KR100387501B1 - 배터리의 잔존 용량 보정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리의 잔존 용량 보정방법에 관한 것이다 .
본 발명에서는 일정 구간 동안 배터리 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압을 토대로 배터리의 잔존 용량을 산출한다. 그리고 상기 잔존 용량을 배터리 전압으로 적어도 1회 이상 미분한 다음에, 상기 미분된 값들이 설정값 이상 변화되지 않는 구간을 잔존 용량 보정 구간으로 설정하고, 설정된 구간 동안 잔존 용량 보정을 수행한다.
이러한 본 발명에 따르면, 전기 자동차에서 배터리의 전압 대비 잔존 용량의 변화량이 작은 구간에서 잔존 용량 보정이 이루어지도록 함으로써, 잔존 용량 예측 오차를 감소시킬 수 있다.
Description
본 발명은 배터리의 잔존 용량 보정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면 전기 자동차의 배터리의 잔존 용량을 보정하기 위한 적절하게 설정하기 위한 잔존 용량 보정방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 원동력으로 이용되고 있는 가솔린 엔진 등의 내연기관은 연료를 실린더 안에서 연소시켜 이때 발생하는 열에너지를 운동 에너지로 변환시켜 자동차의 동력원으로 이용한다.
그러므로 분사된 연료가 연소된 후 배출되는 배기가스에는 연소에 따른 질소 산화물과, 불완전 연소로 인한 일산화탄소나 탄화수소 등 유해 성분을 많이 함유하고 있으므로 인체에 매우 유해하고 대기를 오염시키는 주범이 된다.
특히, 차량 대수가 폭발적으로 증가하고 있는 요즘, 자동차에서 배출되는 배기 가스에 의한 대기 오염을 사회적으로 커다란 문제도 대두되고 있다.
그러므로 심각한 공해 문제로 인하여 배기가스를 배출시키지 않고 한정되어 있는 천연 자원을 사용하지 않는 전기 자동차나 태양열 자동차의 활용 문제가 심각하게 논의되고, 이에 따른 연구 개발이 활발히 진행되어 실용화 단계까지 개발이 진행되고 있다.
상기 전기 자동차는 동력원으로 이용되고 있는 축전지와, 상기 축전지에 의해 동작되어 자동차의 구동력을 발생시키는 모터와, 각 장치 등의 동작을 제어하기 위한 제어장치 등으로 이루어져 있다.
반면 태양열 자동차는, 자동차의 동력원으로 태양열을 이용하여 전압을 발생시키는 태양 전지를 자동차에 장착하여, 발생하는 전압을 축전지에 축전한 후, 구동력을 발생시키는 모터와 기타 다른 제어 장치로 이루어져 있다.
따라서 태양열 자동차가 전기 자동차와 다른 점은 별도의 태양 전지를 이용하여 축전지의 전하를 충전시켜 자동차의 구동 동작을 실행할 수 있도록 한다는 점이다.
그러므로 태양열에 의해 작동되는 태양열 자동차는 오염 물질의 발생이 전혀 없으므로 차세대 자동차로 주목받고 있으므로 실용화 단계까지 주행 성능을 향상시키기 위해 계속적인 개발과 연구가 이루어지고 있다. 따라서 개발 단계에 있는 태양열 자동차의 각 장치의 기능과 성능을 정확하게 판단해야 한다.
이와 같이 천연 자원을 이용하지 않고 배터리에 축적되어 있는 전기나 태양 전지를 이용하는 전기 자동차나 태양열 자동차일 경우 배터리는 자동차의 구동원으로 매우 중요하다.
그러므로 배터리의 상태나 축전 전압 상태 등을 항상 체크하고 판정하여, 배터리의 과도한 방전으로 인한 문제점을 예방할 수 있도록 하고, 비정상 상태일 때발생할 수 있는 안전 사고 등을 예방할 수 있도록 한다.
