KR101602848B1 - 배터리 수명 예측 방법 - Google Patents

배터리 수명 예측 방법 Download PDF

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KR101602848B1
KR101602848B1 KR1020140187020A KR20140187020A KR101602848B1 KR 101602848 B1 KR101602848 B1 KR 101602848B1 KR 1020140187020 A KR1020140187020 A KR 1020140187020A KR 20140187020 A KR20140187020 A KR 20140187020A KR 101602848 B1 KR101602848 B1 KR 101602848B1
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bat
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KR1020140187020A
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이동희
박노식
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경성대학교 산학협력단
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC

Abstract

본 발명은 예비전원으로 사용되는 배터리의 잔량을 계산하고 이에 따른 배터리의 수명을 정확하게 예측할 수 있도록 하는 배터리 수명 예측 방법을 제공하기 위한 것으로, 제1시각에서 배터리의 개방회로전압에 따른 제1전압을 측정하는 단계; 상기 배터리의 기설정된 전압-SOC 특성 곡선과 상기 제1전압을 이용하여 초기 SOC(State Of Charge)값을 구하는 단계; 상기 제1시각 이후의 제2시각에서 상기 배터리의 개방회로전압에 따른 제2전압을 측정하는 단계; 상기 제1전압보다 상기 제2전압이 크면 상기 제1시각에서 상기 제2시각 동안의 배터리 충전량을 상기 초기 SOC값과 합산하여 제1 SOC값을 구하고, 상기 제1전압보다 상기 제2전압이 작으면 상기 전압-SOC 특성 곡선에 있어서 상기 제2전압과 동일한 전압레벨을 가지는 제3전압에 해당하는 제2 SOC값을 구하는 단계; 및 상기 제1 SOC값 또는 상기 제2 SOC값을 이용하여 배터리의 수명을 예측하는 단계;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다.

Description

배터리 수명 예측 방법{METHOD FOR PREDICTING LIFETIME OF BATTERY}
본 발명은 배터리 수명 예측 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리의 잔량 및 수명을 정확하게 예측하여 배터리의 교체시기를 적절하게 선택할 수 있도록 하는 배터리 수명 예측 방법에 관한 것이다.
일반적으로 배터리는 전기에너지를 화학에너지로 바꾸어 모아 두었다가 필요할 때 전기로 재생하는 것으로서 다양한 전자기기에 활용되고 있다.
한편, 배터리의 사용으로 인해 소모된 전원을 체크하여 이후에 사용 가능한시간에 대한 정보나, 배터리의 잔존 용량에 대한 정보를 전자기기에 표시해주는 기술은 널리 활용되고 있다.
또한, 배터리는 상기와 같은 전자기기 외에도 비상전원 또는 예비전원으로 사용되는 경우가 많다. 일례로 병원과 같이 전원이 차단되는 상황이 발생하면 큰 문제를 야기하는 분야가 대표적이며, 건물의 승강기나 통신사의 중계기 등에도 예비전원으로 배터리를 사용하고 있다.
통상적으로 예비전원으로 사용되는 배터리의 관리는 관리자가 주기적으로 배터리의 불량여부, 잔존용량, 충전상태 등을 체크하는 정도에 그치고 있다.
여기서, 상기와 같이 예비전원을 사용하는 배터리는 상용전원이 정상적으로 공급되는 경우에는 항상 풀 충전된 상태를 유지하지만, 배터리가 사용되지 않더라도 배터리는 자체 방전이나 기기의 노화로 인해 수명이 줄어들게 된다.
그런데, 배터리의 잔존용량 등은 관리자에 의해 체크되고 있으나, 해당 배터리를 언제 교체하여야 하는지, 즉 해당 배터리의 수명에 대한 객관적인 정보는 관리자가 정확히 파악하기 힘든 실정이다.
또한, 배터리의 제조회사에서 일률적으로 배터리의 기대 수명에 대한 정보를 제공하고 있으나, 동일한 회사의 동일 제품 배터리라도 그 수명은 달라지는 것이 일반적이다.
