KR101406191B1 - 차량용 배터리의 수명 예측 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

차량용 배터리의 수명 예측 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명은 시동상태에서 측정되는 전압강하량을 이전 전압강하량과 비교하여 배터리 교체 여부를 판단하고, 배터리가 교체된 것으로 판단되는 경우, 전압강하량을 반영하여 배터리의 수명을 보정하여 교체된 배터리가 신규 배터리가 아닌 경우에도 배터리의 수명을 정확하게 연산할 수 있다. 또한, 본 발명은 배터리의 교체 판단 횟수가 일정 횟수 이상 반복되는 경우에 배터리의 수명을 보정할 수 있도록 하여 배터리 교체 여부 판단 및 배터리 수명 연산에 대한 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.

Description

차량용 배터리의 수명 예측 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR ESTIMATING SOH OF BATTERY FOR VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 차량용 배터리의 수명 예측 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시동상태에서 측정되는 전압강하량을 이용하여 배터리 교체 여부를 판단하고, 배터리가 교체된 경우 배터리의 수명을 정확하게 보정할 수 있도록 한 차량용 배터리의 수명 예측 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근에 환경오염을 방지하고, 한정된 유체 에너지를 새로운 에너지원으로 대체하기 위한 목적으로 하이브리드 차량(HEV; Hybrid Electric Vehicle) 및 전기 차량(EV; Electric Vehicle)이 개발되고 있다.
이러한 전기 차량(EV)과 하이브리드 차량(HEV)에서는 배터리의 전력을 이용하여 차량의 주행이 이루어지기 때문에 배터리의 수명(SOH; State of Health)을 정확히 예측하는 것은 매우 중요한 문제이다.
또한, 최근에 출시되는 차량에는 ISG(Idle Stop & Go) 시스템 등 다양한 전자 제어 시스템과 전장품이 장착되고 있어 배터리의 사용 요구가 점차로 증가하고 있다.
이러한 ISG 시스템에서는 시동상태의 빈번한 온/오프가 이루어지기 때문에 배터리의 수명(SOH; State of Health)을 정확히 예측하는 것은 매우 중요한 문제이다.
종래에는, 배터리의 잔존 충전량(SOC; State of Charge)에 따라 배터리의 수명 소비량을 측정하여 일종의 테이블(table)을 만들어두고, 충방전 사이클이 완료될 때마다 잔존 충전량(SOC)의 변화량을 측정하였다.
이후, 측정된 잔존 충전량에 따라 테이블 상에서 대응되는 수명 소비량을 배터리의 전체 수명에서 차감하는 방식으로 배터리의 수명을 연산하였다.
하지만, 종래의 방식에 의하면, 배터리가 교체된 경우 이를 인지하지 못하여 배터리의 수명을 정확하게 예측하지 못하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 배터리의 내부저항 변화로부터 배터리 교체 여부를 판단하여 배터리의 수명을 초기화하는 방법을 생각해볼 수 있으나, 교체된 배터리가 신규 배터리가 아닌 경우에 대해서는 여전히 정확한 수명 예측이 어렵다는 한계점이 있다.
관련 선행기술로는 미국 등록특허공보 제7,554,330호(2009.06.30 공고, 발명의 명칭 : Method for determining the deterioration of a battery)가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 시동상태에서 측정되는 전압강하량을 이용하여 배터리 교체 여부를 판단하고 배터리의 수명을 보정함으로써, 교체된 배터리가 신규 배터리가 아닌 경우에도 정확한 수명 예측이 가능하도록 하는 차량용 배터리의 수명 예측 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 방법은 연산부가 배터리 센서로부터 입력되는 배터리 전압으로부터 시동상태에서의 전압강하량을 측정하는 단계; 상기 연산부가 상기 전압강하량을 메모리부에 저장된 이전 전압강하량과 비교하여 배터리의 교체 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과 배터리가 교체된 것으로 판단되는 경우, 상기 연산부가 상기 전압강하량을 반영하여 배터리의 수명을 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 시동상태에서의 전압강하량을 측정하는 단계에서, 상기 전압강하량은 상기 배터리 전압의 평균값에서 상기 배터리 전압의 최소값을 차감한 값인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 평균값과 상기 