KR101065551B1 - Battery capacity estimation device and method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리의 용량 추정 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리의 용량 추정 장치는, 배터리의 충전상태를 추정하는 SOC 추정부; 저항 퇴화율에 의해 배터리의 퇴화를 정량화하여 배터리의 초기용량을 기준으로 배터리의 실제용량을 추정하는 실제용량 추정부; 상기 저항 퇴화율을 이용하여 배터리를 안전하게 사용할 수 있는 충전상태의 안전마진을 추정하는 SOC 안전마진 추정부; 상기 추정된 충전상태, 실제용량, 및 안전마진을 이용하여 배터리의 사용가능 용량을 추정하는 사용가능 용량 추정부; 및 상기 추정된 사용가능 용량을 저장하는 메모리부를 포함한다. The present invention discloses an apparatus and method for estimating capacity of a battery. An apparatus for estimating a capacity of a battery according to the present invention includes an SOC estimator for estimating a state of charge of a battery; An actual capacity estimating unit for quantifying the degradation of the battery by the resistance degradation rate and estimating the actual capacity of the battery based on the initial capacity of the battery; SOC safety margin estimator for estimating the safety margin of the state of charge that can safely use the battery using the resistance degradation rate; A usable capacity estimator for estimating a usable capacity of a battery using the estimated state of charge, actual capacity, and safety margin; And a memory unit for storing the estimated usable capacity.
Description
본 발명은 배터리 용량을 추정하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리의 저항을 이용하여 배터리의 사용가능 용량을 정확하게 추정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for estimating battery capacity, and more particularly, to an apparatus and method for accurately estimating the usable capacity of a battery using the resistance of the battery.
최근 들어, 대기 오염이 심화되고 화석연료가 고갈되면서 배터리를 사용하여 구동이 가능한 전기 자동차나 하이브리드 자동차가 주목 받고 있다. In recent years, as air pollution increases and fossil fuels are depleted, electric and hybrid vehicles that can be driven using batteries have attracted attention.
배터리의 용량은 사용 시간이 증가할수록 감소한다. 배터리의 성능이 시효(aging) 효과에 의해 시간에 따라 감소하기 때문이다. The capacity of the battery decreases with increasing usage time. This is because the performance of the battery decreases with time by the aging effect.
휴대폰과 같은 포터블 장치에 사용되는 배터리는 용량이 감소하더라도 기기의 동작 시간이 감소된다는 점 이외에는 특별한 문제가 없다. 하지만 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 사용되는 배터리는 용량이 한계 이하로 떨어지면 배터리의 수명이 다해 자동차가 갑자기 정지할 수 있다. 또한 배터리 용량이 한계 이하로 떨어진 상태에서 용량을 초과한 과충전 또는 과방전이 반복되면 배터리의 안정성에 심각한 문제(예컨대, 폭발)를 초래할 수 있다.Batteries used in portable devices such as mobile phones have no special problem except that the operation time of the device is reduced even if the capacity is reduced. However, batteries used in electric and hybrid vehicles run out of battery life and can suddenly stop when their capacity drops below the limit. In addition, repeated overcharging or overdischarging exceeding the capacity when the battery capacity falls below the limit may cause serious problems (eg, explosion) in the stability of the battery.
이에 따라, 배터리 관련 업계에서는 배터리 사용에 따른 시효 효과를 정량적으로 평가하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 배터리의 시효 효과를 정량적으로 평가하기 위해서는 배터리의 사용 시간에 따라 물성이 변화되는 전기화학적 파라미터가 필요한데, 그 중 하나로 배터리의 저항을 들 수 있다. Accordingly, in the battery industry, studies are being actively conducted to quantitatively evaluate the aging effects of battery use. In order to quantitatively evaluate the aging effect of a battery, an electrochemical parameter whose physical properties change with time of use of the battery is required. One of them is the resistance of the battery.
배터리의 저항은 배터리의 사용 시간에 따라 증가하는 경향이 있으므로 배터리의 저항을 측정하여 배터리 출하 시의 초기 저항과 비교하면 배터리의 시효 효과를 정량적으로 평가하는 것이 가능하다.Since the resistance of the battery tends to increase with the usage time of the battery, it is possible to quantitatively evaluate the aging effect of the battery by measuring the resistance of the battery and comparing it with the initial resistance when the battery is shipped.
배터리 저항은 충방전이 이루어지고 있는 동안에는 직접적인 측정이 불가능하다. 따라서 종래에는 배터리의 전압과 전류를 측정하여 오옴의 법칙에 의해 배터리 저항을 간접적으로 추정하였다. Battery resistance cannot be measured directly while charging or discharging is taking place. Therefore, conventionally, by measuring the voltage and current of the battery and indirectly estimated the battery resistance by Ohm's law.
그런데 배터리 전압은 IR 드롭 효과에 의해 실제 전압과 오차를 보이고 배터리의 전류 또한 측정 오차를 가지므로 단순히 오옴의 법칙에 의해 추정된 저항은 실제 저항과 오차를 보이게 마련이다.However, since the battery voltage shows an error with the actual voltage due to the IR drop effect, and the current of the battery also has a measurement error, the resistance estimated by the Ohm's law simply shows the actual resistance and the error.
따라서 본 발명이 속한 기술분야에서는 배터리 저항을 보다 정확하게 추정할 수 있는 방법이 요구되고 있다.Therefore, there is a need in the art for a method of more accurately estimating battery resistance.
참고로, IR 드롭 현상은 배터리의 충전 또는 방전 과정에서 배터리 전압이 실제 전압과 괴리를 보이는 현상을 말한다.For reference, the IR drop phenomenon refers to a phenomenon in which the battery voltage is different from the actual voltage during charging or discharging of the battery.
도 7 및 도 8은 배터리의 충전 또는 방전 시 나타나는 IR 드롭 현상을 보여주는 그래프이다. 7 and 8 are graphs showing the IR drop phenomenon that occurs when the battery is charged or discharged.
배터리의 충전 시에는 도 7에 도시된 바와 같이 배터리 전압이 실제 전압보다 위로 급격히 올랐다가 포화되고 충전 정지 시에는 배터리 전압이 아래로 급격히 내려오다 포화된다. When the battery is being charged, as shown in FIG. 7, the battery voltage rapidly rises and saturates above the actual voltage, and when the battery is stopped, the battery voltage rapidly descends and saturates.
반대로, 배터리의 방전 시에는 도 8에 도시된 바와 같이 배터리 전압이 실제 전압보다 아래로 급격히 내려갔다가 포화되고 방전 정지 시에는 배터리 전압이 위로 급격히 올랐다가 포화된다.On the contrary, when the battery is discharged, as shown in FIG. 8, the battery voltage rapidly decreases below the actual voltage and becomes saturated, and when the discharge stops, the battery voltage rises rapidly and then saturates.
한편 전기자동차나 하이브리드 자동차는 배터리로 주행할 수 있는 거리를 산출하여 운전자에게 알려주는 기능을 제공한다. 그래야만, 운전자가 적절한 시점에 배터리를 충전할 수 있기 때문이다. Electric and hybrid vehicles, on the other hand, provide the driver with the ability to calculate the distance a battery can drive. Only then can the driver recharge the battery at the appropriate time.
배터리에 의한 주행가능 거리를 정확하게 계산하기 위해서는, 주행에 사용될 수 있는 배터리의 사용가능 용량과 단위 거리당 소모되는 용량을 알아야 한다.In order to accurately calculate the distance traveled by the battery, it is necessary to know the usable capacity of the battery that can be used for driving and the capacity consumed per unit distance.
