KR101172183B1

KR101172183B1 - 차량의 배터리 ｓｏｈ 추정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101172183B1
Application number: KR1020100093085A
Authority: KR
Inventors: 오중석; 박만재; 허상진
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2012-08-07
Also published as: US8515700B2; JP5710217B2; US20120078549A1; KR20120031611A; JP2012074342A

Abstract

본 발명은 차량의 배터리 SOH추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리의 열화에 영향을 미치는 가장 큰 요인인 온도 변화와 주행거리를 모두 고려하여 배터리의 열화정도를 추정 가능하고, 이를 통해 배터리의 SOH 및 잔존 주행거리를 정확하게 추정하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 일정 시간 간격으로 측정된 배터리 온도를 메모리에 시간에 따른 온도 분포 데이터로 저장하는 배터리 온도 측정 및 저장 단계와, 메모리에 저장된 온도 분포 데이터가 기준기간을 초과하여 저장되었는지 여부를 확인하는 데이터 저장 기간 확인 단계와, 메모리에 저장된 온도 분포 데이터가 기준기간을 초과하는 기간 동안의 데이터이면, 메모리에 저장되어 있는 온도 분포 데이터를 통해서, 온도 변화에 대한 가혹도를 산출하는 가혹도 산출 단계 및 메모리에 저장되어 있는 주행 거리에 대한 열화 맵에 가혹도 산출 단계에서 산출된 가혹도를 적용하여, 주행 거리 및 온도에 따른 열화를 산출하는 열화 산출단계를 개시한다.

Description

차량의 배터리 ＳＯＨ 추정 장치 및 방법{ESTIMATING APPARATUS AND METHOD OF STATE OF HEALTH(SOH) OF BATTERY IN VEHICLE}

본 발명은 차량의 배터리 SOH추정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 배터리의 열화에 영향을 미치는 가장 큰 요인인 온도 변화와 주행거리를 모두 고려하여 배터리의 열화정도를 추정 가능하고, 이를 통해 배터리의 SOH 및 잔존 주행거리를 정확하게 추정할 수 있는 차량의 배터리 SOH추정 장치 및 방법에 관한 것이다.

친환경 에너지 개발에 관심이 집중되고 있는 최근에는 자동차 분야에서도 배터리를 에너지원으로 사용하는 순수 전기 자동차와 에너지 버퍼로 사용하는 엔진 하이브리드 전기 자동차 및 연료 전지 하이브리드 전기 자동차 등에 대한 개발이 집중되고 있다.

이러한 하이브리드 자동차에서 배터리 시스템은 차량의 품질을 결정하는 주요한 부품중의 하나이다. 하이브리드 자동차의 배터리 시스템은 주행 중 엔진의 출력을 어시스트하거나 발생한 에너지를 축적하는 자동차의 에너지원으로서, 그 제어기술은 매우 중요하다.

이러한 배터리시스템의 제어기술로는 파워제어, 냉각, 진단, 잔존용량추정 등이 있는데, 이중 배터리 잔존용량추정은 자동차의 주행전략을 위해 가장 중요하게 작용한다.

그리고 하이브리드 자동차는 배터리의 잔존용량을 계산하여 배터리에 충전 및 방전을 제어함으로써, 차량의 운용 효율을 높일 수 있다.

그리고 이러한 배터리의 잔존 용량은 사용 환경이나 사용기간에 따라서 저항 및 용량이 열화되어, 가용 용량이 감소하거나 저항이 증가하게 되어 그 성능인 건강상태(이하 "SOH"; State Of Health)가 배터리 생산 초기에 비해서 저하된다. 즉, 이때 배터리의 SOH 저하로 인해, 배터리의 잔존 용량의 추정이 생산 초기 상태와 상이해 진다. 그러므로 배터리의 잔존 용량을 통해 차량의 운용효율을 높이기 위해서는 배터리의 SOH의 정확한 추정이 필요하다.