따라서, 예비전원을 사용하는 전자기기의 경우 안정성을 보장하기 위해 배터리의 기대 수명보다는 짧은 주기로 배터리를 일률적으로 교체하고 있으며, 이는 배터리 교체비용에 따른 관리비용의 상승을 초래하게 된다.
KR 10-1212200 B1 KR 10-1174714 B1
앞선 배경기술에서 도출된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 예비전원으로 사용되는 배터리의 잔량을 계산하고 이에 따른 배터리의 수명을 정확하게 예측할 수 있도록 하는 배터리 수명 예측 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 제1시각에서 배터리의 개방회로전압에 따른 제1전압을 측정하는 단계; 상기 배터리의 기설정된 전압-SOC 특성 곡선과 상기 제1전압을 이용하여 초기 SOC(State Of Charge)값을 구하는 단계; 상기 제1시각 이후의 제2시각에서 상기 배터리의 개방회로전압에 따른 제2전압을 측정하는 단계; 상기 제1전압보다 상기 제2전압이 크면 상기 제1시각에서 상기 제2시각 동안의 배터리 충전량을 상기 초기 SOC값과 합산하여 제1 SOC값을 구하고, 상기 제1전압보다 상기 제2전압이 작으면 상기 전압-SOC 특성 곡선에 있어서 상기 제2전압과 동일한 전압레벨을 가지는 제3전압에 해당하는 제2 SOC값을 구하는 단계; 및 상기 제1 SOC값 또는 상기 제2 SOC값을 이용하여 배터리의 수명을 예측하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 방법에 의해 달성된다.
바람직하게는, 상기 초기 SOC값은, 상기 배터리의 내부 임피던스 rbat와 배터리 전류 Ibat를 전압강하 성분으로 고려하여, 상기 배터리의 외부에서 측정되는 전압에 대해서 상기 전압강하 성분 rbatㆍIbat를 차감한 크기로 구해지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1 SOC값 Qbat (k+1)은 다음의 수학식
Figure 112014124998800-pat00001
에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다. (여기서, Qbat (k)는 초기 SOC값이고, ΔQbat (k)"는 상기 제1시각에서 상기 제2시각 동안의 배터리 충전량이다.)
바람직하게는, 상기 제1전압보다 상기 제2전압이 크면 상기 전압-SOC 특성 곡선에 있어서 상기 제2전압과 동일한 전압레벨을 가지는 제4전압에 해당하는 제3 SOC값을 구하는 단계를 더 포함하며, 상기 제3 SOC값과 상기 제1 SOC값의 차이값을 이용하여 상기 배터리의 수명을 예측하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 배터리의 수명은 다음의 수학식
Figure 112014124998800-pat00002
에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다. (여기서, TLIFE는 배터리의 수명 시간(hour)이고, TRATE는 배터리의 정격수명 시간이고, Qbat (k+x)는 제3 SOC값이고, Qbat (k+1)은 제1 SOC값이고, QRATE는 배터리의 정격용량이고, ktm는 배터리의 SOC값에 따른 수명을 결정하는 계수이다.)
바람직하게는, 상기 제1전압보다 상기 제2전압이 작으면 상기 제1시각에서 상기 제2시각 동안의 배터리 방전량을 상기 초기 SOC값에서 차감하여 제4 SOC값을 구하는 단계를 더 포함하며, 상기 제4SOC값과 상기 제2SOC값의 차이값을 이용하여 상기 배터리의 수명을 예측하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 배터리의 수명은 다음의 수학식
Figure 112014124998800-pat00003
에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다. (여기서, TLIFE는 배터리의 수명 시간(hour)이고, TRATE는 배터리의 정격수명 시간이고, Qbat (k-1)은 제4 SOC값이고, Qbat (k-x)은 제2 SOC값이고, QRATE는 배터리의 정격용량이고, ktm는 배터리의 SOC값에 따른 수명을 결정하는 계수이다.)
상기한 실시예에 따른 본 발명에 의하면, 개방회로전압에 따른 배터리 전압과 일정 시간 동안의 배터리 충방전량을 동시에 사용하여 배터리의 잔량을 계산하고 이에 따른 배터리의 수명을 정확하게 예측함으로써 배터리의 교체시기를 지정함에 있어 신뢰성을 향상시키고 배터리를 사용하는 장치에서의 안정성을 도모할 수 있는 효과가 있다.