최소값은 상기 시동상태가 종료되기 전의 배터리 전압으로부터 연산되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 배터리 교체 여부를 판단하는 단계에서, 상기 연산부는 상기 전압강하량과 상기 이전 전압강하량의 차이가 기준치 이상인 경우에 상기 배터리가 교체된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 이전 전압강하량은 상기 메모리부에 저장된 전압강하량 테이블 상에서 이전 잔존 충전량, 이전 배터리의 수명 및 이전 배터리 온도에 대응되는 값으로 연산되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 배터리의 수명을 보정하는 단계에서, 상기 연산부는 상기 전압강하량, 배터리 온도 및 잔존 충전량에 기초하여 상기 배터리의 수명을 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 배터리의 수명은 상기 메모리부에 저장된 수명 테이블 상에서 상기 전압강하량, 상기 배터리 온도 및 상기 잔존 충전량에 대응되는 값으로 연산되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 판단 결과 상기 배터리가 교체된 것으로 판단되는 경우, 상기 연산부가 교체 판단 횟수를 적산하는 단계를 더 포함하고, 상기 연산부는 상기 교체 판단 횟수가 기준횟수 이상인 경우에 상기 배터리의 수명을 보정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 연산부는 상기 기준횟수에 대응되는 복수의 전압강하량을 반영하여 상기 배터리의 수명을 보정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치는 배터리 센서로부터 입력되는 배터리 전압으로부터 시동상태에서의 전압강하량을 연산하는 전압강하량 연산부; 상기 전압강하량 연산부에 의해 연산된 상기 전압강하량을 메모리부에 저장된 이전 전압강하량과 비교하여 배터리의 교체 여부를 판단하는 교체 판단부; 및 상기 교체 판단부에 의해 배터리가 교체된 것으로 판단되는 경우, 상기 전압강하량을 반영하여 배터리의 수명을 보정하는 수명 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 전압강하량 연산부는 상기 배터리 전압의 평균값에서 상기 배터리 전압의 최소값을 차감하여 상기 전압강하량을 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 교체 판단부는 상기 전압강하량과 상기 이전 전압강하량의 차이가 기준치 이상인 경우에 상기 배터리가 교체된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 수명 연산부는 상기 배터리 센서로부터 입력되는 배터리 온도와 잔존 충전량 및 상기 전압강하량에 기초하여 상기 배터리의 수명을 연산하되, 상기 메모리부에 저장된 수명 테이블을 참조하여 테이블 인터폴레이션에 의해 상기 배터리의 수명을 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 수명 연산부는 상기 교체 판단부에 의해 상기 배터리가 교체된 것으로 판단되는 경우 교체 판단 횟수를 적산하고, 상기 교체 판단 횟수가 기준횟수 이상인 경우에 상기 배터리의 수명을 보정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 수명 연산부는 상기 기준횟수에 대응되는 복수의 전압강하량을 반영하여 상기 배터리의 수명을 보정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 시동상태에서 측정되는 전압강하량을 이전 전압강하량과 비교하여 배터리 교체 여부를 판단하고, 측정된 전압강하량을 반영하여 배터리의 수명을 보정함으로써 교체된 배터리가 신규 배터리가 아닌 경우에도 배터리의 수명을 정확하게 연산할 수 있다.
또한, 본 발명은 배터리의 교체 판단 횟수가 일정 횟수 이상 반복되는 경우에 배터리의 수명을 보정할 수 있도록 하여 배터리 교체 여부 판단 및 배터리 수명 연산에 대한 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치에서 시동상태 여부를 판단하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치와 관련하여 배터리의 수명, 잔존 충전량 및 온도 변화에 따른 전압강하량의 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치 및 그 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치에서 시동상태 여부를 판단하는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치와 관련하여 배터리의 수명, 잔존 충전량 및 온도 변화에 따른 시동시 전압강하량의 변화를 도시한 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치는 배터리 센서(100), 연산부(200) 및 메모리부(300)를 포함한다.
