KR100784086B1 - 배터리의 내부 저항을 이용한 최대 출력 추정 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리의 최대 출력과 직접적인 상관 관계를 가지며 그 최대 출력에 가장 큰 영향을 미치는 배터리의 내부 저항을 이용하여 비교적 간단하면서도 적은 비용으로 배터리의 최대 출력을 추정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 본 발명에 따르는 배터리의 최대 출력 추정방법은, 상기 배터리의 최대 출력 추정이 요청되면, 온도를 측정하고 SOC를 추정하고, 상기 배터리의 내부 저항을 측정하는 단계; 상기 측정된 온도, 상기 추정된 SOC, 상기 측정된 내부 저항에 대응되는 배터리 최대 출력값을, 온도 및 충전 상태(SOC)별로 각각 내부 저항값 및 배터리 최대 출력값을 맵핑시킨 테이블로부터 독출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

SOC,최대 출력, 내부 저항

Description

배터리의 내부 저항을 이용한 최대 출력 추정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING MAXIMUM POWER OF BATTERY BY USING INTERNAL RESISTANCE OF THE BATTERY}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 최대 출력 테이블 구성방법의 흐름도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 최대 출력 테이블을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 최대 출력 추정장치의 구성도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 최대 출력 추정방법의 흐름도이다.

본 발명은 하이브리드 전기 자동차(HEV)용 배터리의 최대 출력을 추정하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 차량에 장착되는 배터리의 최대 출력에 영향을 미치는 여러가지 환경 변수 중에서 가장 큰 영향을 미치는 배터리의 내부 저 항을 이용하여 배터리의 현재 최대 출력을 추정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

전기 자동차는 배터리에 저장된 전기 에너지를 에너지원으로 이용한다. 이러한 전기 자동차용 배터리로서 리튬-이온 폴리머 배터리가 많이 이용되고 있으며, 그 배터리에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다.

상기 자동차에 장착되는 배터리는 배터리 관리 시스템(BMS)에 저장되어 있는 각종 제어 정보 하에 그 출력 등이 제어되는데, BMS를 구현할 때 그 기능 중에서 현재 배터리의 최대 출력이 얼마인지를 추정해서 알려주는 것은 하이브리드 자동차 등에서 가장 중요한 정보를 형성하는 것으로 알려져 있다.

그러나, 배터리의 최대 출력은 온도, SOC(State of Charge), SOH(State of Health) 등에 따라 민감하게 변화되기 때문에, 이를 직접적으로 측정할 수는 없다. 이와 같이 배터리의 최대 출력은 비선형성이 워낙 강하기 때문에, 직접 측정하는 것은 불가능하여 간접적으로 추정하는 방법만이 제안되고 있는 실정이다.

하지만 종래에는 단순히 상기 각각의 변수를 이용하여 배터리의 최대 출력을 추정하는 방법만을 개시하고 있을 뿐이므로, 배터리의 최대 출력과 직접적인 상관 관계를 가지는 것으로 알려져 있는 배터리의 내부 저항을 이용한 추정 방법은 제안조차 하지 못하고 있다.

본 발명은 배터리의 최대 출력과 직접적인 상관 관계를 가지며 그 출력에 가장 큰 영향을 미치는 배터리의 내부 저항을 이용하여 비교적 간단하면서도 적은 비용으로 배터리의 최대 출력을 추정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 상기한 본 발명에 따르는 배터리의 최대 출력 추정방법은, 상기 배터리의 최대 출력 추정이 요청되면, 온도를 측정하고 SOC를 추정하고, 상기 배터리의 내부 저항을 측정하는 단계; 상기 측정된 온도, 상기 추정된 SOC, 상기 측정된 내부 저항에 대응되는 배터리 최대 출력값을, 온도 및 충전 상태(SOC)별로 각각 내부 저항값 및 배터리 최대 출력값을 맵핑시킨 테이블로부터 독출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 배터리의 최대 출력값에 영향을 미치는 여러 변수들을 고려할 뿐만 아니라 배터리의 내부 저항을 이용하여 배터리의 최대 출력값을 보다 간편하면서도 정확하게 추정한다.