도1은 개방회로 전압을 이용한 배터리 잔량 상태를 나타내는 그래프이고,
도2는 예비전원으로 배터리를 사용하는 충방전 회로를 도시하는 회로도이고,
도3은 충방전 제어신호에 따른 충전 및 방전 전류 상태를 나타내는 그래프이고,
도4는 본 발명의 배터리 수명 예측 방법에 따른 충전상태 전압과 전류 상태를 나타내는 그래프이고,
도5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 수명 예측을 위한 충전상태(SOC) 그래프이다.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 수명 예측 방법을 설명하기 위한 순서도이고,
도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 수명 예측 그래프를 나타내는 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은 납축전지, 니켈카드늄전지, 리튬폴리머전지, 리튬이온전지, 니켈수소전지 등과 같은 전자의 충전이 가능한 2차전지의 남아있는 충전전하의 양을 추정하고 수명을 예측한다.
배터리는 충전상태에 따라 전압이 변동하는 특성이 있고, 배터리의 설계에 따라 정격용량을 가지고 있으므로, 배터리의 전압 특성과 정격용량을 이용하여 배터리의 잔존용량(이하, SOC값)을 예측할 수 있다. 이에, 본 발명의 기술적 사상에서 전제가 되는 개방회로 전압 검출 방법과 누적전류 검출 방법을 먼저 설명하고 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.
배터리의 충전 및 방전 상태의 전압은 도1의 그래프와 같이 완전충전상태와 방전상태에서 비선형적으로 변하고, 배터리의 내부 임피던스 rbat와 배터리 전류 Ibat를 고려하면 실제 배터리의 내부 전압 VD는 배터리의 외부에서 측정되는 전압 Vbat에 대해서 전압강하 성분 Ibat·rbat를 차감한 크기로 다음의 수학식1과 같이 예측될 수 있다.
Figure 112014124998800-pat00004
그리고, 상기 내부 전압의 크기와 기본적인 충전상태에 따른 배터리 전압과 비교하여 SOC값 QBAT를 다음의 수학식2와 같이 예측할 수 있다
Figure 112014124998800-pat00005
이와 같이 개방회로 전압을 검출하는 방법은 배터리의 내부 임피던스 rbat의 데이터가 필요하며, 상기 임피던스는 항상 일정한 값이 아니라 배터리의 상태나 수명에 따라 변동하는 값이다.
또한, 배터리의 방전전류와 충전전류를 지속적으로 누적하여 배터리의 SOC값을 계산하는 누적전류 검출 방법은 다음의 수학식3과 같다.
Figure 112014124998800-pat00006
위 수학식3에서 QBAT는 배터리의 SOC값으로 단위는 Ah(Ampere hour)를 사용하며, QOLD는 이전 상태의 배터리 SOC값이다. 이때, 배터리의 순시전류 ibat는 충전상태에서는 음의 값이 되고, 방전상태에서는 양의 값이 된다. 이에, 충전상태가 되면 SOC값 QBAT는 증가하게 되고, 방전상태가 되면 SOC값 QBAT는 감소하게 된다. 이와 같이 누적전류를 검출하는 방법은 정밀도가 높은 SOC값의 예측이 가능하며, 배터리의 SOC값 이전 상태가 중요하기 때문에 이전 상태의 SOC값을 항상 기억하여야 한다.
도2는 예비전원으로 배터리를 사용하는 충방전 회로를 도시하는 회로도이다.
도2에서 배터리 전압 Vbat가 부하전압 Vo보다 높은 경우에는 다이오드(40) D1을 통해 방전전류 idis가 부하(Load)로 공급되어 배터리의 용량이 감소하게 된다. 반대로, 부하 전압 Vo가 배터리 전압 Vbat보다 높은 상태에서 트랜지스터(20) Q1이 턴온되면 부하로부터 충전전류 ichg가 공급되어 배터리가 충전된다. 여기서, 상기 트랜지스터(20) Q1는 로우(Low) 또는 하이(High) 상태의 충방전 제어신호 Schg가 인가됨에 따라 턴온 또는 턴오프되므로 배터리의 충방전이 제어된다. 즉, 상기 트랜지스터(20)는 펄스폭변조 형태의 충방전 제어신호에 따라 온/오프(ON/OFF) 된다.