배터리 센서(100)는 전류 측정부(110), 전압 측정부(120) 및 온도 측정부(130)를 포함한다.
전류 측정부(110), 전압 측정부(120) 및 온도 측정부(130)는 배터리 전류, 배터리 전압 및 배터리 온도를 각각 측정하여 연산부(200)로 출력한다.
연산부(200)는 전류 측정부(110), 전압 측정부(120) 및 온도 측정부(130)로부터 입력되는 배터리 전류, 배터리 전압 및 배터리 온도에 기초하여 배터리의 수명을 연산한다. 이때, 배터리의 수명은 배터리의 잔여 수명으로 정의될 수 있다.
이러한 연산부(200)는 전압강하량 연산부(210), 교체 판단부(220), 충전상태 연산부(230) 및 수명 연산부(240)를 포함한다.
전압강하량 연산부(210)는 전류 측정부(110)로부터 입력되는 배터리 전류에 기초하여 차량의 시동상태 여부를 판단하고, 전압 측정부(120)로부터 입력되는 배터리 전압으로부터 전압강하량을 연산한다. 전압강하량 연산부(210)는 연산한 전압강하량을 교체 판단부(220)로 출력한다.
여기서, 시동상태는 시동을 시도하는 상태 즉, 엔진 점화장치(미도시)에 전원이 공급되고, 스타트 모터(미도시)가 엔진(미도시)을 강제로 회전시키는 크랭킹(cranking) 상태를 의미한다.
먼저, 도 2를 참조하여 차량의 시동상태 여부를 판단하는 동작을 설명하면, 전압강하량 연산부(210)는 배터리 전류가 방전되어 미리 설정된 임계값 이하로 감소하는 경우(도 2의 (a) 참조) 또는 배터리 전류의 감소변화율이 기준변화율 이상인 경우(도 2의 (b) 참조)에 시동상태인 것으로 판단할 수 있다.
이후, 전압강하량 연산부(210)는 배터리 전류가 양수값으로 증가하는 경우, 시동상태가 종료되어 시동이 완료된 것으로 판단한다.
또한, 시동상태에서의 전압강하량을 측정하는 동작에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면, 전압강하량 연산부(210)는 아래의 수학식 1과 같이 배터리 전압의 평균값(VAVG)과 최소값(VMIN)을 연산하고 평균값(VAVG)에서 최소값(VMIN)을 차감하여 전압강하량(ΔV)을 연산할 수 있다.
Figure 112012102590419-pat00001
이때, 배터리 전압의 평균값(VAVG)은 아래의 수학식 2와 같이, 시동상태가 종료되기 전의 일정 시간구간에서 샘플링된 n개의 배터리 전압의 평균값으로 도출될 수 있다. 또한, 배터리 전압의 최소값(VMIN)은 시동상태가 종료되기 전의 일정 시간구간에서 배터리 전압의 최소피크값으로 도출될 수 있다.
Figure 112012102590419-pat00002
이와 같이 도출된 시동상태에서의 전압강하량은 배터리의 시동성능(SOF; State of Function)을 나타내는 인자에 해당하며, 전압강하량이 낮아질수록 차량의 시동이 용이하게 이루어진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 배터리의 시동성능 즉, 시동상태에서의 전압강하량은 배터리의 잔존 충전량(SOC; State of Charge), 배터리의 수명(SOH; State of Health) 및 배터리 온도에 영향을 받는다. 도 3을 참조하면, 배터리의 잔존 충전량, 배터리의 수명 및 배터리 온도가 높을 수록 시동상태에서의 전압강하량이 낮아짐을 확인할 수 있다.
그러므로, 배터리가 교체되면 배터리의 잔존 충전량이나 배터리의 수명 및 배터리 온도가 달라지기 때문에 시동상태에서의 전압강하량도 변화하게 된다.
따라서, 교체 판단부(220)는 전압강하량 연산부(210)에 의해 연산된 전압강하량을 이용하여 배터리의 교체 여부를 판단한다.
구체적으로, 교체 판단부(220)는 전압강하량 연산부(210)에 의해 연산된 현재 전압강하량을 메모리부(300)에 저장된 이전 전압강하량과 비교하여 배터리의 교체 여부를 판단할 수 있다.
다시 말해, 교체 판단부(220)는 현재 전압강하량과 이전 전압강하량의 차이가 기준치 이상인 경우에 배터리가 교체된 것으로 판단하고, 현재 전압강하량과 이전 전압강하량의 차이가 기준치 미만인 경우에 배터리가 교체되지 않은 것으로 판단할 수 있다.
여기서, 기준치는 배터리가 교체된 것으로 판단할 수 있는 현재 전압강하량과 이전 전압강하량의 차이값을 나타내며, 설계자의 의도 및 배터리의 사양에 따라 다양하게 선택될 수 있다.
또한, 이전 전압강하량은 이전에 연산된 전압강하량을 의미하며, 배터리가 교체된 경우라면 교체가 이루어지기 전 배터리의 시동성능을 나타내는 값에 해당한다.
이때, 이전 전압강하량은 아래의 표 1과 같은 전압강하량 테이블 상에서 이전 배터리의 잔존 충전량, 이전 배터리의 수명 및 이전 배터리 온도에 대응되는 값으로 연산되어 메모리부(300)에 저장되어 있을 수 있다.
잔존 충전량
(SOC)		 온도 수명(SOH)
100 80 ... 20


