KR101216898B1 - 배터리의 상태 추정 시스템 및 방법 - Google Patents

배터리의 상태 추정 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

배터리의 상태 추정 시스템은 전기에너지를 구동 에너지로 사용하는 차량에 장착된 배터리로 전력을 공급하여 배터리를 충전시키는 충전기, 및 배터리의 전압 변화량을 이용하여 배터리에 충전된 전력량에 대응되는 충전량을 계산하는 충전량 산출부를 포함하고, 충전기는 배터리에 공급된 전력량에 대응되는 공급량 및 상기 충전량 산출부에서 계산된 상기 충전량에 근거하여 배터리의 상태를 추정한다.

Description

배터리의 상태 추정 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ESTIMATING CONDITION OF BATTERY}
본 발명은 배터리의 상태 추정 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 배터리의 충전을 통해 배터리의 상태를 추정할 수 있는 배터리의 상태 추정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 전기자동차(Electric Vehicle, EV) 등과 같이 배터리로부터 구동 에너지를 획득하는 차량에서, 배터리는 차량의 주행성능을 결정하는 중요한 부품이다. 배터리는 사용환경이나 사용기간에 따라 내부의 저항이 증가하여 생산 초기보다 성능이 저하된다.
이와 같이, 배터리의 성능 저항에 따른 사고를 예방하기 위해서, 사용자에게 주기적으로 배터리의 상태를 알려줄 수 있는 방안이 필요하다.
본 발명의 목적은, 사용자에게 주기적으로 배터리의 상태를 알려줄 수 있는 배터리의 상태 추정 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따른 배터리의 상태 추정 시스템은 충전기 및 충전량 산출부를 포함한다. 충전기는 전기에너지를 구동 에너지로 사용하는 차량에 장착된 배터리로 전력을 공급하여 배터리를 충전시킨다. 충전량 산출부는 배터리의 전압 변화량을 이용하여 배터리에 충전된 전력량에 대응되는 충전량을 계산한다. 이때, 충전기는 배터리에 공급된 전력량에 대응되는 공급량 및 상기 충전량 산출부에서 계산된 상기 충전량에 근거하여 배터리의 상태를 추정한다.
이때, 배터리의 상태 추정 시스템의 충전기는 공급량에 대한 충전량의 비율을 계산하고, 계산된 비율에 따라 배터리의 상태를 추정한다.
또한, 배터리의 상태 추정 시스템의 충전기는 충전기의 출력 전압, 출력 전류, 및 배터리에 전력을 공급한 시간을 이용하여 공급량을 계산한다.
또한, 배터리의 상태 추정 시스템의 충전량 산출부는 배터리의 용량과 전압 변화량으로부터 충전량을 계산한다.
또한, 배터리의 상태 추정 시스템은 배터리와 충전기가 접속되면 배터리가 충전되기 전의 전압을 측정하여 제1 전압값을 검출하고, 배터리와 충전기가 분리거나 충전 중단 명령이 수신되어 배터리에 대한 충전이 중단되면 배터리가 충전된 후의 전압을 측정하여 제2 전압값을 검출하는 전압 검출부를 더 포함한다. 이때, 배터리의 상태 추정 시스템의 충전량 산출부는 제1 전압값과 제2 전압값으로부터 전압 변화량을 계산한다.
또한, 배터리의 상태 추정 시스템의 충전량 산출부는 차량용 네트워크 또는 무선 네트워크를 통해 충전량을 충전기로 전송한다.
또한, 배터리 상태 추정 시스템의 충전기는 배터리에 대한 추정된 상태를 사용자가 확인할 수 있도록 표시하는 상태 표시부를 포함한다.
본 발명의 특징에 따른 배터리의 상태 추정 방법은 전기에너지를 구동 에너지로 사용하는 차량에 장착된 배터리에 충전된 전력량에 대응되는 충전량을 획득하는 단계, 배터리에 공급된 전력량에 대응되는 공급량을 산출하는 단계, 공급량에 대한 충전량의 비율을 계산하는 단계, 계산된 비율에 따라 배터리의 상태를 결정하는 단계, 그리고 결정된 상태에 대응되는 배터리의 상태 정보를 사용자가 확인할 수 있도록 표시하는 단계를 포함한다.
이때, 충전량을 획득하는 단계는 배터리에 대한 충전 전과 후의 전압에 따른 전압 변화량을 계산하는 단계, 그리고 배터리의 용량과 전압 변화량으로부터 충전량을 계산하는 단계를 포함한다.