그러나 현재 사용되고 있는 SOH 추정 방식은 배터리의 전류 및 전압을 측정을 통해 임피던스를 추정하거나, 직접 임피던스를 측정하는 방식이 이용되고 있으나, 각 센서들에서 측정되는 전류, 전압 및 임피던스 측정 시 발생되는 오류로 인해 정확한 추론이 어렵거나 로직이 매우 복잡해지는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리의 열화에 영향을 미치는 가장 큰 요인인 온도 변화와 주행거리를 모두 고려하여 배터리의 열화정도를 추정 가능하고, 이를 통해 배터리의 SOH 및 잔존 주행거리를 정확하게 추정할 수 있는 차량의 배터리 SOH추정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 차량의 배터리 SOH추정 장치 및 방법은 일정 시간 간격으로 측정된 배터리 온도를 메모리에 시간에 따른 온도 분포 데이터로 저장하는 배터리 온도 측정 및 저장 단계와, 상기 메모리에 저장된 온도 분포 데이터가 기준기간을 초과하여 저장되었는지 여부를 확인하는 데이터 저장 기간 확인 단계와, 상기 메모리에 저장된 온도 분포 데이터가 기준기간을 초과하는 기간 동안의 데이터이면, 상기 메모리에 저장되어 있는 온도 분포 데이터를 통해서, 온도 변화에 대한 가혹도를 산출하는 가혹도 산출 단계 및 상기 메모리에 저장되어 있는 주행 거리에 대한 열화 맵에 상기 가혹도 산출 단계에서 산출된 가혹도를 적용하여, 주행 거리 및 온도에 따른 열화를 산출하는 열화 산출단계를 포함할 수 있다.

상기 열화 산출 단계 이후에는 상기 주행 거리에 대한 열화맵을 통해 산출된 상기 배터리의 열화에 따라 차량이 주행할 수 있는 잔존 주행 거리를 산출하는 잔존 주행 거리 산출 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 온도 분포 데이터는 이그니션 온상태에서 차량이 주행 중일 때의 온도 분포인 주행 중의 온도 분포 데이터와 차량이 정차한 상태일 경우의 온도 분포인 방치중의 온도 분포 데이터로 이루어질 수 있다.

상기 기준 기간은 1년으로 설정하여, 계절에 따른 배터리의 온도 변화를 모두 고려하여 열화를 판단할 수 있다.

또한 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 차량의 배터리 SOH추정 장치 및 방법은 배터리 셀의 온도 분포 데이터에 대해서 기준 온도에 대한 가혹도를 저장하고 있는 가혹도 맵과, 주행 거리별에 따른 배터리 열화를 저장하고 있는 열화맵으로 이루어진 메모리 및 상기 메모리에 저장되어 있는 상기 가혹도 맵과 상기 열화맵의 데이터 값을 통해, 배터리의 온도 및 차량의 주행거리에 따른 배터리 열화를 산출하는 제어기를 포함할 수 있다.

상기 열화맵은 대상 시험을 통해, 차량의 주행 거리별로 배터리 열화 정도를 측정하여 이를 저장하고 있는 맵일 수 있다.

상기 가혹도맵은 상기 배터리 셀의 온도를 기준 기간 이상 일정 간격으로 측정된 온도 분포 데이터를 통해 산출된 온도 변화에 대한 기준 온도의 가혹도에 대한 맵일 수 있다.

본 발명에 의한 차량의 배터리 SOH추정 장치 및 방법은 배터리의 열화에 영향을 미치는 가장 큰 요인인 온도 변화와 주행거리를 모두 고려하여 배터리의 열화정도를 추정 가능하고, 이를 통해 배터리의 SOH 및 잔존 주행거리를 정확하게 추정할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 배터리 SOH추정 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 차량의 배터리 SOH추정 장치를 통한 추정 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 온도 분포 데이터의 일예이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 온도별 가혹도 맵의 일예이다.
도 5는 도 1 및 도 2의 주행 거리별 열화맵의 일예이다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 배터리 SOH추정 장치를 도시한 블록도가 도시되어 있다.