단위 거리당 소모 용량은 자동차의 제원이나 사용자의 운전 습관 등에 따라 변한다. 따라서 자동차가 단위 거리를 주행하는데 소요된 배터리 출력을 일정 시간 동안 평균 연산하면 산출할 수 있다. The consumed capacity per unit distance varies depending on the specification of the vehicle or the driving habits of the user. Therefore, it can be calculated by averaging the battery output for driving the unit distance for a certain time.
한편, 주행에 사용될 수 있는 배터리의 사용가능 용량은 다음 수학식1에 의해 계산한다.
On the other hand, the usable capacity of the battery that can be used for driving is calculated by the following equation (1).
[수학식1][Equation 1]
사용가능 용량 = 실제용량(Ah)ⅹ충전상태(State Of Charge: SOC)
Usable capacity = Actual capacity (Ah) State State of charge (SOC)
여기서, 실제용량은 배터리가 만충전되었을 때의 배터리 용량으로서 시효 효과에 의한 배터리의 퇴화 정도가 반영된 용량을 말한다. 그리고 충전상태는 현재 시점에서의 배터리 충전상태를 나타낸다. 사용가능 용량과 실제용량은 Ah로 표시하고, 충전상태는 %로 표시한다. 충전상태가 A%라는 것은 현재 배터리가 실제용량의 A%에 해당하는 충전용량을 가지고 있다는 것을 의미한다. Here, the actual capacity is a capacity of the battery when the battery is fully charged and reflects the degree of degradation of the battery due to the aging effect. The state of charge represents the state of charge of the battery at the present time. Available capacity and actual capacity are expressed in Ah and the state of charge is expressed in%. A state of charge of A% means that the current battery has a charge capacity equal to A% of the actual capacity.
배터리의 실제용량은 시효 효과에 의해 배터리가 퇴화됨에 따라 서서히 감소하는 경향이 있다. 따라서 배터리의 실제용량은 배터리의 초기용량에 배터리의 퇴화 정도에 의한 용량 감소분을 반영하여 산출할 필요가 있다.The actual capacity of the battery tends to decrease gradually as the battery degrades due to the aging effect. Therefore, the actual capacity of the battery needs to be calculated by reflecting the decrease in capacity due to the deterioration of the battery in the initial capacity of the battery.
또한, 배터리가 퇴화되면 내부 저항이 증가한다. 이러한 내부 저항의 증가는 IR 드롭 현상의 심화를 야기한다. 즉, 내부 저항이 증가하면 동일한 크기의 충방전 전류 변화에도 더 큰 전압 변화가 생긴다. 따라서 배터리가 퇴화되면 충전상태가 100%에 가깝거나 0%에 가까워짐에 따라 IR 드롭 현상의 심화로 의한 급격한 전압 변화가 유발된다. 그 결과, 배터리 전압이 충전 상한 전압 이상 또는 방전 하한 전압 이하로 변화됨으로써 배터리 안정성에 문제가 발생될 수 있다.In addition, the internal resistance increases as the battery degenerates. This increase in internal resistance causes a deepening of the IR drop phenomenon. In other words, when the internal resistance increases, a larger voltage change occurs even with a charge / discharge current change of the same magnitude. Therefore, as the battery degenerates, as the state of charge approaches 100% or near 0%, a sudden voltage change is caused by the deepening of the IR drop phenomenon. As a result, the battery voltage may change below the charge upper limit voltage or below the discharge lower limit voltage, thereby causing problems in battery stability.
따라서 수학식1에 의해 배터리의 사용가능 용량을 계산할 때에는 충전상태의 상한과 하한 근처에서 IR 드롭 현상으로 인해 생길 수 있는 전압 변화 폭을 감안하여 실제 사용이 가능한 충전상태의 안전마진을 설정할 필요가 있다.Therefore, when calculating the usable capacity of the battery according to
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리의 퇴화 및 IR 드롭 현상을 고려하여 배터리를 안전하게 사용할 수 있는 충전상태의 안전마진을 설정함으로써 배터리의 사용가능 용량을 정확하게 추정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was devised to solve the above problems of the prior art, and accurately estimates the usable capacity of a battery by setting a safety margin in a state of charge in which the battery can be used safely in consideration of the degradation of the battery and the IR drop phenomenon. It is an object of the present invention to provide an apparatus and method capable of doing so.
본 발명의 다른 목적은 정확하게 추정된 배터리의 사용가능 용량을 이용하여 배터리가 장착된 구동 장치의 주행가능 거리를 추정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for estimating the range of driving of a battery-mounted driving device using the accurately estimated usable capacity of the battery.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리의 용량 추정 장치는, 배터리의 충전상태를 추정하는 SOC 추정부; 저항 퇴화율에 의해 배터리의 퇴화를 정량화하여 배터리의 초기용량을 기준으로 배터리의 실제용량을 추정하는 실제용량 추정부; 상기 저항 퇴화율을 이용하여 배터리를 안전하게 사용할 수 있는 충전상태의 안전마진을 추정하는 SOC 안전마진 추정부; 상기 추정된 충전상태, 실제용량, 및 안전마진을 이용하여 배터리의 사용가능 용량을 추정하는 사용가능 용량 추정부; 및 상기 추정된 사용가능 용량을 저장하는 메모리부를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for estimating a capacity of a battery, the SOC estimator configured to estimate a state of charge of the battery; An actual capacity estimating unit for quantifying the degradation of the battery by the resistance degradation rate and estimating the actual capacity of the battery based on the initial capacity of the battery; SOC safety margin estimator for estimating the safety margin of the state of charge that can safely use the battery using the resistance degradation rate; A usable capacity estimator for estimating a usable capacity of a battery using the estimated state of charge, actual capacity, and safety margin; And a memory unit for storing the estimated usable capacity.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리의 용량 추정 방법은, 배터리의 충전상태를 추정하는 단계; 저항 퇴화율에 의해 배터리의 퇴화를 정량화하여 배터리의 초기용량을 기준으로 배터리의 실제용량을 추정하는 단계; 상기 저항 퇴화율을 이용하여 배터리를 안전하게 사용할 수 있는 충전상태의 안전마진을 추정하는 단계; 상기 추정된 충전상태, 실제용량, 및 안전마진을 이용하여 배터리의 사용가능 용량을 추정하는 단계; 및 상기 추정된 사용가능 용량을 저장하는 단계를 포함한다.In addition, the method for estimating the capacity of a battery according to the present invention for achieving the above technical problem, estimating the state of charge of the battery; Quantifying the degradation of the battery by the resistance degradation rate and estimating the actual capacity of the battery based on the initial capacity of the battery; Estimating a safety margin of a state of charge capable of safely using the battery using the resistance degradation rate; Estimating the usable capacity of the battery using the estimated state of charge, actual capacity, and safety margin; And storing the estimated usable capacity.