또한, 공급량을 산출하는 단계는 배터리에 대한 충전 시간, 배터리에 공급된 전력의 전압 및 전류로부터 공급량을 산출한다.
또한, 배터리의 상태를 결정하는 단계는 계산된 비율 및 배터리의 사양 정보를 반영하여 배터리의 상태를 결정한다.
본 발명의 특징에 따르면, 배터리의 충전 시 배터리의 상태를 추정하여 사용자에게 배터리의 상태를 알려줄 수 있는 효과가 있다. 따라서, 배터리의 건강 상태를 용이하게 확인할 수 있고, 배터리의 성능 저하를 미연에 확인하여 배터리 교체 또는 수리를 신속하게 수행할 수 있으며, 그에 따라 차량 성능 저하를 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 상태 추정 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 충전기의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 충전량 산출 방법을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 상태 추정 방법을 도시한 도면이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 고지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 해당 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이제 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 상태 추정 시스템 및 방법에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 상태 추정 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리의 상태 추정 시스템은 차량(10)에 장착된 배터리(100)를 충전시키는 충전기(300)에서 배터리(100)의 상태를 추정하여 사용자가 배터리(100)의 상태를 확인할 수 있도록 하기 위한 것으로, 차량(10)에 장착된 배터리(100), 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하에서는 'BMS'라고도 함)(200), 및 충전기(300)를 포함한다.
여기서, 차량(10)은 장착된 배터리(100)로부터 차량(10)의 구동 에너지를 획득하며, 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, 이하에서는 'PHEV'라고도 함), 전기자동차(Electric Vehicle, 이하에서는 'EV'라고도 함)에 해당할 수 있다.
배터리(100)는 충전기(300)로부터 공급된 전력을 이용하여 에너지를 축적하고, 축적된 에너지를 차량(10)의 구동 에너지로 제공한다. 여기서, 배터리(100)는 제조사 별로 서로 다른 사양(specification)을 가질 수 있고, 미리 정해진 배터리 용량 등을 가질 수 있다.
BMS(200)는 배터리(100)의 충전 상태(State Of Charge, 이하에서는 'SOC'라고도 함)나 건강 상태(State Of Health, 이하에서는 'SOH'라고도 함) 등을 감시 또는 제어하는 시스템으로, 배터리(100)의 전압을 측정하여 배터리(100)에 충전된 전력량을 계산하고, 계산된 전력량을 충전기(300)로 전송한다. 여기서, BMS(200)는 컨트롤러 영역 네트워크(Controller Area Network, 이하에서는 'CAN'이라고도 함) 등과 같은 차량용 네트워크를 통해 배터리(100)의 상태를 감시 및 제어할 수 있다. 또한, BMS(200)는 CAN 등과 같은 차량용 네트워크를 통해 충전기(300)와 통신할 수 있고, 전파식별(Radio Frequency Identification, 이하에서는 'RFID'라고도 함) 등과 같은 무선 통신방식에 따라 무선 네트워크를 통해 충전기(300)와 통신할 수도 있다.
충전기(300)는 차량(10)에 장착된 배터리(100)에 접속되면 미리 정해진 전압 및 전류에 대응되는 전력을 출력하여 배터리(100)에 전력을 공급하고, BMS(200)로부터 수신된 배터리(100)에 충전된 전력량을 이용하여 배터리(100)의 상태를 추정하며, 사용자가 추정된 배터리(100)의 상태를 확인할 수 있도록 출력한다. 여기서, 충전기(300)는 CAN 등과 같은 차량용 네트워크를 통해 BMS(200)와 통신할 수 있고, RFID 등과 같은 무선 통신방식에 따라 무선 네트워크를 통해 BMS(200)와 통신할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, BMS(200)는 배터리(100)의 전압 변화량으로부터 배터리(100)에 충전된 전력량에 대응되는 충전량을 계산하여 충전기(300)로 계산된 충전량을 전송하며, 전압 검출부(210), 충전량 산출부(230) 및 제1 통신부(250)를 포함한다.
전압 검출부(210)는 제1 통신부(250)를 통해 배터리(100)의 전압을 검출한다. 여기서, 전압 검출부(210)는 배터리(100)의 충전 전의 전압, 및 배터리(100)의 충전 후의 전압을 검출할 수 있다.
충전량 산출부(230)는 전압 검출부(210)에서 검출된 배터리(100)의 충전 전/후의 전압으로부터 배터리(100)의 전압 변화량을 계산하고, 계산된 전압 변화량과 배터리(100)의 용량을 이용하여 배터리(100)에 충전된 전력량에 대응되는 충전량을 계산한다.
