KR101558696B1 - 배터리 열화 진단방법 - Google Patents

Abstract

급속충전 시작 전 배터리 전압을 측정하는 1차측정단계; 급속충전 시작시 최소한 상기 일정시간 동안에는 충전전류를 일정하게 유지하는 정전류제어를 수행하는 단계; 급속충전 후 일정시간 후 배터리전압과 그동안의 평균전류를 측정하는 2차측정단계; 측정된 두 전압의 차이와 평균전류를 이용하여 내부저항을 산출하는 저항산출단계; 및 산출된 내부저항을 미리 마련된 테이블에 대입하여 배터리의 열화도를 산출하는 열화산출단계;를 포함하는 배터리 열화 진단방법이 소개된다.

Description

배터리 열화 진단방법 {METHOD FOR MONITORING AGING OF BATTERY}

본 발명은 차량용 고전압 리튬 배터리의 급속 충전 특성을 활용한 배터리 열화 진단방법에 관한 것이다.

차량용 고전압 배터리는 차량에서 사용되는 대부분의 에너지를 공급하고 있다. 즉, 배터리의 용량 및 상태에 따라 차량의 주행거리에 미치는 영향이 절대적이다. 그러나 배터리의 특성상 지속적으로 사용하는 경우, 열화라는 배터리 내부 저항 증가 현상이 나타나게 된다.

열화가 진행되면 동일한 SOC량을 표시하고 있더라도 주행거리 감소, 가속을 위한 출력 저하 등의 현상이 나타나게 되며, 이를 제대로 검출하지 못하면 원인을 알 수 없는 상태의 고객 불만이 제기될 수 있다.

전기자동차의 주행을 위해 사용자는 충전기를 통해 배터리를 충전하여 사용하게 되고 현재 전기자동차를 충전할 수 있는 방법은 크게 급속 충전과 완속 충전 두 가지가 있다. 급속 충전은 고 전류를 인가하여 짧은 시간에 급속 충전을 하는 방법이며 일반적으로 고객들은 시간이 짧게 걸리는 급속 충전을 주 충전 수단으로 사용할 것으로 예상된다.

그러나 현재 개발된 EV에서는 배터리 열화를 정확하게 예측 할 수 있는 방안이 없는 것이 사실이다.

본 제안에서는 EV 차량 상황을 고려하고, 이때의 배터리 전압 특성을 활용하여 배터리 열화를 판단할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

배터리의 열화 판정은 별도의 내부 저항 측정 장치에 연결하거나 내부 저항 측정 장치를 구성하여 내부 저항을 측정하거나 (KR 2007-0097623, KR 2007-0076644) 배터리의 입력 전류에 대한 전압 출력을 모델링 해석을 통해 내부 저항을 추정하여 내부 저항의 증가 정도에 따라 배터리의 열화 상태를 판정하였다. 그러나 차량에 탑재된 상태에서 내부 저항 측정을 위하여 배터리를 탈거하기란 쉬운 일이 아니며, 시간/비용 등의 문제가 발생한다.

따라서 전기자동차를 사용하기 위해 필수적인 배터리 충전 단계를 사용하여 내부저항을 추정하여 배터리 열화상태를 판정하려고 한다.

본 제안에서는 EV배터리의 급속 충전 중 배터리 전압 및 내부저항 특성 관계를 활용하여 상대 비교를 통해 배터리의 열화 여부를 판정하는 방법을 제안하고자 한다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2007-0097623 A

본 발명은 차량용 고전압 리튬 배터리의 급속 충전 특성을 활용한 배터리 열화 진단방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 열화 진단방법은, 급속충전 시작 전 배터리 전압을 측정하는 1차측정단계; 급속충전 시작시 최소한 상기 일정시간 동안에는 충전전류를 일정하게 유지하는 정전류제어를 수행하는 단계; 급속충전 후 일정시간 후 배터리전압과 그동안의 평균전류를 측정하는 2차측정단계; 측정된 두 전압의 차이와 평균전류를 이용하여 내부저항을 산출하는 저항산출단계; 및 산출된 내부저항을 미리 마련된 테이블에 대입하여 배터리의 열화도를 산출하는 열화산출단계;를 포함한다.

상기 일정시간은 10~20초일 수 있다.

삭제

1차측정단계 이전에는 배터리의 온도를 측정하고, 배터리온도가 기준온도 이내인 경우 1차측정단계를 수행할 수 있다.

기준온도는 35도일 수 있다.

미리 마련된 테이블은 배터리 내부저항을 입력으로 하고 그에 대응되는 열화도를 출력으로 하는 데이터맵일 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리 열화 진단방법에 따르면, 차량용 고전압 리튬 배터리의 급속 충전 특성을 활용하여 열화도를 비교적 정확하게 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 열화 진단방법을 설명하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 열화 진단방법의 순서도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 열화 진단방법을 설명하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 열화 진단방법의 순서도이다.

EV 차량은 배터리를 충전하여 사용하므로 충전 시 특성을 이용하여 열화 판정이 가능하다. EV의 충전 방법에는 완속 충전과 급속 충전이 있으며, 일반적으로 사용자들이 많이 이용할 것으로 예상되는 급속충전을 활용한 셀 열화도 판정하는 방법을 제안한다.