도 1에서 도시된 바와 같이 차량의 배터리 SOH추정 장치(100)는 온도 분포 데이터(111), 온도별 가혹도 맵(112) 및 주행 거리별 열화맵(113)을 저장하고 있는 메모리(110)와 상기 메모리(110)와 전기적으로 연결되어, 상기 메모리에서 인가되는 데이터를 통해 차량의 배터리의 열화 정도를 판단하는 제어기(120)로 이루어진다. 이러한 도 1의 차량의 배터리 SOH추정 장치(100)의 열화 추정 방법은 도 2의 차량의 배터리 SOH추정 방법과 함께 설명하고자 한다.

우선 이그니션 온 상태가 되면, 배터리에 장착된 온도 센서(St)가 일정 시간 간격으로 배터리 온도를 측정하여, 메모리(110)에 일정 시간 간격으로 시간에 따른 온도 분포 데이터(111)를 저장(S1)한다. 이러한 온도 분포 데이터(111)는 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 시간에 따른 온도로 저장되며, 이그니션 온상태에서 차량이 주행 중일 때의 온도 분포인 주행 중 온도 분포 데이터(111a)와 이 차량이 정차한 상태일 경우의 온도 분포인 방치중의 온도 분포 데이터(111b)로 이루어진다.

이러한 온도 분포 데이터(111)중에서 방치 중의 온도 분포 데이터(111b)는 계절에 따라 변화하는 외부 온도에 비례하여 변화한다. 그리고 온도 분포 데이터(111)중에서 주행 중의 온도 분포 데이터(111a)는 차량 주행 시 발생되는 주행 온도로 인해서, 방치 중의 온도 분포 데이터(111b)에 비해서 외부 온도 변화에 받는 영향은 미비하다.

이러한 온도 분포 데이터(111)는 계절에 따라 기온이 변화율이 큰 국내에서는 주행 중과 방치 중에 대한 온도 분포 데이터를 별도로 구비할 수 있으나, 계절에 따라 기온 변화가 없는 경우 하나의 온도 분포 데이터(111)를 이용할 수도 있다.

이러한 온도 분포 데이터(111)는 일정 시간 간격으로 배터리의 온도를 온도 센서(St)를 통해 측정하고, 측정된 온도를 데이터로 누적하여 저장함으로써 얻을 수 있다.

그리고 제어기(120)는 이러한 온도 분포 데이터(111)가 누적되어 저장된 기간이 기준 기간(Ta)을 초과하였는지 여부를 확인(S2)한다.

그리고 제어기(120)는 온도 분포 데이터(111)에 저장되어 있는 데이터가 누적되어 저장된 기간이 기준 기간(Ta)과 같거나 더 짧다면, 기준 시간(Ta)보다 더 긴 시간 누적되어 저장되도록 배터리 온도 측정 및 저장 단계(S1)를 반복 실행 한다.

즉, 이와 같이 온도 분포 데이터(111)가 기준 시간(Ta)을 초과하는 기간 동안 일정 시간 간격으로 배터리의 온도 변화에 대한 데이터를 누적하여 저장할 수 있도록, 기준 시간(Ta)을 초과하기 전까지 배터리의 온도 측정과 온도 변화에 대한 데이터 저장을 반복하여 실행한다.

이때, 기준 시간(Ta)은 계절에 따라 차량의 외부 기온이 변화될 때의 배터리의 열화를 모두 고려하기 위해서, 1년으로 설정 한다.

그리고 제어기(120)는 온도 분포 데이터(111)에 저장되어 있는 데이터가 누적되어 저장된 기간이 기준 기간(Ta)보다 길다면, 온도 분포 데이터(111)를 통해서, 온도 변화에 대한 가혹도를 산출하는 가혹도 산출 단계(S3)를 실행한다.