제1 통신부(250)는 차량용 네트워크를 통해 배터리(100)와 통신하며, 차량용 네트워크 또는 무선 네트워크를 통해 충전기(300)와 통신하여 충전량 산출부(230)에서 계산된 충전량을 충전기(300)로 전송한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 충전기의 구성을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 충전기(300)는 BMS(200)로부터 수신된 충전량을 이용하여 배터리(100)의 상태를 추정하며, 전력 공급부(310), 공급량 산출부(330), 제2 통신부(350), 상태 추정부(370) 및 상태 표시부(390)를 포함한다.
전력 공급부(310)는 배터리(100)와 충전기(300)가 접속되면 미리 정해진 전압 및 전류에 대응되는 전력을 출력하여 배터리(100)에 전력을 공급한다.
공급량 산출부(330)는 전력 공급부(310)에서 배터리(100)로 공급된 전력량에 대응되는 공급량을 계산한다. 여기서, 공급량 산출부(330)는 전력 공급부(310)가 출력하는 전력의 전압과 전류, 및 전력 공급부(310)에서 전력을 공급한 시간을 이용하여 공급량을 계산할 수 있다.
제2 통신부(350)는 차량용 네트워크 또는 무선 네트워크를 통해 충전기(300)와 통신하여 BMS(200)로부터 배터리(100)에 충전된 전력량에 대응되는 충전량을 수신한다.
상태 추정부(370)는 공급량 산출부(330)에서 계산된 공급량과 BMS(200)에서 수신된 충전량을 이용하여 전력 공급부(310)에서 공급된 전력량에 대한 배터리(100)에 충전된 전력량의 비율을 계산하고, 계산된 비율에 따라 배터리(100)의 상태를 추정한다. 여기서, 상태 추정부(370)는 배터리(100)의 상태를 미리 정해진 등급으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 상태 추정부(370)는 배터리(100)의 상태를 "정상", "양호", "주의", "위험" 등으로 결정할 수 있다.
상태 추정부(370)는 차량(10)의 차종 및 연식에 따른 배터리 종류별 사양을 미리 저장할 수 있고, 저장된 배터리 종류별 사양과 계산된 비율에 따라 배터리(100)의 상태를 추정할 수 있다.
상태 표시부(390)는 사용자가 상태 추정부(370)에서 추정된 배터리(100)의 상태를 확인할 수 있도록 추정된 배터리(100)의 상태를 표시한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 충전량 산출 방법을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 먼저, BMS(200)의 전압 검출부(210)는 배터리(100)와 충전기(300)가 접속되면 배터리(100)가 충전되기 전의 전압을 측정하여 제1 전압값을 검출한다(S100).
다음, BMS(200)의 전압 검출부(210)는 배터리(100)와 충전기(300)가 분리되어 충전이 중단되면 배터리(100)가 충전된 후의 전압을 측정하여 제2 전압값을 검출한다(S110). 여기서, BMS(200)의 전압 검출부(210)는 충전 중단 명령이 수신되어 충전이 중단되면 배터리(100)가 충전된 후의 전압을 측정하여 제2 전압값을 검출할 수도 있다.
이후, BMS(200)의 충전량 산출부(230)는 검출된 제1 전압값과 제2 전압값으로부터 배터리(100)의 전압 변화량을 계산한다(S120). 여기서, 배터리(100)의 전압 변화량은 제1 전압값과 제2 전압값의 차이에 대응된다.
다음, BMS(200)의 충전량 산출부(230)는 미리 저장된 배터리(100)의 용량과 계산된 배터리(100)의 전압 변화량을 이용하여 배터리(100)에 충전된 전력량에 대응되는 충전량을 계산한다(S130).
이후, BMS(200)의 제1 통신부(250)는 계산된 충전량을 충전기(300)로 전송한다(S140).
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 상태 추정 방법을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 먼저, 충전기(300)의 전력 공급부(310)는 배터리(100)와 충전기(300)가 접속된 시간 동안 배터리(100)에 전력을 공급한다(S200).
다음, 충전기(300)의 공급량 산출부(330)는 배터리(100)에 공급된 전력량에 대응되는 공급량을 산출한다(S210). 충전기(300)의 공급량 산출부(330)는 배터리(100)와 충전기(300)가 접속된 시간에 대응되는 전력 공급 시간, 배터리(100)에 공급된 전력의 전압 및 전류로부터 공급량을 산출할 수 있다.
이후, 충전기(300)의 제2 통신부(350)는 BMS(200)로부터 배터리(100)에 충전된 전력량에 대응되는 충전량을 수신한다(S220).