100

 -20 V11 V12 ... V15
0 V21 V22 ... V25
20 V31 V32 ... V35
40 V41 V42 ... V45
60 V51 V52 ... V55


80

 -20 V61 V62 ... V65
0 V71 V72 ... V75
20 V81 V82 ... V85
0 V91 V92 ... V95
60 V101 V102 ... V105


...

...

...

...

...

...


20

 -20 V211 V212 ... V215
0 V221 V222 ... V225
20 V231 V232 ... V235
40 V241 V242 ... V245
60 V251 V252 ... V255
즉, 아래의 수학식 3과 같이 이전 배터리의 잔존 충전량(SOCa), 이전 배터리 온도(Ta) 및 이전 배터리의 수명(SOHa)에 기초한 테이블 인터폴레이션(table interpolation)에 의해 이전 전압강하량(SOFa)이 연산되어 저장되어 있을 수 있다.
Figure 112012102590419-pat00003
즉, 이전 배터리가 장착된 상태에서의 잔존 충전량, 수명 및 온도로부터 이전 전압강하량이 연산되어 주기적으로 메모리부(300)에 저장되며, 이후 새로 시동이 걸릴 때 전압강하량을 측정하여 이전 전압강하량과 비교함으로써 배터리의 교체 여부에 대한 판단이 이루어진다.
한편, 표 1에서 V11 내지 V255의 값들은 사전에 실험에 의해 도출되는 값일 수 있으며, 표 1에 제시된 잔존 충전량, 수명 및 온도 범위는 예시적인 것으로, 기타 다양한 범위로 정의될 수 있다.
이러한 배터리의 교체 판단 과정을 예를 들어 설명하면, 기준치가 0.2[V]로 설정되었을 때, 20℃의 배터리 온도에서 이전 전압강하량이 1.6[V]이고, 20℃의 배터리 온도에서 현재 전압강하량이 1.2[V]로 측정되었다면, 그 차이인 0.4[V]가 기준치보다 크기 때문에, 교체 판단부(220)는 배터리가 교체된 것으로 판단할 수 있다.
이후, 교체 판단부(220)는 배터리의 교체 여부에 대한 판단 결과를 수명 연산부(240)로 출력한다.
충전상태 연산부(230)는 전류 측정부(110), 전압 측정부(120) 및 온도 측정부(130)로부터 입력되는 배터리 전류, 배터리 전압 및 배터리 온도에 기초하여 배터리의 잔존 충전량(SOC; State of Charge)을 연산한다. 충전상태 연산부(230)는 연산한 잔존 충전량을 배터리 온도와 함께 수명 연산부(240)로 출력한다.
수명 연산부(240)는 기본적으로 충전상태 연산부(230)로부터 입력되는 잔존 충전량으로부터 배터리의 수명을 연산하여 메모리부(300)에 주기적으로 저장한다.
이러한 동작 중에, 교체 판단부(220)로부터 배터리가 교체된 것으로 판단된 경우, 수명 연산부(240)는 전압강하량 연산부(210)에 의해 연산된 현재 전압강하량을 반영하여 배터리의 수명을 보정한다.
좀 더 구체적으로, 수명 연산부(240)는 전압강하량 연산부(210)에 의해 연산된 현재 전압강하량, 충전상태 연산부(230)로부터 입력되는 현재 잔존 충전량 및 현재 배터리 온도에 기초하여 배터리의 수명을 새로 연산할 수 있다.
이때, 수명 연산부(240)는 아래의 표 2와 같은 수명 테이블을 참조하여 현재 전압강하량, 현재 잔존 충전량 및 현재 배터리 온도에 대응되는 배터리의 수명을 연산할 수 있다.
즉, 수명 연산부(240)는 아래의 수학식 4와 같이 현재 잔존 충전량(SOCb), 현재 전압강하량(SOFb) 및 현재 배터리 온도(Tb)에 기초한 테이블 인터폴레이션(table interpolation)에 의해 배터리의 수명(SOHb)을 연산할 수 있다.
Figure 112012102590419-pat00004
잔존 충전량
(SOC)		 온도 전압강하량(SOF)
0 3 ... 12