이러한 가혹도 산출 단계(S3)에서는 온도 분포 데이터(111)를 통해 설정된 복수의 온도 값과, 기준 온도(T1)에 대한 가혹도를 산출한다.

예를 들어 기준 온도(T1)가 도 4에 도시된 바와 같이 주행 중 온도 분포 데이터(111a)의 평균값인 T1℃일 경우에, 설정된 복수의 온도 값 중에서 기준 온도(T1)와 같은 온도에 대한 가혹도는 1로 설정한다. 그리고 설정된 복수의 온도 값 중에서 기준 온도(T1)보다 높은 온도 값에 대한 가혹도는 1보다 큰 상수가 되도록 설정한다. 즉, 온도가 기준 온도(T1)보다 높으면 높을수록 그 가혹도는 비례 또는 순차적으로 증가하도록 가혹도를 산출한다.

또한, 설정된 복수의 온도 값 중에서 기준 온도(T1)보다 낮은 온도 값에 대한 가혹도는 1보다 작은 양의 상수가 되도록 설정한다. 그리고 온도가 기준 온도(T1)보다 낮으면 낮을수록 그 가혹도는 감소하여 0과 근접하게 되도록 산출한다.

그리고 이러한 기준 온도(T1) 이외에도 방치 중 온도 분포 데이터(111b)를 통한 방치 기준 온도(T2)를 더 산출하고, 이에 대한 가혹도도 산출할 수 있다.

그리고 가혹도 산출 단계(S3)에서 산출된 온도 변화에 대한 가혹도는 온도 변화에 대한 가혹도 맵(112)으로 메모리(110)에 저장된다. 즉, 이러한 온도 변화에 대한 가혹도 맵(112)은 온도 분포 데이터(111)를 통해 산출된 기준 온도(T1, T2)에 따른 가혹도값을 각 온도 별로 산출하여 저장된 값이다.

그리고 메모리(110)에 저장되어 있는 주행 거리에 대한 열화맵(113)은 대상 시험을 통해서, 차량의 주행 거리별로 배터리의 열화 정도를 측정하여 저장하고 있는 맵으로 예를 들어 도 5와 같다.

그리고 제어기(120)는 상기 메모리(110)에 저장되어 있는 주행 거리에 대한 열화맵(113)을 통해서, 차량의 현재 주행 거리에 대한 열화값(113a, 113b)을 산출하고, 산출된 열화값(113a, 113b)에 가혹도 산출 단계(S3)에서 산출된 가혹도를 적용하여, 현재 차량의 주행 거리 및 온도에 따른 열화 정도(Es)를 추정하는 열화 추정 단계(S4)를 실행한다.

즉, 이러한 열화 추정 단계(S4)에서는 주행 거리에 대한 열화맵(113)을 통해 현재 차량의 주행 거리에 대한 열화값을 추정하고, 추정된 열화값에 산출된 온도에 대한 가혹도값을 곱해서, 차량이 주행한 거리와 배터리의 온도에 따라 배터리의 열화 정도를 추정한다.

이러한 주행 거리에 대한 열화맵(113)에 저장되어 있는 열화값은 배터리의 전류 변화로 인해 발생되는 저항 열화값(113a)과, 배터리의 만충전에서 만방전까지 걸리는 시간에 대한 배터리의 용량 열화값(113b)으로 이루어질 수 있다.

그리고 열화 추정 단계(S4)에서는 주행 거리에 대한 열화맵(113)을 통해 추정되는 저항 열화값(113a)에 가혹도값을 적용한 저항 열화 정도(E1)와, 용량 열화값(113b)에 가혹도값을 적용한 용량 열화 정도(E2)를 추정한다.