전기자동차의 급속 충전은 크게 정전류 충전인 CC모드와 정전압 충전인 CV 모드로 구분된다. 충전 시작 후 온도에 따른 전류맵에 따라 정전류 충전을 하고 CV진입 조건 (셀전압 4.2V)에 진입하면 정상 충전 종료 조건(SOC 80%) 까지 CV 충전을 하게 된다.

또한, 배터리는 열화 되면서 내부저항이 증가하는 특성을 보이며, 고전류로 충전하는 급속 충전 모드에서 이 특성이 더욱 뚜렷하게 보이게 된다. 열화 샘플 (셀) 급속 충전 시험 결과, 도 1과 같이 다양한 SOC 환경에서 내부저항 특성을 보인다. 이를 통해, SOC에 상관없이 고전류가 인가되었을 때 동일한 내부저항의 경향성을 보았다. 도 1을 통해 보면 내부저항 경향이 SOC 별로 유사한 것을 볼 수 있으며, 급속 충전 시작 SOC에 관계없이 내부저항 특성을 활용하여 열화도 진단을 할 수 있게 됨을 알 수 있다.

이를 적용하기 위한 상세 방안은 다음과 같다.

EV용 배터리의 열화 판정을 실시를 위해 열화도에 따른 내부저항 특성을 이용함에 있어 차량에서 급속 충전 시작 전 셀 전압을 취득하는 단계와, 일정 시간 경과 후 셀 전압을 취득하는 단계, 그 시간에 입력되는 평균 전류를 취득하는 단계, 급속 충전 시간 전 후 셀 전압 차이와 충전 전류 사이에서 저항을 연산하는 단계를 포함한다.

또한 내부저항 특성은 전류 인가 시 10~20초 사이에서 가장 특성이 잘 드러나므로 위에서 셀 전압 편차를 위해 필요한 시간은 급속 충전 시작 시 고전류 인가 후 10~20초 이내로 하였다.(도 1의 시험은 10초 시험 데이터) 검출 시, 단계에 있어 열화 판정의 정확도 향상을 위하여 일정 온도 조건 하(상온)에서 실시하는 단계를 포함한다. 배터리의 온도가 너무 높거나 낮은 경우 전류에 따른 내부저항 특성이 변하므로 상온 급속충전 시 열화도 산출조건에 진입한다.

이에 따른 본 발명에 따른 배터리 열화 진단방법은, 급속충전 시작 전 배터리 전압을 측정하는 1차측정단계; 급속충전 후 일정시간 후 배터리전압과 그동안의 평균전류를 측정하는 2차측정단계; 측정된 두 전압의 차이와 평균전류를 이용하여 내부저항을 산출하는 저항산출단계; 및 산출된 내부저항을 미리 마련된 테이블에 대입하여 배터리의 열화도를 산출하는 열화산출단계;를 포함한다.

그리고, 급속충전 시작시 최소한 상기 일정시간 동안에는 충전전류를 일정하게 유지하는 정전류제어를 수행할 수 있다. 상기 일정시간은 10~20초일 수 있다.

한편, 1차측정단계 이전에는 배터리의 온도를 측정하고, 배터리온도가 기준온도 이내인 경우 1차측정단계를 수행할 수 있다. 그리고 기준온도는 35도일 수 있다. 또한, 미리 마련된 테이블은 배터리 내부저항을 입력으로 하고 그에 대응되는 열화도를 출력으로 하는 데이터맵일 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 열화 진단방법의 순서도로서, 먼저 급속충전요청시 배터리온도가 정상온도인지 본다. 정상온도라면, 충전 전에 매터리 출력의 양단 전압을 측정한다. 그리고 충전시작을 한다.

충전 후 10초 정도 경과한 후에는 다시 전압을 측정하고, CC제어에 따른 평균전류를 산출한다. 이를 통해 "내부저항 = 전압변화/평균전류"를 통해 내부저항을 산출하고, 이를 데이터맵에 대입하여 열화도를 판정하는 것이다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리 열화 진단방법에 따르면, 차량용 고전압 리튬 배터리의 급속 충전 특성을 활용하여 열화도를 비교적 정확하게 측정할 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

Claims (6)

1. 급속충전 시작 전 배터리 전압을 측정하는 1차측정단계;
   급속충전 시작시 최소한 일정시간 동안에는 충전전류를 일정하게 유지하는 정전류제어를 수행하는 단계;
   급속충전 후 일정시간 후 배터리전압과 그동안의 평균전류를 측정하는 2차측정단계;
   측정된 두 전압의 차이와 평균전류를 이용하여 내부저항을 산출하는 저항산출단계; 및
   산출된 내부저항을 미리 마련된 테이블에 대입하여 배터리의 열화도를 산출하는 열화산출단계;를 포함하는 배터리 열화 진단방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 일정시간은 10~20초인 것을 특징으로 하는 배터리 열화 진단방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   1차측정단계 이전에는 배터리의 온도를 측정하고, 배터리온도가 기준온도 이내인 경우 1차측정단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 열화 진단방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   기준온도는 35도인 것을 특징으로 하는 배터리 열화 진단방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   미리 마련된 테이블은 배터리 내부저항을 입력으로 하고 그에 대응되는 열화도를 출력으로 하는 데이터맵인 것을 특징으로 하는 배터리 열화 진단방법.

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