본 발명의 목적은, 본 발명에 따른 배터리의 사용가능 용량 추정 장치를 포함하는 배터리 관리 장치, 배터리 구동 장치 또는 배터리에 의해서도 달성될 수 있다.The object of the invention can also be achieved by a battery management device, a battery driven device or a battery comprising an apparatus for estimating usable capacity of a battery according to the invention.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리의 퇴화와 IR 드롭 현상을 반영하여 배터리를 안전하게 사용할 수 있는 충전상태의 안전마진을 설정함으로써 배터리의 사용가능 용량을 정확하게 추정할 수 있다.According to an aspect of the present invention, it is possible to accurately estimate the usable capacity of the battery by setting the safety margin of the state in which the battery can be safely used by reflecting the degradation of the battery and the IR drop phenomenon.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 충전상태가 100% 또는 0%에 가까워짐에 따라 IR 드롭 효과에 의해 전압이 급격하게 변동되더라도 배터리의 안정성을 보장할 수 있다.According to another aspect of the present invention, as the state of charge approaches 100% or 0%, even if the voltage is drastically changed by the IR drop effect, it is possible to ensure the stability of the battery.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배터리가 안전하게 사용될 수 있는 범위 내에서 배터리가 장착된 배터리 구동 장치의 주행가능 거리를 정확하게 추정하는 것이 가능하다.According to still another aspect of the present invention, it is possible to accurately estimate the driving distance of the battery driving apparatus in which the battery is mounted within the range in which the battery can be safely used.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 용량 추정 장치의 구성을 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 용량 추정 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.
도 4는 배터리의 충방전 사이클이 증가함에 따라 배터리의 실제용량이 초기 용량을 기준으로 서서히 감소하는 현상을 보여주는 그래프이다.
도 5는 배터리의 퇴화로 저항이 증가됨에 따라 충전상태의 상한과 하한이 조절되어 안전마진의 상한과 하한이 설정된 경우를 보여주는 그래프이다.
도 6은 저항 퇴화율을 입력 변수로 하는 제1보정계수 산출 함수와 제2보정계수 산출 함수의 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 7 및 도 8은 각각 배터리의 충전과 방전 시 나타나는 IR 드롭 현상을 보여주는 그래프들이다.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to.
1 is a block diagram illustrating a configuration of an apparatus for estimating a capacity of a battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing the configuration of a control unit according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a flow of a method for estimating battery capacity according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a phenomenon in which the actual capacity of the battery gradually decreases based on the initial capacity as the charge and discharge cycle of the battery increases.
5 is a graph illustrating a case in which the upper and lower limits of the state of charge are adjusted as the resistance is increased due to the degeneration of the battery, thereby setting the upper and lower limits of the safety margin.
6 is a graph showing a profile of a first correction coefficient calculation function and a second correction coefficient calculation function using the resistance decay rate as an input variable.
7 and 8 are graphs showing the IR drop phenomenon that occurs when the battery is charged and discharged, respectively.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 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 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 용량 추정 장치의 구성을 도시한 블록 구성도이다.1 is a block diagram illustrating a configuration of an apparatus for estimating a capacity of a battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리의 용량 추정 장치는, 배터리(100)와 부하(107) 사이에 연결되며, 전압 검출부(101), 온도 검출부(102), 전류 검출부(103), 메모리부(104) 및 제어부(105)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an apparatus for estimating a capacity of a battery according to the present invention is connected between a
상기 전압 검출부(101)는 제어부(105)의 제어에 의해 주기적으로 배터리 전압을 측정하여 제어부(105)로 출력한다. 상기 전압 검출부(101)는 배터리 전압을 측정하기 위한 전압 측정 회로를 포함한다. 상기 전압 측정 회로는 본 발명이 속한 기술분야에서 공지된 회로를 사용한다.The
상기 온도 검출부(102)는 제어부(105)의 제어에 의해 주기적으로 배터리 온도를 측정하여 제어부(105)로 출력한다. 상기 온도 검출부(102)는 열전대(thermo coupler)와 같은 공지된 온도 측정 소자를 포함한다.The
상기 전류 검출부(103)는 제어부(105)의 제어에 의해 주기적으로 전류 검출 저항(108)을 통해 흐르는 배터리 전류를 측정하여 제어부(105)로 출력한다. 상기 배터리 전류는 충전 전류 또는 방전 전류이다.The
상기 메모리부(104)는 상기 전압 검출부(101), 온도 검출부(102) 및 전류 검출부(103)에 의해 측정된 배터리 전압, 온도 및 전류 데이터를 저장한다. 또한 상기 메모리부(104)는 후술하는 각종 룩업 테이블을 저장한다. 나아가 상기 메모리부(104)는 제어부(105)가 동작하는데 필요한 프로그램과 배터리의 사용가능 용량 또는 주행가능 거리를 추정하는 과정에서 발생되는 각종 계산 값과 사전에 필요한 데이터를 저장한다.The
상기 제어부(105)는 전압 검출부(101), 온도 검출부(102) 및 전류 검출부(103)를 제어하여 주기적으로 측정된 배터리 전압, 온도 및 전류 데이터를 입력 받아 상기 메모리부(104)에 저장한다. The
또한, 상기 제어부(105)는 배터리의 사용가능 용량과 주행가능 거리를 추정하는 과정에서 발생되는 각종 계산 값과 추정된 사용가능 용량과 주행가능 거리를 메모리부(104)에 저장한다. In addition, the
아울러, 상기 제어부(105)는 추정된 사용가능 용량 또는 주행가능 거리를 표시부(106)를 통해 외부로 출력한다. 대안적으로, 상기 제어부(105)는 통신 인터페이스(109)를 통해 추정된 사용가능 용량 또는 주행가능 거리를 외부 장치로 전송할 수 있다. In addition, the
상기 배터리(100)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 재충전이 가능하고 충전상태를 고려해야 하는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다.The type of the
상기 부하(107)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 비디오 카메라, 휴대용 전화기, 휴대용 PC, PMP, MP3플레이어 등과 같은 휴대용 전자기기, 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 모터, DC to DC 컨버터 등으로 구성할 수 있다.The type of the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어부(105)의 구성을 도시한 블록도이다.2 is a block diagram showing the configuration of the
도 2를 참조하면, 상기 제어부(105)는 SOC 추정부(202), 저항퇴화 추정부(203), 실제용량 추정부(204), SOC 안전마진 추정부(205) 및 사용가능 용량 추정부(206)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the
상기 SOC 추정부(202)는 배터리의 충전상태를 추정한다. 여기서, SOC는 'State Of Charge'의 약자이다. 상기 SOC 추정부(202)는 메모리부(104)에 저장된 배터리 전압, 온도, 전류 데이터 또는 이들의 조합을 이용하여 배터리의 충전상태를 추정한다. The
