12-14 2009-06-18 Fujitsu Limited Charging control apparatus controlling charging current and control method therefore
CN102160254B (zh) * 2008-09-19 2013-11-13 丰田自动车株式会社 非接触受电装置以及具备该非接触受电装置的车辆
EP2413420B1 (en) 2009-03-27 2018-11-21 Hitachi, Ltd. Electric storage device
JP5332983B2 (ja) 2009-07-08 2013-11-06 トヨタ自動車株式会社 電池システム
JP6032473B2 (ja) 2011-09-09 2016-11-30 株式会社Ｇｓユアサ 状態管理装置、蓄電素子の均等化方法
KR101419749B1 (ko) * 2011-10-04 2014-08-13 주식회사 엘지화학 배터리 충전 장치 및 방법
US9285812B2 (en) * 2013-02-01 2016-03-15 Allegro Microsystems, Llc Soft start circuits and techniques
KR101509895B1 (ko) 2013-06-28 2015-04-06 현대자동차주식회사 배터리 파워 제한방법
KR101632694B1 (ko) 2014-01-28 2016-06-22 주식회사 엘지화학 배터리 셀 전압 밸런싱 장치 및 방법
KR102273766B1 (ko) 2014-08-26 2021-07-06 삼성에스디아이 주식회사 배터리 충전방법 및 이를 이용한 배터리 팩
KR101781825B1 (ko) 2014-12-11 2017-10-23 주식회사 엘지화학 이차 전지의 한정전압 설정 장치 및 그 설정 방법
KR20160071207A (ko) 2014-12-11 2016-06-21 현대오트론 주식회사 배터리 셀의 과충전 보호 장치 및 방법
CN104600387B (zh) * 2015-02-05 2016-11-23 青海时代新能源科技有限公司 磷酸铁锂电池组的主动均衡方法及系统
CN107305372B (zh) * 2016-04-25 2020-06-19 岳秀兰 云计算网络架构的远程监控的电动汽车能源监控和补给网
DE102016207926A1 (de) * 2016-05-09 2017-11-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Energiespeicherzelle, Batteriemodul und Fahrzeug

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000012125A (ko) * 1998-07-31 2000-02-25 미다라이 후지오 2차 전지의 충전 방법 및 그 디바이스
KR101058682B1 (ko) * 2010-06-18 2011-08-22 주식회사 엘지화학 배터리 팩의 충방전 전류를 제어하는 배터리 팩 보호 장치와 이를 포함하는 배터리 팩 및 멀티 배터리 팩 시스템
KR20130028664A (ko) * 2011-09-09 2013-03-19 가부시키가이샤 지에스 유아사 상태 관리 장치, 축전 소자의 균등화 방법
KR20150043185A (ko) * 2013-10-14 2015-04-22 주식회사 엘지화학 이차전지의 충전량 유지 장치 및 방법
JP2016110917A (ja) * 2014-12-09 2016-06-20 株式会社日立製作所 リチウムイオン二次電池および電池システム

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