이외에도 전기 자동차는 배터리에 저장되어 있는 전기 에너지를 사용하여 구동되기 때문에, 운전자가 배터리의 충전 및 방전에 의한 잔존 용량을 정확하게 확인하여 운전상황에 반영할 수 있도록 해야 한다. 또한, 계속적인 배터리 사용으로 인하여 용량 감소가 이루어지면 잔존 용량 예측시에 오차가 증가하게 되므로, 이런 점을 감안하여 주기적 또는 특정 상황 발생시마다 배터리의 잔존 용량을 보정하여 오차를 감소시켜야 한다.
종래의 배터리의 잔존 용량을 측정하는 방법은 주로 배터리의 전압을 이용하며, 전압에 따라 배터리에 충전이 많이 되어 있는 것으로 판단되면 방전하는 방향으로 잔존 용량 보정을 수행하고, 배터리의 방전이 많이 이루어진 것으로 판단되면 충전하는 방향으로 잔존 용량을 보정한다.
그러나, 배터리의 전압을 이용하여 잔존 용량을 예측하기 위하여 배터리의 전압을 측정하여 잔존 용량을 예측하는 시점이, 전압 대비 잔존 용량의 변화가 많은 영역에서 이루어지는 경우에는 예측 오차가 증가되어 배터리의 잔존 용량을 정확하게 측정하는 것이 불가능하게 된다.
그러므로 본 발명의 기술적 과제는 전기 자동차에서 배터리의 전압 대비 잔존 용량의 변화량 작은 구간에서, 잔존 용량 보정이 이루어지도록 하여 측정 오차를 감소시키기 위한 방법을 제공하고자 하는데 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 잔존 용량 보정방법을 구현하기 위한 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 잔존 용량 보정방법의 순서도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에서 측정된 전기 자동차의 배터리 전압 상태를 나타낸 그래프이다.
도 4a는 충전시 배터리의 전압을 기본으로 하여 예측된 잔존 용량을 나타낸 그래프이다.
도 4b는 도 4a의 그래프에서 잔존 용량을 전압으로 미분한 값을 나타낸 그래프이다.
도 4c는 도 4b의 그래프에서 잔존 용량을 전압으로 미분한 값을 나타낸 그래프이다.
도 5a는 방전시 배터리의 전압을 기본으로 하여 예측된 잔존 용량을 나타낸 그래프이다.
도 5b는 도 5a의 그래프에서 잔존 용량을 전압으로 미분한 값을 나타낸 그래프이다.
도 5c는 도 5b의 그래프에서 잔존 용량을 전압으로 미분한 값을 나타낸 그래프이다.
도 5d는 도 5c의 그래프에서 잔존 용량을 전압으로 미분한 값을 나타낸 그래프이다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 배터리의 잔존 용량 보정방법은, 일정 구간 동안 배터리 전압을 측정하는 단계; 상기 측정된 전압을 토대로 배터리의 잔존 용량을 산출하는 단계; 상기 잔존 용량을 배터리 전압으로 적어도 1회 이상 미분하는 단계; 상기 미분된 값들이 설정값 이상 변화되지 않는 구간을 잔존 용량 보정 구간으로 설정하는 단계; 및 상기 설정된 구간 동안 잔존 용량 보정을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 미분 단계는 배터리의 충전시 전압으로 잔존 용량을 미분할 수 있으며, 또한, 배터리의 방전시 전압으로 잔존 용량을 미분할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 1에 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 잔존 용량 보정방법을 구현하기 위한 장치의 구조가 도시되어 있다.
첨부한 도 1에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 잔존 용량 보정방법을 구현하기 위한 장치는, 배터리(10)와, 배터리에 충전되는 전압을 측정하는 충전 전압 검출부(20)와, 행중에 배터리에서 방전되는 전압을 측정하는 방전 전압 검출부(30)와; 각 전압 검출부(20,30)에서 출력되는 신호를 배터리의 잔존 용량을 산출하고, 산출된 잔존 용량을 검출된 전압으로 다수회 미분하며, 미분된 값을 토대로 잔존 용량 보정 구간을 설정하는 충전 제어부(40), 충전 제어부의 제어에 따라 배터리의 충방전을 수행하는 배터리 충방전부(50)로 이루어진다.배터리(10)는 다수의 셀로 이루어진 모듈이며, 일반적으로 다수의 모듈이 하나의 팩을 이루어서 전기 자동차에 장착된다.