상기 SOC 추정부(202)는 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 어떠한 방법이라도 채용하여 배터리의 충전상태를 추정할 수 있다.The
일 예로, 상기 SOC 추정부(202)는 대한민국 특허공개공보 10-2009-0020470에 개시된 '배터리 개방전압 추정장치, 이를 이용한 배터리 충전상태 추정장치 및 그 제어 방법'을 이용하여 배터리 충전상태를 추정할 수 있다. For example, the
다른 예로, 상기 SOC 추정부(202)는 대한민국 특허공개공보 10-2008-0014207에 개시된 '배터리 팩의 잔존용량 산출 방법, 이 산출 방법에 사용되는 개방 전압을 결정하는 방법 및 이를 위한 장치'에 개시된 방법을 이용하여 배터리 충전상태를 추정할 수 있다.As another example, the
또 다른 예로, 상기 SOC 추정부(202)는 대한민국 특허공개공보 10-2001-0043872, 10-2005-0019856, 10-2007-0106758, 10-2008-0088617, 10-2009-0117835 등에 개시된 방법을 이용하여 배터리 충전상태를 추정할 수 있다.As another example, the
상기한 바 이외에도 SOC 추정부(202)가 배터리의 충전상태를 추정하는 방법은 여러 가지 변형이 가능하다. 따라서 본 발명은 SOC 추정부(202)가 배터리의 충전상태를 추정하는 구체적인 방식에 의해 한정되지 않는다. 그리고 상기에서 언급된 특허공개공보들에 개시된 발명은 본 발명의 일부로 포함될 수 있다.In addition to the above, the method of estimating the state of charge of the battery by the
상기 저항퇴화 추정부(203)는 배터리의 저항을 추정한다. 여기서, 추정하는 저항은 배터리의 퇴화가 반영된 현재 시점의 저항이다. The
상기 저항퇴화 추정부(203)는 메모리부(104)에 저장된 배터리 전압, 온도, 전류 데이터 또는 이들의 조합을 이용하여 배터리의 저항을 추정한다. The
상기 저항퇴화 추정부(203)는 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 어떠한 방법이라도 채용하여 배터리의 저항을 추정할 수 있다.The resistance
일 예로, 상기 저항퇴화 추정부(203)는 대한민국 등록특허공보 10-0927541에 개시된 '배터리 전압 거동을 이용한 배터리 저항 특성 추정 장치 및 방법'을 이용하여 배터리의 저항을 추정할 수 있다.For example, the
다른 예로, 상기 저항퇴화 추정부(203)는 대한민국 등록특허공보 10-0911315에 개시된 '배터리 전압 거동을 이용한 배터리 저항 특성 추정 장치 및 방법'을 이용하여 배터리의 저항을 추정할 수 있다.As another example, the
또 다른 예로, 상기 저항퇴화 추정부(203)는 메모리부(104)에 저장된 가장 최근의 배터리 전압과 전류로부터 오옴의 법칙에 의해 배터리 저항을 추정할 수 있다. As another example, the
또 다른 예로, 상기 저항퇴화 추정부(203)는 메모리부(104)에 저장된 저항추정 룩업 테이블을 참조하여 배터리 저항을 추정할 수 있다. As another example, the resistance
즉 상기 메모리부(104)는 배터리의 다양한 전압, 전류 및 온도에 따라 저항을 정의하고 있는 저항추정 룩업 테이블을 저장하고 있을 수 있다. 상기 저항추정 룩업 테이블은 배터리의 전압, 전류 및 온도 변화에 따라 배터리의 저항을 측정하는 실험을 통해 얻을 수 있다. 상기 저항퇴화 추정부(203)는 메모리부(104)에 저장된 저항추정 룩업 테이블을 참조하여 가장 최근의 배터리 전압, 전류 및 온도에 대응하는 저항을 추정할 수 있다.That is, the
상기한 바 이외에도 저항퇴화 추정부(203)가 저항을 추정하는 방법은 여러 가지 변형이 가능하다. 따라서 본 발명은 저항퇴화 추정부(203)가 배터리의 저항을 추정하는 구체적인 방식에 의해 한정되지 않는다. 그리고 상기에서 언급된 특허공개공보들에 개시된 발명은 본 발명의 일부로 포함될 수 있다.In addition to the above, the method of estimating the resistance by the
상기 저항퇴화 추정부(203)는 배터리의 저항을 추정한 이후에 배터리의 초기 저항을 기준으로 추정된 저항의 상대적인 비율을 계산하여 저항 퇴화율을 추정한다. After the
상기 저항 퇴화율은 하기 수학식 2에 의해 계산이 가능하다.
The resistance degradation rate can be calculated by the following equation (2).
[수학식 2][Equation 2]
저항 퇴화율 RD =Restimated/Rinitial
Resistance degradation rate R D = R estimated / R initial
여기서, Restimated은 추정된 저항이고, Rinitial은 배터리가 출하될 당시의 초기 저항이다. 상기 Rinitial은 사전에 메모리부(104)에 저장되어 저항 퇴화율을 추정할 때 참조된다.Where R estimated is the estimated resistance and R initial is the initial resistance at the time the battery is shipped. The R initial is stored in the
상기 실제용량 추정부(204)는 배터리의 저항 퇴화 정도를 고려하여 배터리의 실제용량을 추정한다. The actual
일 예로, 상기 실제용량 추정부(204)는 하기 수학식 3에 의해 배터리의 실제 용량을 추정한다.
For example, the actual
[수학식 3]&Quot; (3) "
실제 용량 Cactual(Ah) = F(A)ⅹCinitial
Actual capacity C actual (Ah) = F (A) ⅹC initial
여기서, Cinitial은 배터리가 출하될 당시의 초기용량으로서, 사전에 메모리부(104)에 저장되어 실제용량을 추정할 때 참조된다. Here, C initial is an initial capacity at the time the battery is shipped, and is stored in the
상기 F(A)는 배터리의 초기용량을 실제용량으로 변환하는 계수 함수이다. 상기 계수함수는 파라미터 A를 변수로 하는 함수이다. F (A) is a coefficient function for converting an initial capacity of a battery into an actual capacity. The coefficient function is a function using parameter A as a variable.
바람직하게, 상기 파라미터 A는 저항 퇴화율을 포함한다. 대안적으로, 상기 파라미터 A는 저항 퇴화율 이외에 온도를 더 포함할 수 있다. Preferably, the parameter A includes a resistance degradation rate. Alternatively, the parameter A may further include a temperature in addition to the resistance degradation rate.
상기 함수 F는 저항 퇴화율을 미리 알고 있는 복수의 배터리를 만충전하는 실험을 하여 배터리 용량을 측정하고, 저항 퇴화율과 배터리 용량 간의 상관 관계를 수치 해석하여 구할 수 있다. The function F can be obtained by experimenting to fully charge a plurality of batteries that know the resistance degradation rate in advance, and measuring the battery capacity and numerically analyzing the correlation between the resistance degradation rate and the battery capacity.
상기 파라미터 A에 온도가 더 포함되면, 상기 함수 F는 저항 퇴화율을 미리 알고 있는 복수의 배터리를 다양한 온도 조건에서 만충전하는 실험을 하여 배터리 용량을 측정하고, 저항 퇴화율 및 온도와 배터리 용량 간의 상관 관계를 수치 해석하여 구할 수 있다.When the temperature of the parameter A is further included, the function F measures the battery capacity by experimenting to fully charge a plurality of batteries having a known resistance degradation rate in various temperature conditions, and measures the resistance degradation rate and the temperature and the battery capacity. The relationship can be found by numerical analysis.
대안적인 실시예로, 상기 실제용량 추정부(204)는 메모리부(104)에 저장된 용량추정 룩업 테이블을 참조하여 배터리의 실제용량을 추정할 수 있다. In an alternative embodiment, the actual
즉, 상기 메모리부(104)는 배터리의 용량 퇴화율 별로 실제용량을 정의한 용량추정 룩업 테이블을 저장하고 있을 수 있다. 또는 상기 메모리부(104)는 배터리의 용량 퇴화율 및 온도 별로 실제용량을 정의한 용량추정 룩업 테이블을 저장하고 있을 수 있다. 후자의 용량추정 룩업 테이블은 하나의 저항 퇴화율에 대해 다수의 온도 조건이 대응되고, 각 온도 조건 별로 실제용량이 정의된 데이터 구조를 가질 수 있다.That is, the
상기 실제용량 추정부(204)는 메모리부(104)에 저장된 용량추정 룩업 테이블을 참조하여 저항 퇴화율 또는 저항 퇴화율 및 온도에 대응하는 실제 용량을 추정할 수 있다. 여기서, 저항 퇴화율은 상기 수학식2에 의해 추정한 저항 퇴화율이고, 상기 온도는 메모리부(104)에 저장되어 있는 배터리의 온도이다.The actual
한편 배터리는 사용 기간이 경과됨에 따라 저항이 증가하여 실제용량이 점차 감소된다. 도 4는 배터리의 충방전 사이클이 증가함에 따라 배터리의 실제용량이 초기 용량을 기준으로 서서히 감소하는 현상을 보여주는 그래프이다. On the other hand, as the battery ages, the resistance increases, and the actual capacity gradually decreases. 4 is a graph showing a phenomenon in which the actual capacity of the battery gradually decreases based on the initial capacity as the charge and discharge cycle of the battery increases.