그리고 주행 거리에 대한 열화맵(113)을 통해 산출된 열화 정도(E1, E2)에 따라, 차량이 주행할 수 있는 잔존 주행거리를 산출하는 잔존 주행 거리 산출 단계(S5)를 실행한다. 이러한 잔존 주행거리는 열화 추정 단계(S4)에서 추정된 배터리의 열화 정도(E1, E2)에 따라, 배터리의 SOH를 추정하고 이를 통해 SOH에 따라 주행 가능한 최종 주행 거리(Ed)를 설정하고, 그리고 설정된 최종 주행 거리(Ed)에서 현재 차량이 주행한 거리를 빼서 산출할 수 있다.

이러한 본원 발명의 차량의 배터리 SOH추정 장치 및 방법은 배터리의 열화에 영향을 미치는 가장 큰 요인인 온도 변화와 주행거리를 모두 고려하여 배터리의 열화정도를 추정 가능하고, 이를 통해 배터리의 SOH 및 잔존 주행거리를 정확하게 추정할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 차량의 배터리 SOH추정 장치 및 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100; 차량의 배터리 SOH추정 장치
110; 메모리 120; 제어기
111; 온도 분포 데이터 112; 온도 변화에 대한 가혹도 맵
113; 주행 거리에 대한 열화맵

Claims

일정 시간 간격으로 측정된 배터리 온도를 메모리에 시간에 따른 온도 분포 데이터로 저장하는 배터리 온도 측정 및 저장 단계(S1);
상기 메모리에 저장된 온도 분포 데이터가 기준기간을 초과하여 저장되었는지 여부를 확인하는 데이터 저장 기간 확인 단계(S2);
상기 메모리에 저장된 온도 분포 데이터가 기준기간을 초과하는 기간 동안의 데이터이면, 상기 메모리에 저장되어 있는 온도 분포 데이터를 통해서, 온도 변화에 대한 가혹도를 산출하는 가혹도 산출 단계(S3); 및
상기 메모리에 저장되어 있는 주행 거리에 대한 열화 맵에 상기 가혹도 산출 단계에서 산출된 가혹도를 적용하여, 주행 거리 및 온도에 따른 열화를 산출하는 열화 산출단계(S4)를 포함하고,
상기 기준 기간은 1년으로 설정하여, 계절에 따른 배터리의 온도 변화를 모두 고려하여 열화를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 SOH추정 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 열화 산출 단계 이후에는
상기 주행 거리에 대한 열화맵을 통해 산출된 상기 배터리의 열화에 따라 차량이 주행할 수 있는 잔존 주행 거리를 산출하는 잔존 주행 거리 산출 단계(S5)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 SOH추정 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 온도 분포 데이터는 이그니션 온상태에서 차량이 주행 중일 때의 온도 분포인 주행 중의 온도 분포 데이터와 차량이 정차한 상태일 경우의 온도 분포인 방치중의 온도 분포 데이터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 SOH추정 방법.
삭제
배터리 셀의 온도 분포 데이터에 대해서 기준 온도에 대한 가혹도를 저장하고 있는 가혹도 맵과, 주행 거리별에 따른 배터리 열화를 저장하고 있는 열화맵으로 이루어진 메모리; 및
상기 메모리에 저장되어 있는 상기 가혹도 맵과 상기 열화맵의 데이터 값을 통해, 배터리의 온도 및 차량의 주행거리에 따른 배터리 열화를 산출하는 제어기를 포함하고,
상기 열화맵은 대상 시험을 통해, 차량의 주행 거리별로 배터리 열화 정도를 측정하여 이를 저장하고 있는 맵인 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 SOH추정 장치.
삭제
청구항 5에 있어서,
상기 가혹도맵은 상기 배터리 셀의 온도를 기준 기간 이상 일정 간격으로 측정된 온도 분포 데이터를 통해 산출된 온도 변화에 대한 기준 온도의 가혹도에 대한 맵인 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 SOH추정 장치.