상기한 본 발명을 위한 배터리 최대 출력 테이블을 구성하는 방법을 도 1의 흐름도를 참조하여 설명한다.

실험자는 실험을 통해 온도별 및 SOC별 배터리의 내부 저항값을 측정한다(100단계). 이때, 배터리의 내부 저항값이 측정되는 환경, 즉 온도와 SOC는 어떤 특정의 배터리의 실제 동작 온도 범위 및 실제 동작 SOC 범위 내에 속한다. 특히, 상기 내부 저항값을 측정함에 있어서, 내부 저항값을 직접적으로 측정하는 대신에, 온도별 그리고 SOC별 전압 및 전류를 측정하여, 그 측정값으로부터 내부 저항값을 산출하는 것이 바람직하다.

이후, 실험자는 상기 내부 저항값 측정과 같은 방식으로, 온도별 및 SOC별로 배터리의 최대 출력값을 실험적으로 측정한다(102단계).

이후, 상기 100 및 102 단계를 통해 측정한 값들을 상호 연관시켜, 배터리의 내부 저항값 대 최대 출력값의 상호 관계를 나타내는 배터리 최대 출력 테이블을 구성하고, 상기 배터리 최대 출력 테이블을 해당 배터리가 구비되는 배터리 관리장치의 메모리부에 저장한다(104단계). 여기서, 상기 배터리 최대 출력 테이블은 도 2에 도시한 바와 같이 온도 및 SOC별 배터리의 내부 저항값과 최대 출력값이 맵핑된 것이다.

이제, 상기한 배터리 최대 출력 테이블을 이용하여 배터리 최대 출력값을 추정하는 장치의 구성을 도 3을 참조하여 설명한다.

제어부(200)는 도 3의 구성을 전반적으로 제어함은 물론이며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 배터리 최대 출력 추정 프로세스를 수행한다. 즉, 제어부(200)는 온도 측정 및 SOC 추정, 내부 저항값 산출을 이행한 후에, 상기 측정된 온도, SOC, 내부 저항값에 대응되는 최대 출력값을 상기 배터리 최대 출력 테이블로부터 독출함으로써, 해당 배터리의 최대 출력값을 신속하고 간편하게 추정한다.

메모리부(202)는 제어부(200)의 처리 프로그램을 포함하는 다양한 정보를 저장하며, 특히 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 도 2에 도시한 바와 같은 배터리 최대 출력 테이블을 저장한다.

전류 및 전압 측정부(204)는 해당 배터리의 최대 출력값을 추정하기 위해 배터리의 전류 및 전압을 측정하고, 그 결과를 제어부(200)에 제공한다.

온도 센서(206)는 온도를 측정하고 그 결과를 제어부(200)에 제공한다.

SOC 추정부(208)는 해당 배터리의 SOC를 추정하고, 그 결과를 제어부(200)에 제공한다.

이제 상기한 배터리 최대 출력 추정장치에 적용 가능한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 최대 출력 추정방법을 도 4의 흐름도를 참조하여 설명한다.

상기 배터리 최대 출력 추정장치의 제어부(200)는 배터리 최대 출력 추정이 요청되면, 온도 센서(206)를 통해 온도를 측정하고, SOC 추정부(208)를 통해 해당 배터리의 SOC를 추정한다(300,302단계). 이후 제어부(200)는 전류 및 전압 측정부(204)를 통해 해당 배터리의 전압 및 전류를 측정하고, 상기 측정된 전압 및 전류에 따라 해당 배터리의 내부 저항값을 산출한다(306단계). 특히, 상기 전압 및 전류의 측정은, 상기 배터리를 구비하는 소정 장치의 운행중, 1초 동안의 전압과 전류를 실시간으로 측정하고, 그 측정된 전류 및 전압을 통해 산출됨이 바람직하다.