도 4를 참조하면, 배터리의 충방전 사이클이 0, 300, 500, 700 사이클로 증가됨에 따라 배터리의 실제용량이 서서히 감소하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the actual capacity of the battery gradually decreases as the charge / discharge cycle of the battery increases to 0, 300, 500, and 700 cycles.
또한, 배터리의 저항이 증가되면, IR 드롭 현상이 심화되어 동일한 크기의 전류 변화에도 전압 변화 폭이 더 커진다. 그러면 충전상태가 100% 또는 0%에 근접할 때까지 배터리를 사용하면 안전성에 문제가 생긴다. In addition, if the resistance of the battery is increased, the IR drop phenomenon is intensified, so that the voltage change range is larger even with a current change of the same magnitude. If you use the battery until the charge is near 100% or 0%, there is a safety problem.
충전상태가 100%에 가까워졌을 때 IR 드롭 현상에 의해 전압이 급격하게 증가하면 배터리 전압이 충전 상한 전압을 초과하기 때문이다. 또한, 충전상태가 0%에 가까워졌을 때 IR 드롭 현상에 의해 전압이 급격히 강하하면 배터리 전압이 충전 하한 전압 아래로 떨어지기 때문입니다. If the voltage suddenly increases when the state of charge approaches 100% due to the IR drop, the battery voltage exceeds the upper limit of charge. In addition, if the voltage drops sharply due to IR drop when the state of charge approaches 0%, the battery voltage drops below the lower limit of charge.
따라서 배터리가 퇴화되면 퇴화 정도에 따라 충전상태의 상한을 100%보다 낮게 조절하고 충전상태의 하한을 0%보다 높게 조절할 필요가 있다. Therefore, when the battery degenerate, it is necessary to adjust the upper limit of the state of charge lower than 100% and the lower limit of the state of charge higher than 0% according to the degree of degeneration.
이하에서는, 상기와 같이 100% 보다 낮게 조절된 충전상태의 상한을 안전마진 상한으로, 0% 보다 높게 조절된 충전상태의 하한을 안전마진 하한으로 정의하기로 한다.Hereinafter, the upper limit of the state of charge controlled lower than 100% as described above will be defined as the safety margin upper limit, the lower limit of the state of charge controlled higher than 0% will be defined as the safety margin lower limit.
도 5는 배터리의 퇴화로 저항이 증가됨에 따라 충전상태의 상한과 하한이 조절되어 안전마진의 상한과 하한이 설정된 경우를 보여주는 그래프이다.5 is a graph illustrating a case in which the upper and lower limits of the state of charge are adjusted as the resistance is increased due to the degeneration of the battery, thereby setting the upper and lower limits of the safety margin.
도 5를 참조하면, 배터리의 퇴화로 인해 충전상태의 안전마진이 초기의 안전마진에 비해 감소된 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5, it can be seen that the safety margin of the charged state is reduced compared to the initial safety margin due to the deterioration of the battery.
상기 SOC 안전마진 추정부(205)는 저항 퇴화율을 파라미터로 하여 배터리의 퇴화 정도를 고려함으로써 안전하게 사용할 수 있는 충전상태의 안전마진 상한과 하한을 추정하여 메모리부(104)에 저장한다.The SOC
상기 SOC 안전마진 추정부(205)는 하기 수학식 4를 사용하여 안전마진 상한(SMupper)과 하한(SMlower)을 산출할 수 있다.
The SOC
[수학식 4]&Quot; (4) "
SMupper = RD-1 ⅹ 제1보정계수SM upper = RD -1 ⅹ 1st correction factor
SMlower = RD ⅹ 제2보정계수
SM lower = RD ⅹ 2nd correction factor
여기서, RD는 저항 퇴화율이고, 제1 및 제2보정계수는 안전마진 상한의 급격한 감소와 안전마진 하한의 급격한 증가를 완화시키는 보정 계수이다.Here, RD is a resistance decay rate, and the first and second correction coefficients are correction coefficients for mitigating a sudden decrease in the upper safety margin and a sharp increase in the lower safety margin.
하기 표 1은 저항 퇴화율에 따라 상기 제1보정계수 및 제2보정계수와 안전마진의 상한과 하한을 구체적으로 산출한 실시예를 나타낸다. 표 1과 같은 데이터 구조는 메모리부(104)에 안전마진 룩업 테이블로서 저장될 수 있다.Table 1 shows an example in which the upper and lower limits of the first and second correction factors and safety margins are specifically calculated according to the resistance degradation rate. The data structure shown in Table 1 may be stored in the
[표 1]TABLE 1
상기 표1에 나타난 각각의 저항 퇴화율에 대응하는 제1 및 제2보정계수와 안전마진 상한과 하한은 저항 퇴화율을 알고 있는 복수의 배터리를 이용하여 충방전 실험을 실시하여 얻을 수 있다.The first and second correction coefficients and the safety margin upper and lower limits corresponding to the resistance decay rates shown in Table 1 may be obtained by performing a charge / discharge test using a plurality of batteries having a known resistance decay rate.
충방전 실험에서는, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차 업계에서 차량 테스트의 표준으로 제시되는 미국 환경 보호청(EPA; Environmental Protection Agency)에서 규정한 UDDS(Urban Dynamometer Driving Cycle), HWFET(Highway Fuel Economy Driving Schedule), NYCC(New York City Cycle Driving Schedule) 및 US60(Aggressive Driving Cycle)에 따른 차량 운행 모델을 연속적으로 적용하여 배터리를 충방전시킬 수 있다. In charge-discharge experiments, the Urban Dynamometer Driving Cycle (UDDS), Highway Fuel Economy Driving Schedule (HWFET), NYCC, as defined by the US Environmental Protection Agency (EPA), which is the standard for vehicle testing in the electric or hybrid vehicle industry. The battery can be charged and discharged by continuously applying a vehicle driving model according to the (New York City Cycle Driving Schedule) and the US60 (Aggressive Driving Cycle).
여기서, 상기 UDDS와 NYCC는 도심에서 차량을 운행하였을 때, HWFET는 고속도로에서 차량을 운행하였을 때, US60은 차량을 고속으로 운행하였을 때 차량이 받게 되는 차량의 상태변화를 가정한 표준화된 차량 운행 모델이다.Here, the UDDS and NYCC is a standardized vehicle driving model assuming a state change of the vehicle that the vehicle receives when the HWFET operates the vehicle on the highway, the US60 operates the vehicle at high speed when the vehicle is driven in the city center to be.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 SOC 안전마진 추정부(205)는 메모리부(104)에 저장된 안전마진 룩업테이블을 참조하여 추정된 저항 퇴화율에 대응하는 제1 및 제2보정계수를 얻은 후 수학식 4에 의해 안전마진 상한과 하한을 산출할 수 있다. According to an aspect of the present invention, the SOC
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 SOC 안전마진 추정부(205)는 메모리부(104)에 저장된 안전마진 룩업테이블을 참조하여 추정된 저항 퇴화율에 대응하는 안전마진 상한과 하한을 직접 얻을 수 있다. According to another aspect of the present invention, the SOC
대안적으로, 저항 퇴화율과 제1보정계수와 제2보정계수 사이의 관계는 함수로 표현될 수 있다. Alternatively, the relationship between the resistance degradation rate and the first correction factor and the second correction factor may be expressed as a function.