100

 -20 S11 S12 ... S15
0 S21 S22 ... S25
20 S31 S32 ... S35
40 S41 S42 ... S45
60 S51 S52 ... S55


80

 -20 S61 S62 ... S65
0 S71 S72 ... S75
20 S81 S82 ... S85
0 S91 S92 ... S95
60 S101 S102 ... S105


...

...

...

...

...

...


20

 -20 S211 S212 ... S215
0 S221 S222 ... S225
20 S231 S232 ... S235
40 S241 S242 ... S245
60 S251 S252 ... S255
한편, 표 2의 수명 테이블은 표 1의 전압강하량 테이블로부터 역으로 도출될 수 있으며, 표 2에서 S11 내지 S255의 값들은 사전에 실험에 의해 도출되는 값일 수 있다. 표 1과 마찬가지로, 표 2에서 제시된 잔존 충전량, 전압강하량 및 온도 범위는 예시적인 것으로, 기타 다양한 범위로 정의될 수 있다.
수명 연산부(240)에 의해 보정된 배터리의 수명은 메모리부(300)에 저장되며, 보정된 배터리의 수명은 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Manage System)을 비롯한 차량 내 다양한 ECU로 전달되어 다양한 차량 제어에 이용될 수 있다.
메모리부(300)에는 이전 전압강하량과 교체 판단 횟수 및 보정된 배터리의 수명이 저장된다. 또한, 메모리부(300)에는 이전 전압강하량을 연산하기 위한 전압강하량 테이블과 배터리의 수명을 보정하기 위한 수명 테이블이 저장될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다. 이하, 전압강하량을 이용하여 배터리 교체 여부를 판단하고 배터리의 수명을 보정하는 동작을 구체적으로 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 먼저 연산부(200)는 전류 측정부(110)로부터 입력되는 배터리 전류에 기초하여 차량의 시동상태 여부를 판단한다(S10).
이때, 연산부(200)는 배터리 전류가 방전되어 미리 설정된 임계값 이하로 감소하는 경우(도 2의 (a) 참조) 또는 배터리 전류의 감소 변화율이 기준변화율 이상인 경우(도 2의 (b) 참조)에 시동상태인 것으로 판단할 수 있다.
만약, 시동상태인 것으로 판단되는 경우, 연산부(200)는 전압 측정부(120)로부터 입력되는 배터리 전압으로부터 전압강하량을 연산한다(S11).
구체적으로, 연산부(200)는 전술한 수학식 1과 같이 배터리 전압의 평균값에서 최소값을 차감하여 전압강하량을 연산할 수 있다.
이후, 연산부(200)는 연산한 전압강하량을 메모리부(300)에 저장된 이전 전압강하량과 비교하여, 이전 전압강하량과의 차이가 기준치 이상인지 판단한다(S12).
만약, 현재 전압강하량과 이전 전압강하량의 차이가 기준치 이상인 경우, 배터리가 교체된 것으로 볼 수 있으므로, 연산부(200)는 현재 전압강하량을 반영하여 배터리의 수명을 보정한다(S13).
구체적으로, 연산부(200)는 현재 전압강하량, 현재 잔존 충전량 및 현재 배터리의 온도에 기초하여 배터리의 수명을 새로 연산할 수 있다.
이때, 수명 연산부(240)는 전술한 수학식 4와 같이, 수명 테이블을 참조하여 현재 전압강하량, 현재 잔존 충전량 및 현재 배터리 온도에 대응되는 배터리의 수명을 연산할 수 있다.
반면, 현재 전압강하량과 이전 전압강하량의 차이가 기준치 미만인 경우, 기존의 배터리가 계속 사용되고 있는 것이므로, 연산부(200)는 배터리의 수명을 보정하지 않고, 통상적인 방법에 의해 배터리의 수명을 연산한다. 즉, 연산부(200)는 충전상태 연산부(230)로부터 입력되는 배터리의 잔존 충전량으로부터 배터리의 수명을 연산한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 방법에 의하면, 시동상태에서 측정되는 전압강하량을 이전 전압강하량과 비교하여 배터리의 교체 여부를 판단하고, 전압강하량을 반영하여 배터리의 수명을 보정함으로써 교체된 배터리가 신규 배터리가 아닌 경우에도 배터리의 수명을 정확하게 연산할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