한편, 배터리의 전압과 부하의 전압은 전압검출부(60a,60b)를 통해 검출되고, 배터리의 전류는 전류센서(80)를 통해 검출된다.
도3은 충방전 제어신호에 따른 충전 및 방전 전류 상태를 나타내는 그래프이다.
도3에서 배터리 전압 Vbat는 도2의 배터리 전압검출부에서 검출되고, 부하 전압 Vo는 도2의 부하 전압검출부에서 검출된다. 충방전 제어신호 Schg는 펄스폭변조(PWM) 신호와 같이 동작한다.
여기서, 배터리 전압 Vbat가 부하 전압 Vo보다 높은 t0 ~ t6 구간에서는 상기 충방전 제어신호 Schg에 관계없이 항시 방전 상태가 되어 다이오드 D1을 통해 방전전류 idis가 부하(Load)로 공급된다. 하지만, 부하 전압 Vo가 배터리 전압 Vbat보다 높은 t6 ~ t11 구간에서는 상기 충방전 제어신호 Schg가 로우가 되면 트랜지스터가 턴온되어 부하로부터 충전전류 ichg가 공급되어 배터리가 충전된다.
도4는 본 발명의 배터리 잔량 검출 및 수명 예측 방법에 따른 충전상태 전압과 전류 상태를 나타내는 그래프이다.
도2를 참조하여 도4의 그래프를 설명하면, 트랜지스터 Q1이 충방전 제어신호 Schg에 의해 턴온되면 배터리 전압은 순간적으로 충전전압(부하전압) Vo에 가까운 값으로 증가하며, 상기 트랜지스터 Q1이 턴오프되면 다시 충전 상태의 배터리 전압 Vbat로 된다. 이때, 실제 배터리 전압은 트랜지스터 Q1의 턴온 전압 VQ1을 제외한 크기로, 턴온 시점인 T1 ~ T2 구간에서 다음의 수학식4와 같다.
Figure 112014124998800-pat00007
또한, 배터리와 충전전압 사이의 전압 차이는 다음의 수학식5와 같다.
Figure 112014124998800-pat00008
여기서, 실제 배터리의 충전에 기여할 수 있는 충전전압의 크기는 배터리와 충전전압의 차이에 트랜지스터 Q1의 턴온 전압 VQ1을 제외한 크기로 다음의 수학식6과 같다.
Figure 112014124998800-pat00009
그리고, 실제 충전가능한 전압의 크기인 Vchg (k)의 크기에 따라 충전전류 Ichg(k)가 결정되므로 안정적인 충전전류로 배터리를 충전하기 위한 충방전 제어신호 Schg의 턴온 시간 ton (k)는 충전전압의 크기 Vchg (k)에 반비례하도록 제어이득을 설정하여 다음의 수학식7과 같이 결정된다.
Figure 112014124998800-pat00010
여기서, Ts는 충방전 제어신호 Schg의 PWM 샘플링 주기 시간이며, kon은 충전전류의 크기를 결정하는 비례제어 이득이고, kon의 값에 비례하여 충전이 이루어지는 턴온 시간은 길어지게 된다.
한편, 충전시간 ton (k) 동안 충전되는 충전량은 Ah 단위로 다음의 수학식8과 같이 연산된다.
Figure 112014124998800-pat00011
도5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 수명 예측을 위한 충전상태(SOC) 그래프이다.
도5를 참조하면, 현재 시점의 배터리 전압인 Vbat (k)에서 충전시간 Ton (k)동안 충전된 충전량 ΔQbat (k)"에 의해 배터리 전압이 VSOA (k+1)" 충전량에 비례하여 상승하여야 하지만 배터리의 상태에 따라 Vbat (k+1)"로 차이가 발생할 수 있다. 이와 유사하게 방전이 되는 상황에서도 방전시간 동안 방전된 방전량 ΔQbat (k)'에 의해 배터리 전압은 VSOA (k+1)'으로 감소해야 하지만 배터리의 수명이나 상태에 따라 Vbat (k+1)'로 차이가 발생할 수 있다.