상기 내부 저항값의 산출이 완료되면, 제어부(200)는 메모리부(202)에 저장된 배터리 최대 출력 테이블로부터 상기 측정된 온도, 상기 추정된 SOC, 상기 산출된 내부 저항값에 대응되는 배터리 최대 출력값을 독출한다(308단계). 이로서, 해당 배터리에 대한 최대 출력값 추정이 완료된다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 기초로 하여 설명하였으나, 본 발명은 전술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 방식으로 변경, 수정될 수 있다는 것은 당업자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 후술하는 특허 청구의 범위 및 그 등가물에 대해서는 모두 본 발명의 범주에 속한다.

본 발명은 실험을 통해 온도 및 SOC별 배터리의 내부 저항값과 최대 출력값의 상호 연관성을 테이블로 미리 작성하고, 배터리의 실제 사용 중에 실시간으로 내부 저항값, 온도, SOC를 측정하고, 그 측정결과에 대응되는 배터리 최대 출력값을 상기 테이블로부터 획득함으로써, 직접적인 측정이 불가능하고 비선형성이 매우 강한 배터리의 최대 출력을 간편하면서도 추가의 비용 없이 비교적 정확하게 추정할 수 있는 이점이 있다.

Claims (7)

1. 배터리의 최대 출력 추정 방법에 있어서,

   온도 및 SOC 별 상기 배터리의 내부 저항 및 상기 배터리의 최대 출력값을 측정하고, 상기 온도 및 SOC 별로 측정된 상기 배터리의 내부 저항 및 상기 배터리의 최대 출력값으로 구성된 맵핑 테이블을 메모리부에 저장하는 단계

   배터리의 최대 출력 추정이 요청되면, 배터리의 온도를 측정하고 SOC를 추정하고, 상기 배터리의 내부 저항을 측정하는 단계;

   상기 측정된 온도, 상기 추정된 SOC, 상기 측정된 내부 저항에 대응되는 배터리 최대 출력값에 상기 맵핑 테이블로부터 독출하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 최대 출력 추정방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 테이블 구성을 위한 배터리의 내부 저항 및 배터리의 최대 출력값의 측정은,

   상기 배터리의 실제 동작 온도 범위 및 실제 동작 SOC 범위 내에서 수행되는 것임을 특징으로 하는 배터리의 최대 출력 추정방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 내부 저항값은 상기 배터리의 전류 및 전압을 측정하여 산출됨을 특징으로 하는 배터리의 최대 출력 추정방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 내부 저항값은,

   상기 배터리를 구비하는 소정 장치의 운행중,

   소정시간 동안의 전압과 전류를 실시간으로 측정하고,

   그 측정된 전류 및 전압을 통해 산출됨을 특징으로 하는 배터리의 최대 출력 추정 방법.
6. 배터리의 최대 출력 추정 장치에 있어서,

   온도 및 충전 상태(SOC)별로 각각 내부 저항값 및 배터리 최대 출력값을 맵핑시킨 테이블을 저장하는 메모리부;

   온도를 센싱하는 온도 센서;

   상기 배터리의 SOC를 추정하는 SOC 추정부;

   상기 배터리의 전압 및 전류를 측정하는 전압 및 전류 측정부;

   상기 배터리의 최대 출력 추정이 요청되면, 상기 온도 센서를 통해 온도를 측정하고 상기 SOC 추정부를 통해 SOC를 추정하고, 상기 전압 및 전류 측정부를 통해 상기 배터리의 전압 및 전류를 측정하여 상기 배터리의 내부 저항을 산출하고, 상기 측정된 온도, 상기 추정된 SOC, 상기 산출된 내부 저항에 대응되는 배터리 최대 출력값을, 상기 테이블로부터 독출하는 제어부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 최대 출력 추정장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제어부가,

   상기 배터리의 전압과 전류를 소정 시간 동안 실시간으로 측정하고,

   그 측정된 전류 및 전압을 통해 배터리의 내부 저항값을 산출함을 특징으로 하는 배터리의 최대 출력 추정장치.

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