전술한 실시예에서는 배터리가 교체된 것으로 판단되면, 현재 전압강하량을 반영하여 배터리의 수명을 바로 보정하는 경우에 대해서 설명하였다. 하지만, 배터리가 교체되지 않았음에도 배터리 전압이 측정 당시의 환경 요인에 의해 순간적으로 변하는 경우가 있을 수 있다.
따라서, 배터리가 교체된 것으로 판단될 때마다 교체 판단 횟수를 적산하고, 교체 판단 횟수가 기준횟수 이상인 경우에 배터리의 수명을 보정하여 판단의 신뢰성을 높일 수 있다. 이하, 교체 판단 횟수를 적산하여 배터리의 수명을 보정하는 동작을 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.
도 5에서, 연산부(200)가 시동상태 여부를 판단하여(S20), 배터리 전압으로부터 전압강하량을 연산하는 동작(S21)과, 연산한 전압강하량을 이전 전압강하량과 비교하여 그 차이가 기준치 이상인지 판단하는 동작(S22)은 전술한 실시예의 S10 내지 S12와 동일하므로, 구체적인 설명을 생략한다.
한편, 이러한 판단 결과, 현재 전압강하량과 이전 전압강하량의 차이가 기준치 이상인 경우, 연산부(200)는 교체 판단 횟수를 적산하여 메모리부(300)에 저장한다(S23).
이때, 연산부(200)는 현재 전압강하량, 현재 잔존 충전량 및 현재 배터리 온도에 대한 정보를 메모리부(300)에 함께 저장할 수 있다.
그러고 나서, 연산부(200)는 메모리부(300)에 저장된 교체 판단 횟수가 기준횟수 이상인지 판단한다(S24).
여기서, 기준횟수는 배터리의 교체 판단의 신뢰성을 높일 수 있을 만큼의 교체 판단 횟수를 나타내며, 설계자의 의도 및 배터리의 사양에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 기준횟수는 3~5회 정도로 설정될 수 있다.
만약, 교체 판단 횟수가 기준횟수 이상인 경우, 배터리가 교체된 것으로 볼 수 있으므로, 연산부(200)는 현재 전압강하량을 반영하여 배터리의 수명을 보정하고(S25), 메모리부(300)에 저장된 교체 판단 횟수를 초기화한다(S26).
이때, 연산부(200)는 마지막에 측정된 현재 전압강하량을 반영하여 배터리의 수명을 보정할 수 있다.
하지만, 이와 달리 연산부(200)는 기준횟수만큼의 전압강하량들을 모두 반영하여 배터리의 수명을 보정할 수도 있다.
좀 더 구체적으로, 연산부(200)는 메모리부(300)에 저장된 전압강하량, 잔존 충전량 및 배터리 온도에 기초하여 기준횟수(N)에 대응되는 배터리의 수명(SOH1,SOH2,…SOHN)을 연산하고, 이를 아래의 수학식 5와 같이 평균하여 최종적인 배터리의 수명(SOH')을 연산할 수 있다.
Figure 112012102590419-pat00005
예를 들어, 기준횟수가 3회라면, 연산부(200)는 1회 때의 전압강하량이 반영된 배터리의 수명(SOH1), 2회 때의 전압강하량이 반영된 배터리의 수명(SOH2) 및 3회 때의 전압강하량이 반영된 배터리의 수명(SOH3)을 평균하여 최종적인 배터리의 수명(SOH')을 연산할 수 있다.
반면, 현재 전압강하량과 이전 전압강하량의 차이가 기준치 미만이거나 교체 판단 횟수가 기준횟수 미만인 경우, 배터리가 교체되지 않았을 가능성도 있는 것이므로, 연산부(200)는 배터리의 수명을 보정하지 않고, 통상적인 방법에 의해 배터리의 수명을 연산한다.
이와 같이, 배터리의 교체 판단 횟수가 일정 횟수 이상 반복되는 경우에 배터리의 수명을 보정할 수 있도록 하여 배터리 교체 여부 판단 및 배터리 수명 연산에 대한 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 배터리 센서 110 : 전류 측정부
120 : 전압 측정부 103 : 온도 측정부
200 : 연산부 210 : 전압강하량 연산부
220 : 교체 판단부 230 : 충전상태 연산부
240 : 수명 연산부 300 : 메모리부