이때, 실제 배터리의 전압 Vbat (k+1)"과 수학식8에 의해 계산된 충전량에 따라 정상상태에 도달해야 하는 전압 VSOA (k+1)"의 차이는 배터리의 충전용량에 변화가 발생함을 의미하게 되며, 이를 통해 배터리의 SOC값과 실제 사용시간 및 수명을 예측할 수 있다.
이에, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 수명 예측 방법은, 도6에 도시된 바와 같이, 제1시각에서 배터리의 개방회로전압에 따른 제1전압(Vbat(k))을 측정하는 단계(S100)와, 상기 배터리의 기설정된 전압-SOC 특성 곡선(100)과 상기 제1전압(Vbat(k))을 이용하여 초기 SOC값(Qbat(k))을 구하는 단계(S300)와, 상기 제1시각 이후의 제2시각에서 상기 배터리의 개방회로전압에 따른 제2전압(Vbat(k+1)" 또는 Vbat(k+1)')을 측정하는 단계(S500)와, 상기 제1전압(Vbat(k))보다 상기 제2전압(Vbat(k+1)")이 크면 상기 제1시각에서 상기 제2시각 동안의 배터리 충전량(ΔQbat(k)")을 상기 초기 SOC값(Qbat(k))과 합산하여 제1 SOC값(Qbat(k+1))을 구하고(S700a) 상기 제1전압(Vbat(k))보다 상기 제2전압(Vbat(k+1)')이 작으면 상기 전압-SOC 특성 곡선(100)에 있어서 상기 제2전압(Vbat(k+1)')과 동일한 전압레벨을 가지는 제3전압(VSOA(x)')에 해당하는 제2 SOC값(Qbat(k-x))을 구하는(S700b) 단계(S700)와, 상기 제1 SOC값(Qbat(k+1)) 또는 상기 제2 SOC값(Qbat(k-x))을 이용하여 배터리의 수명을 예측하는 단계(S900)를 포함한다.
여기서, 실제 충전된 제2전압 Vbat (k+1)"에 의해 예측되는 배터리의 수명은 개방회로 전압 검출 방식에 의해 다음과 같이 오차를 가지는 값으로 수학식9로 예측될 수 있다.
Figure 112014124998800-pat00012
하지만, 실제 충전된 충전량 ΔQbat (k)"에 의한 제1 SOC값은 Qbat (k+1)가 되고, 이에 따른 오차가 발생하게 될 때 본 실시예에서는 제2전압을 Vbat (k+1)"로 표시하고, 배터리의 제1 SOC값은 실제 충전량인 ΔQbat (k)"를 더한 실제 제1 SOC값 Qbat (k+1)을 다음의 수학식10과 같이 예측한다.
Figure 112014124998800-pat00013
그러나, 배터리가 ΔQbat (k)'만큼 방전되어 배터리 전압이 VSOA (k+1)'가 되면 실제 방전량 ΔQbat (k)'를 고려한 Qbat (k-1)로 제2 SOC값을 예측하지 않고, 방전 후의 배터리 전압 Vbat (k+1)'에 해당하는 VSOA (x)'에서 제2 SOC값 Qbat (k-x)를 예측한다.
즉, 배터리의 수명에 따른 용량 변화를 고려하여 사용자가 항상 안정적으로 배터리의 SOC값을 검출하기 위한 것으로, 도5의 충전상태 그래프를 고려하여 배터리의 SOC값을 예측할 수 있다.
또한, 배터리의 사용 가능 시간은 다음의 수학식11로 예측될 수 있다.
Figure 112014124998800-pat00014
한편, 상기 제1전압(Vbat (k))보다 상기 제2전압(Vbat (k+1))이 크면 상기 전압-SOC 특성 곡선(100)에 있어서 상기 제2전압과 동일한 전압레벨을 가지는 제4전압(VSOA(x)")에 해당하는 제3 SOC값(Qbat (k+x))을 구하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 제3 SOC값과 상기 제1 SOC값의 차이값을 이용하여 상기 배터리의 수명을 예측할 수 있다.