도 6은 저항 퇴화율을 입력 변수로 하는 제1보정계수 산출 함수와 제2보정계수 산출 함수의 프로파일을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing a profile of a first correction coefficient calculation function and a second correction coefficient calculation function using the resistance decay rate as an input variable.
대안적인 실시예에서, 상기 SOC 안전마진 추정부(205)는 도 6에 도시된 바와 같은 제1보정계수 산출 함수 및 제2보정계수 산출함수에 저항 퇴화율을 대입하여 저항 퇴화율에 대응하는 제1보정계수 및 제2보정계수를 산출한다. 그런 후, 상기 SOC 안전마진 추정부(205)는 수학식4에 의해 추정된 저항 퇴화율에 대응하는 안전마진 상한과 하한을 산출한다.In an alternative embodiment, the SOC
저항 퇴화율과 제1 및 제2보정계수 사이의 관계를 나타내는 안전마진 룩업 테이블과 제1 및 제2보정계수 산출 함수는 배터리의 종류나 제원 등에 의해 달라질 수 있음은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. It is common in the art that the safety margin lookup table and the first and second correction coefficient calculation functions representing the relationship between the resistance degradation rate and the first and second correction coefficients may vary depending on the type or specification of the battery. Self-explanatory to those who have knowledge.
상기 사용가능 용량 추정부(206)는 상기 추정된 실제용량, 상기 추정된 안전마진의 상한 및 하한, 그리고 추정된 충전상태를 이용하여 배터리가 장착된 구동 장치의 주행에 사용할 수 있는 배터리의 사용가능 용량을 추정한다.The usable
상기 사용가능 용량 추정부(206)는 하기 수학식5에 의해 배터리의 사용가능 용량을 추정하여 메모리부(104)에 저장한다.
The usable
[수학식5][Equation 5]
사용가능 용량(Ah) = 실제용량(Ah) ⅹ (안전마진 상한% - 안전마진 하한%) ⅹ 충전상태(%)
Usable capacity (Ah) = Actual capacity (Ah) ⅹ (upper safety margin%-lower safety margin%) ⅹ state of charge (%)
상기 사용가능 용량 추정부(206)는 추정된 사용가능 용량을 표시부(106)를 통해 출력할 수 있다. 그러면, 표시부(106)는 사용가능 용량을 실제용량을 기준으로 한 상대적 비율을 백분율로 표시하거나, 막대 그래프와 같은 그래픽 유저 인터페이스로 표시할 수 있다. 대안적으로, 상기 사용가능 용량 추정부(206)는 추정된 배터리의 사용가능 용량을 통신 인터페이스(109)를 통해 외부 장치로 전송할 수 있다.The usable
본 발명에 따른 제어부(200)는 데이터 저장부(201)를 더 포함할 수 있다. 상기 데이터 저장부(201)는 도 1에 도시된 전압 검출부(101), 온도 검출부(102) 및 전류 검출부(103)로부터 주기적으로 배터리 전압, 온도 및 전류에 관한 데이터를 입력 받아 메모리부(104)에 저장한다.The
또한, 본 발명에 따른 제어부(200)는 주행가능 거리 추정부(207)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
상기 주행가능 거리 추정부(207)는 추정된 사용가능 용량을 이용하여 배터리가 장착된 구동 장치(예컨대, 자동차)의 주행가능 거리를 추정하여 메모리부(104)에 저장한다.The driving
상기 주행가능 거리 추정부(207)는 하기 수학식 6에 의해 주행가능 거리를 추정할 수 있다.
The driving
[수학식 6]&Quot; (6) "
주행가능 거리 = 사용가능 용량(Ah) / 단위 거리(1km)당 소모 용량(Ah)
Travelable distance = usable capacity (Ah) / consumed capacity per unit distance (1 km) (Ah)
상기 주행가능 거리 추정부(207)는 추정된 주행가능 거리를 표시부(106)를 통해 출력할 수 있다. 그러면, 표시부(106)는 주행가능 거리를 운전자에게 숫자로 표시한다. 대안적으로, 상기 주행가능 거리 추정부(207)는 추정된 주행가능 거리를 통신 인터페이스(109)를 통해 외부 장치로 전송할 수 있다.The
본 발명의 일 측면에 따르면, 상술한 제어부(140)는 마이크로프로세서로 구성할 수 있다. 이런 경우, 상기 제어부(140)의 구성요소는 프로그램 모듈로 구현할 수 있다. 프로그램 모듈은 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터에 의해 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다.According to an aspect of the present invention, the controller 140 may be configured as a microprocessor. In this case, components of the controller 140 may be implemented as program modules. The program module may be embodied in the form of program instructions that can be executed by computer means and recorded in a computer-readable medium.
상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합으로 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 프로그램 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those skilled in the computer program arts.
컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 메모리부(104)를 포함한다. 또한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disK)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. The computer readable recording medium includes a
프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급언어 코드를 포함한다.Examples of program instructions include machine code, such as produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 제어부(105)의 구성요소는 논리회로를 포함하는 전자회로 모듈로 구체화될 수 있다. 전자회로 모듈의 일 예로는 주문형 반도체(ASIC)을 들 수 있다. 하지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. According to another aspect of the present invention, the components of the
본 발명에 따른 배터리 사용가능 용량 추정 장치는 배터리로부터 전원을 공급받는 배터리 팩 구동 장치에 결합되어 사용될 수 있다.The battery usable capacity estimating apparatus according to the present invention may be used in combination with a battery pack driving apparatus powered from a battery.
일 예로, 본 발명은 화석연료 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거와 같이 배터리가 탑재된 각종 동력 장치에 결합되어 사용될 수 있다.As an example, the present invention may be used in combination with various power units equipped with batteries such as fossil fuel vehicles, electric vehicles, hybrid vehicles, and electric bicycles.
하지만, 본 발명이 노트북, 휴대폰, 개인 휴대용 멀티미디어 재생기와 같이 배터리로부터 구동 전압을 공급받는 각종 전자 제품에 포함되어 사용되는 것을 제안하는 것은 아니다.However, the present invention is not suggested to be used in a variety of electronic products that receive a driving voltage from a battery, such as a laptop, a mobile phone, a personal portable multimedia player.
나아가, 본 발명에 따른 배터리 사용가능 용량 추정 장치는, PCB 회로 또는 주문형 반도체 회로(ASIC)로 모듈화하여 배터리 또는 배터리 관리 장치 내에 탑재할 수 있다.Furthermore, the battery usable capacity estimating apparatus according to the present invention can be modularized into a PCB circuit or an application specific semiconductor circuit (ASIC) and mounted in a battery or a battery management apparatus.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 용량 추정 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a flow of a method for estimating battery capacity according to an exemplary embodiment of the present invention.