다음에는 이러한 구조로 이루어지는 장치를 토대로 하여 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 잔존 용량 보정방법에 대하여 설명한다.
도 2에 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 잔존 용량 보정방법의 순서도가 도시되어 있다.
먼저, 도 2에 도시되어 있듯이, 배터리(10)의 충전 전압 또는 방전 전압을 검출한다.
충전 전압 검출부(20)는 배터리(10)에 충전시의 전압을 측정하여 그에 해당하는 전기적인 신호를 출력하며, 방전 전압 검출부(30)는 자동차의 구동에 의해 배터리(10)에서 방전되는 전압을 측정하여 해당하는 전기적인 신호를 출력한다.
충전 제어부(40)는 충전 전압 검출부(20) 및 방전 전압 검출부(30)로부터 각각 입력되는 배터리의 충전 전압 또는 방전 전압을 토대로 배터리(10)의 잔존 용량 보정을 수행한다.
도 3a 내지 도 3c에 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 전압을 측정한 예가 그래프로 도시되어 있다.
도 3a는 배터리 셀을 기본으로 하여 측정한 값으로, 충전, 무부하, 방전시에 해당하는 전압 거동을 나타내며, 도 3b는 배터리 모듈을 기본으로 하여 측정한 값으로, 충전 및 방전시 전압 거동을 나타낸다. 그리고 도 3c는 배터리 팩을 기본으로 하여 측정한 값으로, 충전 및 방전시 전압 거동을 나타낸다.
첨부한 도 3a 내지 도 3c에 도시된 것을 토대로, 배터리의 잔존 용량의 정도, 부하 정도에 따라 그래프의 전압이 각각 다르게 나타나는 것을 알 수 있으며, 이외에도 배터리 종류, 배터리 노후 상태, 측정 환경(온도, 습도, 측정 장비 상태) 등에 따라 전압이 달라질 수 있다.
이러한 특성을 가지는 배터리의 충전 전압을 토대로 하여 배터리 잔존 용량을 보정하는 구간을 설정하는 과정을 먼저 설명하면, 충전 제어부(40)는 충전 전압 검출부(20)로부터 출력되는 충전 전압과 자동차의 주행 상태나 주변 환경의 변수(예를 들어 온도, 습도 등)을 토대로 배터리의 잔존 용량을 산출한다(S100∼S120). 도 4a에 충전시 배터리의 전압을 기본으로 하여 예측된 잔존 용량을 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
이와 같이 충전 전압을 토대로 하여 잔존 용량을 산출한 다음에, 충전 제어부(40)는 산출된 잔존 용량을 전압으로 미분한다(S130). 도 4b에 도 4a의 그래프에서 잔존 용량을 전압으로 미분한 그래프가 도시되어 있다. 도 4b와 같이, 미분된 값이 특정 부분 예를 들어, 356.7V에서 변곡이 일어나고, 356.7V에 가까워질수록 측정 전압 대비 잔존 용량의 값의 변화가 커지게 된다. 다음에, 1차 미분된 값을 다시 전압으로 미분하면 도 4c에 도시된 바와 같은 그래프 특성을 얻게 된다. 잔존 용량을 2차 미분한 경우에는 1차 미분한 경우와는 달리 332V를 기준으로, 332V 이하에서는 안정적인 변화를 보이는 반면에, 332V 이상에서 측정 전압 대비 잔존 용량의 값이 점진적으로 증가하게 된다(S140).