이때, 상기 배터리의 수명은 다음의 수학식12에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112014124998800-pat00015
여기서, TLIFE는 배터리의 수명 시간(hour)이고, TRATE는 배터리의 정격수명 시간이고, Qbat (k+x)는 제3 SOC값이고, Qbat (k+1)은 제1 SOC값이고, QRATE는 배터리의 정격용량이고, ktm는 배터리의 SOC값에 따른 수명을 결정하는 계수이다. 예를 들어, ktm = 0.5로 설정하면 배터리의 SOC값이 정격용량의 50% 이하게 되면 배터리의 수명이 다한 것으로 판단한다.
그리고, 상기 제1전압보다 상기 제2전압이 작으면 상기 제1시각에서 상기 제2시각 동안의 배터리 방전량(ΔQbat(k)')을 상기 초기 SOC값에서 차감하여 제4 SOC값(Qbat(k-1))을 구하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 제4SOC값과 상기 제2SOC값의 차이값을 이용하여 상기 배터리의 수명을 예측할 수 있다.
이때, 상기 배터리의 수명은 다음의 수학식13에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112014124998800-pat00016
여기서, TLIFE는 배터리의 수명 시간(hour)이고, TRATE는 배터리의 정격수명 시간이고, Qbat (k-1)은 제4 SOC값이고, Qbat (k-x)은 제2 SOC값이고, QRATE는 배터리의 정격용량이고, ktm는 배터리의 SOC값에 따른 수명을 결정하는 계수이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 배터리의 수명을 예측하기 위한 방법으로 배터리의 용량오차(SOC error)를 이용해 수명을 예측할 수 있으며, 이때 배터리의 용량오차는 다음의 수학식14와 같이 계산될 수 있다. 단, 아래 수학식14는 제1시각에서 제2시각 동안에 배터리가 충전된 경우의 예시이며, 방전된 경우는 이와 대비되어 계산되는 것은 주지의 사항이다.
Figure 112014124998800-pat00017
여기서, Qbat (k+1)은 Qbat (k)+ΔQbat (k)로 제1시각에서 제2시각 동안에 충전 또는 방전된 전류를 연산하여 누적된 값에 의해 예측된 잔존용량이고, QSOA(k+1)은 배터리 충전전압 Vbat (k+1)에 의해 개방회로전압 곡선에서 함수로 구해지는 잔존용량이다.
이에, 배터리의 상태가 정상이고, 수명이 충분히 남아 있을 경우에는 충전전류에 의한 용량과 전압의 상승 또는 하강의 기울기가 일치해야 하지만, 배터리의 수명이 감소하여 용량이 감소하게 되면, 동일한 충전량 및 방전량에 의해 배터리 전압의 변동이 크게 발생하게 되므로, 이를 이용하여 배터리의 수명을 예측하게 되는 것이다. 즉, 배터리의 용량오차(SOC error[%])가 커질수록 배터리의 수명이 줄어드는 것으로 예측할 수 있다. 본 실시예에서는 배터리의 용량오차가 50%이상이면 배터리의 수명이 다한 것으로 판단한다.
이때, 배터리 용량오차는 연속적으로 연산된 오차의 평균값을 사용하여 연산하며, 도7에 예시된 바와 같이, 최대 오차가 50% 이상이 되면 배터리의 최대 용량이 초기 출하상태에 비해 50% 감소하게 되었음을 의미하므로 배터리의 수명이 종료된 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 배터리의 수명을 판단함에 있어 용량오차 50%의 설정은 응용분야나 배터리의 종류에 따라 50% 내지 80%의 범위로 설정하여 수명을 예측할 있다.
지금까지 설명한 본 발명에 따르면, 개방회로전압에 따른 배터리 전압과 일정 시간 동안의 배터리 충방전량을 동시에 사용하여 배터리의 잔량을 계산하고 이에 따른 배터리의 수명을 정확하게 예측함으로써 배터리의 교체시기를 지정함에 있어 신뢰성을 향상시키고 배터리를 사용하는 장치에서의 안정성을 도모할 수 있는 효과가 있다.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 상술한 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.