도면에 도시된 바와 같이, 배터리의 사용가능 용량을 계산하기 위한 프로세스가 개시되면, 먼저 단계 S10에서 제어부(105)는 배터리의 충전상태를 추정하여 메모리부(104)에 저장한다. 여기서, 배터리의 충전상태를 추정하는 방법은 이미 설명한 바와 동일하다.As shown in the figure, when the process for calculating the usable capacity of the battery is started, first, in step S10, the
그런 다음, 단계 S20에서 제어부(105)는 배터리 저항을 추정한 후 저항 퇴화율을 추정하여 메모리부(104)에 저장한다. 여기서, 배터리 저항과 저항 퇴화율을 추정하는 방법은 이미 설명한 바와 동일하다.Then, in step S20, the
그리고 나서, 단계 S30에서 제어부(105)는 추정된 저항 퇴화율을 이용하여 배터리의 실제용량을 추정하여 메모리에 저장한다. 여기서, 실제용량 추정방법은 이미 설명한 바와 동일하다.Then, in step S30, the
다음으로, 단계 S40에서, 제어부(105)는 추정된 저항 퇴화율과 제1보정계수와 제2보정계수를 이용하여 배터리의 충전상태에 대한 안전마진 상한과 하한을 추정하여 메모리부(104)에 저장한다. 여기서, 안전마진 상한과 하한을 추정하는 방법은 이미 설명한 바와 동일하다.Next, in step S40, the
이어서, 단계 S50에서, 제어부(105)는 추정된 실제용량, 추정된 충전상태 및 추정된 안전마진 상한과 하한을 이용하여 배터리의 사용가능 용량을 추정하여 메모리부(104)에 저장한다.Subsequently, in step S50, the
단계 S60은 선택적으로 수행되는 단계로서, 제어부(105)는 추정된 배터리의 사용가능 용량을 표시부(106)로 출력할 수 있다. 그러면 표시부(106)는 배터리의 사용가능 용량을 전송 받아 배터리의 초기 용량을 기준으로 한 상대적인 비율을 백분율로 표시하거나 그래픽 유저 인터페이스에 의해 막대 그래프의 형태로 표시할 수 있다. 대안적으로, 단계 S60에서, 제어부(105)는 통신 인터페이스를 통해 추정된 사용가능 용량을 외부 장치로 전송할 수 있다.Step S60 is an optional step, and the
한편, 제어부(105)는 단계 S60 단계 이후에 주행가능 거리를 추정하는 단계를 더 진행할 수 있다. 즉, 단계 S70에서, 제어부(105)는 추정된 사용가능 용량과 배터리가 장착된 구동 장치의 단위 거리당 소모 용량을 이용하여 주행가능 거리를 추정하여 메모리부(104)에 저장한다. On the other hand, the
단계 S80은 선택적으로 수행되는 단계로서, 제어부(105)는 추정된 주행가능 거리를 표시부(106)를 통해 출력할 수 있다. 대안적으로, 상기 제어부(105)는 통신 인터페이스를 통해 추정된 주행가능 거리에 관한 데이터를 외부 장치로 전송할 수 있다.Step S80 is an optional step to be performed, and the
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.Although the present invention has been described above by means of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and will be described below by the person skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims.
100: 배터리 101: 전압 검출부
102: 온도 검출부 103: 전류 검출부
104: 메모리부 105: 제어부
106: 표시부 107: 부하
108: 센스 저항 109: 통신 인터페이스
201: 데이터 저장부 202: SOC 추정부
203: 저항퇴화 추정부 204: 실제용량 추정부
205: SOC 안전마진 추정부 206: 사용가능 용량 추정부
207: 주행가능 거리 추정부100: battery 101: voltage detector
102: temperature detector 103: current detector
104: memory unit 105: control unit
106: display unit 107: load
108: sense resistor 109: communication interface
201: data storage 202: SOC estimator
203: resistance deterioration estimator 204: actual capacity estimator
205: SOC safety margin estimation unit 206: usable capacity estimation unit
207: driving distance estimation unit
Claims (26)
저항 퇴화율의 증가에 따라 배터리의 초기용량을 감소시켜 배터리의 실제용량을 추정하는 실제용량 추정부;
상기 저항 퇴화율의 증가에 따라 배터리를 안전하게 사용할 수 있는 충전상태의 안전마진을 감소시켜 추정하는 SOC 안전마진 추정부;
상기 추정된 충전상태와 상기 실제용량으로부터 배터리의 사용가능 용량을 추정할 때, 상기 추정된 안전마진의 감소분을 반영하여 상기 사용가능 용량을 추정하는 사용가능 용량 추정부; 및
상기 추정된 사용가능 용량을 저장하는 메모리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 장치.An SOC estimator estimating a state of charge of the battery;
An actual capacity estimator for estimating an actual capacity of the battery by decreasing an initial capacity of the battery according to an increase in the resistance degradation rate;
SOC safety margin estimator for estimating by reducing the safety margin of the state of charge that can safely use the battery as the resistance degradation rate increases;
A usable capacity estimating unit estimating the usable capacity by reflecting a decrease of the estimated safety margin when estimating a usable capacity of a battery from the estimated state of charge and the actual capacity; And
And a memory unit for storing the estimated usable capacity.
배터리의 저항을 추정하고 배터리의 초기 저항을 기준으로 추정된 저항의 상대적인 비율을 계산하여 저항 퇴화율을 추정하는 저항퇴화 추정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 장치.The method of claim 1,
And a resistance decay estimator estimating a resistance decay rate by estimating a resistance of the battery and calculating a relative ratio of the estimated resistance based on the initial resistance of the battery.
상기 실제용량 추정부는,
수학식:
실제 용량 Cactual(Ah) = F(A)ⅹCinitial
(여기서, Cinitial은 배터리의 초기용량이고, F(A)는 배터리의 초기용량을 실제용량으로 변환하는 계수 함수로서 저항 퇴화율의 증가에 따라 배터리 실제용량의 감소 패턴을 미리 정의한 함수이고, 파라미터 A는 배터리 실제용량의 감소에 영향을 미치는 파라미터로서 저항 퇴화율을 포함함)
에 의해 배터리의 실제용량을 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 장치.The method of claim 1,
The actual capacity estimating unit,
Equation:
Actual capacity C actual (Ah) = F (A) ⅹC initial
Where C initial is the initial capacity of the battery, F (A) is a coefficient function that converts the initial capacity of the battery into actual capacity, and is a function that predefines the reduction pattern of the actual battery capacity as the resistance deterioration rate increases. A is a parameter that affects the reduction of the actual battery capacity, including the resistance decay rate)
Estimating the actual capacity of the battery by the battery capacity estimation apparatus.
상기 파라미터 A는 배터리 온도를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 장치.The method of claim 3,
The parameter A further comprises a battery temperature.
상기 실제용량 추정부는, 용량 퇴화율 별로 실제용량을 정의한 용량추정 룩업 테이블을 참조하여 용량 퇴화율에 대응하는 실제용량을 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 장치.The method of claim 1,
The actual capacity estimating unit estimates an actual capacity corresponding to the capacity decay rate with reference to a capacity estimation lookup table that defines the actual capacity for each capacity decay rate.
상기 실제용량 추정부는, 용량 퇴화율 및 온도 별로 실제용량을 정의한 용량추정 룩업 테이블을 참조하여 용량 퇴화율과 배터리 온도에 대응하는 실제용량을 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 장치.The method of claim 1,
The actual capacity estimating unit estimates the actual capacity corresponding to the capacity decay rate and the battery temperature with reference to a capacity estimation lookup table that defines the actual capacity for each capacity decay rate and temperature.