Claims (15)

  1. 연산부가 배터리 센서로부터 입력되는 배터리 전압으로부터 시동상태에서의 전압강하량을 측정하는 단계;
    상기 연산부가 상기 전압강하량을 메모리부에 저장된 이전 전압강하량과 비교하여 배터리의 교체 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 판단 결과 배터리가 교체된 것으로 판단되는 경우, 상기 연산부가 상기 전압강하량을 반영하여 배터리의 수명을 보정하는 단계;를 포함하고,
    상기 시동상태에서의 전압강하량을 측정하는 단계에서,
    상기 전압강하량은 상기 배터리 전압의 평균값에서 상기 배터리 전압의 최소값을 차감한 값인 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 평균값과 상기 최소값은 상기 시동상태가 종료되기 전의 배터리 전압으로부터 연산되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  4. 연산부가 배터리 센서로부터 입력되는 배터리 전압으로부터 시동상태에서의 전압강하량을 측정하는 단계;
    상기 연산부가 상기 전압강하량을 메모리부에 저장된 이전 전압강하량과 비교하여 배터리의 교체 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 판단 결과 배터리가 교체된 것으로 판단되는 경우, 상기 연산부가 상기 전압강하량을 반영하여 배터리의 수명을 보정하는 단계;를 포함하고,
    상기 배터리 교체 여부를 판단하는 단계에서,
    상기 연산부는 상기 전압강하량과 상기 이전 전압강하량의 차이가 기준치 이상인 경우에 상기 배터리가 교체된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 이전 전압강하량은 상기 메모리부에 저장된 전압강하량 테이블 상에서 이전 잔존 충전량, 이전 배터리의 수명 및 이전 배터리 온도에 대응되는 값으로 연산되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 배터리의 수명을 보정하는 단계에서,
    상기 연산부는 상기 전압강하량, 배터리 온도 및 잔존 충전량에 기초하여 상기 배터리의 수명을 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 배터리의 수명은 상기 메모리부에 저장된 수명 테이블 상에서 상기 전압강하량, 상기 배터리 온도 및 상기 잔존 충전량에 대응되는 값으로 연산되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  8. 연산부가 배터리 센서로부터 입력되는 배터리 전압으로부터 시동상태에서의 전압강하량을 측정하는 단계;
    상기 연산부가 상기 전압강하량을 메모리부에 저장된 이전 전압강하량과 비교하여 배터리의 교체 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 판단 결과 배터리가 교체된 것으로 판단되는 경우, 상기 연산부가 상기 전압강하량을 반영하여 배터리의 수명을 보정하는 단계;를 포함하고,