20: 트랜지스터 40: 다이오드
60a,b: 전압센서 80: 전류센서
100: 전압-SOC 특성 곡선

Claims (7)

  1. 제1시각에서 배터리의 개방회로전압에 따른 제1전압을 측정하는 단계;
    상기 배터리의 기설정된 전압-SOC 특성 곡선과 상기 제1전압을 이용하여 초기 SOC(State Of Charge)값을 구하는 단계;
    상기 제1시각 이후의 제2시각에서 상기 배터리의 개방회로전압에 따른 제2전압을 측정하는 단계;
    상기 제1전압보다 상기 제2전압이 크면 상기 제1시각에서 상기 제2시각 동안의 배터리 충전량을 상기 초기 SOC값과 합산하여 제1 SOC값을 구하고, 상기 전압-SOC 특성 곡선에 있어서 상기 제2전압과 동일한 전압레벨을 가지는 제4전압에 해당하는 제3 SOC값을 구하며,
    상기 제1전압보다 상기 제2전압이 작으면 상기 전압-SOC 특성 곡선에 있어서 상기 제2전압과 동일한 전압레벨을 가지는 제3전압에 해당하는 제2 SOC값을 구하는 단계; 및
    상기 제3 SOC값과 상기 제1 SOC값의 차이값을 이용하여 배터리의 수명을 예측하는 단계를 포함하되,
    상기 배터리의 수명은 다음의 수학식
    Figure 112016005911614-pat00028

    (여기서, TLIFE는 배터리의 수명 시간(hour)이고, TRATE는 배터리의 정격수명 시간이고, Qbat(k+x)는 제3 SOC값이고, Qbat(k+1)은 제1 SOC값이고, QRATE는 배터리의 정격용량이고, ktm는 배터리의 SOC값에 따른 수명을 결정하는 계수이다.)
    에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초기 SOC값은,
    상기 배터리의 내부 임피던스 rbat와 배터리 전류 Ibat를 전압강하 성분으로 고려하여,
    상기 배터리의 외부에서 측정되는 전압에 대해서 상기 전압강하 성분 rbatㆍIbat를 차감한 크기로 구해지는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 SOC값 Qbat (k+1)은 다음의 수학식
    Figure 112014124998800-pat00018

    (여기서, Qbat (k)는 초기 SOC값이고, ΔQbat (k)"는 상기 제1시각에서 상기 제2시각 동안의 배터리 충전량이다.)
    에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1시각에서 배터리의 개방회로전압에 따른 제1전압을 측정하는 단계;
    상기 배터리의 기설정된 전압-SOC 특성 곡선과 상기 제1전압을 이용하여 초기 SOC(State Of Charge)값을 구하는 단계;
    상기 제1시각 이후의 제2시각에서 상기 배터리의 개방회로전압에 따른 제2전압을 측정하는 단계;
    상기 제1전압보다 상기 제2전압이 크면 상기 제1시각에서 상기 제2시각 동안의 배터리 충전량을 상기 초기 SOC값과 합산하여 제1 SOC값을 구하고,
    상기 제1전압보다 상기 제2전압이 작으면 상기 전압-SOC 특성 곡선에 있어서 상기 제2전압과 동일한 전압레벨을 가지는 제3전압에 해당하는 제2 SOC값을 구하며, 상기 제1시각에서 상기 제2시각 동안의 배터리 방전량을 상기 초기 SOC값에서 차감하여 제4 SOC값을 구하는 단계; 및
    상기 제4 SOC값과 상기 제2 SOC값의 차이값을 이용하여 상기 배터리의 수명을 예측하는 단계를 포함하되,
    상기 배터리의 수명은 다음의 수학식
    Figure 112016005911614-pat00020

    (여기서, TLIFE는 배터리의 수명 시간(hour)이고, TRATE는 배터리의 정격수명 시간이고, Qbat(k-1)은 제4 SOC값이고, Qbat(k-x)은 제2 SOC값이고, QRATE는 배터리의 정격용량이고, ktm는 배터리의 SOC값에 따른 수명을 결정하는 계수이다.)
    에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 방법.
  7. 삭제
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