상기 SOC 안전마진 추정부는,
수학식:
SMupper = RD-1 ⅹ 제1보정계수
SMlower = RD ⅹ 제2보정계수
(여기서, RD는 저항 퇴화율이고, 제1 및 제2보정계수는 안전마진 상한(SMupper)의 감소와 안전마진 하한(SMlower)의 증가를 완화시키는 보정 계수로서 실험을 통해 저항 퇴화율에 따라 미리 정의됨)
에 의해 안전마진의 상한(SMupper)과 하한(SMlower)을 산출하여 안전마진을 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 장치.The method of claim 1,
The SOC safety margin estimator,
Equation :
SM upper = RD -1 ⅹ 1st correction factor
SM lower = RD ⅹ 2nd correction factor
Where RD is the resistance decay rate, and the first and second correction coefficients are correction coefficients that mitigate the decrease in the safety margin upper limit (SM upper ) and the increase in the safety margin lower limit (SM lower ). Predefined according to
And estimating the safety margin by calculating the upper and lower limits SM upper and SM lower .
상기 SOC 안전마진 추정부는, 저항 퇴화율 별로 제1 및 제2보정계수를 정의한 안전마진 룩업 테이블을 참조하여 저항 퇴화율에 대응하는 제1 및 제2보정계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 장치.The method of claim 7, wherein
The SOC safety margin estimator calculates the first and second correction factors corresponding to the resistance degradation rate by referring to the safety margin lookup table that defines the first and second correction factors for each resistance degradation rate. Estimation device.
상기 SOC 안전마진 추정부는, 실험을 통해 얻은 저항 퇴화율에 따른 제1 및 제2보정계수의 변화 패턴을 수학적으로 정의한 제1보정계수 산출함수 및 제2보정계수 산출함수를 이용하여 저항 퇴화율에 대응하는 제1 및 제2보정계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 장치.The method of claim 7, wherein
The SOC safety margin estimator uses a first correction coefficient calculation function and a second correction coefficient calculation function that mathematically define a change pattern of the first and second correction coefficients according to the resistance decay rate obtained through the experiment to determine the resistance decay rate. And calculating a corresponding first and second correction coefficients.
상기 SOC 안전마진 추정부는, 저항 퇴화율 별로 충전상태의 안전마진에 대한상한과 하한을 정의한 안전마진 룩업 테이블을 참조하여 저항 퇴화율에 대응하는 안전마진의 상한과 하한을 산출하여 충전상태의 안전마진을 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 장치.The method of claim 1,
The SOC safety margin estimator calculates an upper and lower limit of the safety margin corresponding to the resistance deterioration rate by referring to a safety margin lookup table that defines an upper limit and a lower limit for the safety margin of the state of charge for each resistance degradation rate. Estimation apparatus for a battery capacity, characterized in that for estimating.
상기 사용가능 용량 추정부는,
수학식:
사용가능 용량(Ah) = 실제용량(Ah) ⅹ (안전마진 상한% - 안전마진 하한%) ⅹ 충전상태(%)
에 의해 배터리의 사용가능 용량을 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 장치.The method of claim 1,
The usable capacity estimation unit,
Equation :
Usable capacity (Ah) = Actual capacity (Ah) ⅹ (upper safety margin%-lower safety margin%) ⅹ state of charge (%)
Estimating the usable capacity of the battery by means of;
상기 사용가능 용량 추정부는, 추정된 사용가능 용량을 표시부를 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 장치.The method of claim 1,
The usable capacity estimating unit outputs the estimated usable capacity through the display unit.
상기 사용가능 용량 추정부는, 추정된 사용가능 용량을 통신 인터페이스를 통해 외부 장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 장치.The method of claim 1,
The usable capacity estimating unit transmits the estimated usable capacity to an external device through a communication interface.
배터리 전압, 온도 및 전류를 측정하는 전압 검출부, 온도 검출부 및 전류 검출부; 및
상기 전압 검출부, 온도 검출부 및 전류 검출부로부터 주기적으로 배터리 전압, 온도 및 전류에 관한 데이터를 입력 받아 메모리부에 저장하는 데이터 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 장치.The method of claim 1,
A voltage detector, a temperature detector, and a current detector for measuring battery voltage, temperature, and current; And
And a data storage unit which receives data on battery voltage, temperature, and current periodically from the voltage detector, the temperature detector, and the current detector, and stores the data regarding the battery voltage, temperature, and current.
상기 추정된 사용가능 용량과 단위 거리당 소비 용량을 이용하여 배터리가 장착된 구동 장치의 주행가능 거리를 추정하는 주행가능 거리 추정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 장치.The method of claim 1,
And a driveable distance estimator for estimating a driveable distance of the driving apparatus in which the battery is mounted using the estimated usable capacity and the consumption capacity per unit distance.
상기 주행가능 거리 추정부는 추정된 주행가능 거리를 표시부를 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 장치.16. The method of claim 15,
The driving distance estimating unit outputs the estimated driving distance through a display unit.
상기 주행가능 거리 추정부는 추정된 주행가능 거리를 통신 인터페이스를 통해 외부 장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 장치.16. The method of claim 15,
The driving distance estimating unit transmits the estimated driving distance to an external device through a communication interface.
상기 장치와 결합된 배터리와,
상기 배터리에 의해 전원을 공급받는 부하를 포함하는 배터리 구동 장치.An apparatus for estimating usable capacity of a battery according to any one of claims 1 to 17,
A battery coupled with the device,
And a load powered by the battery.
저항 퇴화율의 증가에 따라 배터리의 초기용량을 감소시켜 배터리의 실제용량을 추정하는 단계;
상기 저항 퇴화율의 증가에 따라 배터리를 안전하게 사용할 수 있는 충전상태의 안전마진을 감소시켜 추정하는 단계;
상기 추정된 충전상태와 상기 실제용량으로부터 배터리의 사용가능 용량을 추정할 때, 상기 추정된 안전마진의 감소분을 반영하여 상기 사용가능 용량을 추정하는 단계; 및
상기 추정된 사용가능 용량을 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 방법.Estimating a state of charge of the battery;
Estimating the actual capacity of the battery by decreasing the initial capacity of the battery as the resistance degradation rate increases;
Estimating by decreasing the safety margin of the state of charge that can safely use the battery as the resistance degradation rate increases;
Estimating the usable capacity by reflecting a decrease in the estimated safety margin when estimating the available capacity of the battery from the estimated state of charge and the actual capacity; And
And storing the estimated usable capacity.
상기 추정된 사용가능 용량을 표시부를 통해 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 방법.The method of claim 21,
And outputting the estimated usable capacity through a display.
상기 추정된 사용가능 용량을 통신 인터페이스를 통해 외부 장치로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 방법.The method of claim 21,
And transmitting the estimated available capacity to an external device through a communication interface.
상기 추정된 사용가능 용량과 단위 거리당 소비 용량을 이용하여 배터리가 장착된 구동장치의 주행가능 거리를 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 방법.The method of claim 21,
Estimating a running distance of the driving apparatus in which the battery is mounted using the estimated usable capacity and consumption capacity per unit distance.
상기 추정된 주행가능 거리를 표시부를 통해 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 방법.25. The method of claim 24,
And outputting the estimated travelable distance through a display unit.
상기 추정된 주행가능 거리를 통신 인터페이스를 통해 외부 장치로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 용량 추정 방법.25. The method of claim 24,
And transmitting the estimated travelable distance to an external device through a communication interface.
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