    상기 판단 결과 상기 배터리가 교체된 것으로 판단되는 경우, 상기 연산부가 교체 판단 횟수를 적산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 연산부는 상기 교체 판단 횟수가 기준횟수 이상인 경우에 상기 배터리의 수명을 보정하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 기준횟수에 대응되는 복수의 전압강하량을 반영하여 상기 배터리의 수명을 보정하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  10. 배터리 센서로부터 입력되는 배터리 전압으로부터 시동상태에서의 전압강하량을 연산하는 전압강하량 연산부;
    상기 전압강하량 연산부에 의해 연산된 상기 전압강하량을 메모리부에 저장된 이전 전압강하량과 비교하여 배터리의 교체 여부를 판단하는 교체 판단부; 및
    상기 교체 판단부에 의해 배터리가 교체된 것으로 판단되는 경우, 상기 전압강하량을 반영하여 배터리의 수명을 보정하는 수명 연산부;를 포함하고,
    상기 전압강하량 연산부는 상기 배터리 전압의 평균값에서 상기 배터리 전압의 최소값을 차감하여 상기 전압강하량을 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 장치.
  11. 삭제
  12. 배터리 센서로부터 입력되는 배터리 전압으로부터 시동상태에서의 전압강하량을 연산하는 전압강하량 연산부;
    상기 전압강하량 연산부에 의해 연산된 상기 전압강하량을 메모리부에 저장된 이전 전압강하량과 비교하여 배터리의 교체 여부를 판단하는 교체 판단부; 및
    상기 교체 판단부에 의해 배터리가 교체된 것으로 판단되는 경우, 상기 전압강하량을 반영하여 배터리의 수명을 보정하는 수명 연산부;를 포함하고,
    상기 교체 판단부는 상기 전압강하량과 상기 이전 전압강하량의 차이가 기준치 이상인 경우에 상기 배터리가 교체된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 수명 연산부는 상기 배터리 센서로부터 입력되는 배터리 온도와 잔존 충전량 및 상기 전압강하량에 기초하여 상기 배터리의 수명을 연산하되,
    상기 메모리부에 저장된 수명 테이블을 참조하여 테이블 인터폴레이션에 의해 상기 배터리의 수명을 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 장치.
  14. 배터리 센서로부터 입력되는 배터리 전압으로부터 시동상태에서의 전압강하량을 연산하는 전압강하량 연산부;
    상기 전압강하량 연산부에 의해 연산된 상기 전압강하량을 메모리부에 저장된 이전 전압강하량과 비교하여 배터리의 교체 여부를 판단하는 교체 판단부; 및
    상기 교체 판단부에 의해 배터리가 교체된 것으로 판단되는 경우, 상기 전압강하량을 반영하여 배터리의 수명을 보정하는 수명 연산부;를 포함하고,
    상기 수명 연산부는 상기 교체 판단부에 의해 상기 배터리가 교체된 것으로 판단되는 경우 교체 판단 횟수를 적산하고, 상기 교체 판단 횟수가 기준횟수 이상인 경우에 상기 배터리의 수명을 보정하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 수명 연산부는 상기 기준횟수에 대응되는 복수의 전압강하량을 반영하여 상기 배터리의 수명을 보정하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 장치.
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