다음, 충전기(300)의 상태 추정부(370)는 공급량에 대한 충전량의 비율을 계산한다(S230).
이후, 충전기(300)의 상태 추정부(370)는 계산된 비율로부터 배터리(100)의 상태를 결정한다(S240). 예를 들어, 충전기(300)의 상태 추정부(370)는 공급량에 대한 충전량의 비율이 95% 이상이면 배터리(100)의 상태를 정상 상태로 결정할 수 있고, 공급량에 대한 충전량의 비율이 50% 이하이면 배터리(100)의 상태를 위험 상태로 결정할 수 있다.
다음, 충전기(300)의 상태 표시부(390)는 사용자가 배터리(100)의 상태를 확인할 수 있도록 배터리(100)의 상태 정보를 표시한다(S250). 여기서, 배터리(100)의 상태 정보는 공급량에 대한 충전량의 비율을 포함할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 차량 100: 배터리
200: 배터리 관리 시스템, BMS 210: 전압 검출부
230: 충전량 산출부 250: 제1 통신부
300: 충전기 310: 전력 공급부
330: 공급량 산출부 350: 제2 통신부
370: 상태 추정부 390: 상태 표시부

Claims (11)

  1. 전기에너지를 구동 에너지로 사용하는 차량에 장착된 배터리로 전력을 공급하여 상기 배터리를 충전시키는 충전기; 및
    상기 배터리의 전압 변화량을 이용하여 상기 배터리에 충전된 전력량에 대응되는 충전량을 계산하는 충전량 산출부를 포함하고,
    상기 충전기는
    상기 배터리에 공급된 전력량에 대응되는 공급량 및 상기 충전량 산출부에서 계산된 상기 충전량에 근거하여 상기 배터리의 상태를 추정하며,
    상기 충전량 산출부는
    상기 배터리의 용량과 상기 전압 변화량으로부터 상기 충전량을 계산하되, 상기 배터리와 상기 충전기가 접속되면 상기 배터리가 충전되기 전의 전압을 측정하여 제1 전압값을 검출하고, 상기 배터리와 상기 충전기가 분리되거나 충전 중단 명령이 수신되어 상기 배터리에 대한 충전이 중단되면 상기 배터리가 충전된 후의 전압을 측정하여 제2 전압값을 검출하는 전압 검출부를 더 포함하고,
    상기 충전량 산출부는
    상기 제1 전압값과 상기 제2 전압값으로부터 상기 전압 변화량을 계산하는 배터리의 상태 추정 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전기는
    상기 공급량에 대한 상기 충전량의 비율을 계산하고, 계산된 비율에 따라 상기 배터리의 상태를 추정하는 배터리의 상태 추정 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전기는
    상기 충전기의 출력 전압, 출력 전류, 및 상기 배터리에 전력을 공급한 시간을 이용하여 상기 공급량을 계산하는 배터리의 상태 추정 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전량 산출부는
    차량용 네트워크 또는 무선 네트워크를 통해 상기 충전량을 상기 충전기로 전송하는 배터리의 상태 추정 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전기는
    상기 배터리에 대한 추정된 상태를 사용자가 확인할 수 있도록 표시하는 상태 표시부를 포함하는 배터리의 상태 추정 시스템.
  8. 전기에너지를 구동 에너지로 사용하는 차량에 장착된 배터리에 충전된 전력량에 대응되는 충전량을 획득하는 단계;
    상기 배터리에 공급된 전력량에 대응되는 공급량을 산출하는 단계;
    상기 공급량에 대한 상기 충전량의 비율을 계산하는 단계;
    상기 비율에 따라 상기 배터리의 상태를 결정하는 단계; 및
    결정된 상태에 대응되는 상기 배터리의 상태 정보를 사용자가 확인할 수 있도록 표시하는 단계를 포함하는 배터리의 상태 추정 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 충전량을 획득하는 단계는
    상기 배터리에 대한 충전 전과 후의 전압에 따른 전압 변화량을 계산하는 단계; 및
    상기 배터리의 용량과 상기 전압 변화량으로부터 상기 충전량을 계산하는 단계를 포함하는 배터리의 상태 추정 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 공급량을 산출하는 단계는
    상기 배터리에 대한 충전 시간, 상기 배터리에 공급된 전력의 전압 및 전류로부터 상기 공급량을 산출하는 배터리의 상태 추정 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 배터리의 상태를 결정하는 단계는
    상기 비율 및 상기 배터리의 사양 정보를 반영하여 상기 배터리의 상태를 결정하는 배터리의 상태 추정 방법.
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