따라서, 잔존 용량의 보정 구간은 332V 이하 구간에서 이루어진다면, 실질적인 측정 전압 대비 잔존 용량의 예측 오차를 줄일 수가 있다.
이와 같이 잔존 용량을 충전 전압으로 2차 미분한 다음에, 충전 제어부(40)는 전압별로 미분된 값 중에서 그 값이 변환되기 시작하는 시점에 해당하는 전압값을 잔존 용량 보정 기준 시점으로 설정하고(S150), 설정된 보정 기준 시점에 도달하기 전까지 충방전부(50)를 구동시켜 잔존 용량 보정을 수행한다(S160).
위에 기술된 바와는 달리, 배터리의 방전 전압을 이용하여 잔존 용량 보정 구간을 설정할 수가 있다. 충전 제어부(40)는 방전 전압과 자동차의 주행 상태나 주변 환경의 변수를 토대로 배터리의 잔존 용량을 산출한다. 도 5a에 방전시 배터리의 방전 전압을 기본으로 하여 예측된 잔존 용량을 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
다음에, 충전 제어부(40)는 위에 기술된 바와 동일하게, 산출된 잔존 용량을 방전 전압으로 미분한다. 도 5b에 도 5a의 그래프에서 잔존 용량을 방전 전압으로 미분한 그래프가 도시되어 있다. 도 5b와 같이, 미분된 값이 특정 부분 예를 들어, 338.V에서 변곡이 일어나고, 338V에 가까워질수록 측정 전압 대비 잔존 용량의 값의 변화가 커지게 된다. 다음에, 1차 미분된 값을 다시 방전 전압으로 미분하면 도 5c에 도시된 바와 같은 그래프 특성을 얻게 된다. 잔존 용량을 2차 미분한 경우에는 1차 미분한 경우와는 달리 328V와 347V 부분에서 변곡이 발생하고 있다. 이러한 특성을 가지는 잔존 용량을 다시 방전 전압으로 3차 미분하면 도 6d와 같은 특성을 얻게 되며, 도 6d에 따르면 306V, 332V, 368V에서 변곡이 발생하고 있음을 알 수 있다.
이와 같이 방전 전압을 토대로 잔존 용량을 3번 미분한 결과, 충전 제어부(40)는 306V 이하와 368V 이상의 영역을 잔존 용량 보정 구간으로 설정하며, 즉, 미분된 값들이 변환되기 시작하는 시점이나, 변환되었던 미분값들이 안정적으로 되는 시점을 잔존 용량 보정 기준 시점으로 설정하여, 미분값들이 변화되지 않는 구간 동안 잔존 용량 보정을 수행한다. 따라서, 측정 전압 대비 잔존 용량의 예측 오차가 감소된다.
이외에도 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 실시가 가능하다.
이상에서와 같이 본 발명의 실시예에서는 전기 자동차에서 배터리의 전압 대비 잔존 용량의 변화량이 작은 구간에서 잔존 용량 보정이 이루어지도록 함으로써, 잔존 용량 예측 오차를 감소시킬 수 있다.
Claims (3)
- 일정 구간 동안 배터리 전압을 측정하는 단계;상기 측정된 전압을 토대로 배터리의 잔존 용량을 산출하는 단계;상기 잔존 용량을 배터리 전압으로 적어도 1회 이상 미분하는 단계;상기 미분된 값들이 설정값 이상 변화되지 않는 구간을 잔존 용량 보정 구간으로 설정하는 단계; 및상기 설정된 구간 동안 잔존 용량 보정을 수행하는 단계를 포함하는 배터리의 잔존 용량 보정방법.
- 제1항에 있어서,상기 미분 단계는 배터리의 충전시 전압으로 잔존 용량을 미분하는 것을 특징으로 하는 배터리의 잔존 용량 보정방법.
- 제1항에 있어서,상기 미분 단계는 배터리의 방전시 전압으로 잔존 용량을 미분하는 것을 특징으로 하는 배터리의 잔존 용량 보정방법.
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| FPAY | Annual fee payment |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |