KR101726483B1 - 배터리 사용 패턴 분석 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 사용 패턴 분석 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 사용 패턴 분석 장치 및 방법에 관한 것으로서, 배터리의 잔존용량을 측정하는 잔존용량 측정부; 배터리의 온도를 추정하는 온도 측정부; 배터리의 방전 시, 측정된 상기 배터리의 잔존용량 및 온도를 이용하여, 배터리의 잔존용량의 구간별로 패턴 값을 산출하는 패턴 값 산출부; 및 배터리의 잔존용량의 구간별 패턴 값에 근거하여 배터리의 잔존수명을 산출하는 잔존수명 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 사용 패턴 분석 장치 및 방법 {Apparatus and method for battery usage pattern analysis}
본 발명은 배터리 사용 패턴 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 배터리의 잔존용량 및 배터리 온도를 측정하고, 배터리의 방전 시 배터리의 잔존용량의 구간별로 측정된 온도에 가중치가 반영된 계수 값을 부여하며, 가중치가 반영된 계수 값을 배터리의 잔존용량의 구간별로 누적 합산하여 구간별 패턴 값을 산출함으로써, 구간별 패턴 값에 근거한 배터리의 잔존수명을 산출하는 배터리 사용 패턴 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.
지구 온난화 및 산업발전에 따라 전력소비가 급증하며, 갈수록 높아지는 전력수요를 만족시키기 위해 배터리 에너지 저장 장치(Battery Energy Storage System; BESS)의 활용이 효율적인 대안으로 대두되고 있다.
배터리 에너지 저장 장치는 과잉 생산된 전력을 배터리에 저장하였다가 전력부족이 발생하면 송전해주는 저장 장치로, 전력계통에서 발전, 송배전, 수용가에 설치되어 운영이 가능하며, 신 재생에너지 출력 안정화와 비상전원 등의 다양한 기능으로 활용되고 있다.
이러한 배터리 에너지 저장 장치에 이용되는 배터리는 방전 및 충전이 반복적으로 수행되며, 이 과정에서 배터리의 잔존용량 및 전류의 크기 등과 같은 다양한 변수로 인하여 배터리의 수명이 감소될 수 있다.
이에 따라, 배터리를 보다 효율적으로 관리하기 위한 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)에 관한 기술들이 중요하게 여겨지고 있으며, 그 가운데, 배터리의 사용 패턴을 분석하여 수명을 예측하는 기술은 시스템의 안정적인 운영에 있어서 핵심이 되고 있다.
그러나 종래의 배터리 수명 추정 장치 및 방법들은 배터리의 교체시기를 추정하기 위한 방전 및 충전 사이클을 배터리의 잔존용량 또는 개로 전압에 근거하여 분석하는 방식으로, 배터리 수명 감소의 또 다른 변수인 배터리의 온도가 간과되고 있다. 때문에 배터리의 정확한 사용 패턴 및 사이클을 분석하는 과정에서 오차가 발생할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0087127호
본 발명의 목적은, 상술된 종래의 배터리 수명 추정 장치 및 방법의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리의 잔존용량 또는 개로 전압에 근거하여 잔존수명을 추정하는 종래의 방식에 배터리의 온도라는 변수를 추가적으로 포함하여, 보다 정확한 배터리 사용 패턴 및 배터리의 잔존수명을 추정할 수 있는 배터리 사용 패턴 분석 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 사용 패턴 분석 장치는, 배터리의 잔존용량을 측정하는 잔존용량 측정부; 배터리의 온도를 추정하는 온도 측정부; 및 배터리의 방전 시, 측정된 상기 배터리의 잔존용량 및 온도를 이용하여, 배터리의 잔존용량의 구간별로 패턴 값을 산출하는 패턴 값 산출부;를 포함하여 구성된다.
일 실시예에서, 상기 배터리 사용 패턴 분석 장치는 상기 배터리의 잔존용량의 구간별 패턴 값에 근거하여 배터리의 잔존수명을 산출하는 잔존수명 산출부;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 패턴 값 산출부는 설정된 온도별 가중치에 근거하여, 배터리의 잔존용량의 구간별로 측정된 온도에 따라 가중치가 반영된 계수 값을 부여할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 패턴 값 산출부는 25℃ 이상 30℃ 미만 사이의 온도에 소정의 가중치를 설정하고, 이를 기준으로 하여, 상기 기준에서 5℃가 증가하는 범위마다 소정의 값만큼 증가한 가중치를 설정하며, 상기 기준에서 5℃가 감소하는 범위마다 소정의 값만큼 증가한 가중치를 설정함으로써, 온도별 가중치를 설정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 패턴 값 산출부는 배터리의 방전 시 상기 패턴 값 산출부에서 부여한 계수 값을 배터리의 잔존용량의 구간별로 누적 합산하여 구간별 패턴 값을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 패턴 값 산출부는 누적 합산한 구간별 패턴 값을 도표로써 시각화할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리의 잔존용량 및 배터리 온도를 측정하고, 배터리의 방전 시 배터리의 잔존용량의 구간별로 측정된 온도에 가중치가 반영된 계수 값을 부여하며, 가중치가 반영된 계수 값을 배터리의 잔존용량의 구간별로 누적 합산하여 구간별 패턴 값을 산출함으로써, 구간별 패턴 값에 근거한 배터리의 잔존수명을 산출하는 배터리 사용 패턴 분석 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
특히, 종래의 배터리 잔존수명 추정 방식에 배터리의 온도라는 변수를 추가적으로 포함하므로, 보다 정확하게 배터리 사용 패턴을 분석할 수 있고, 이를 통하여 배터리 수명 퇴화의 원인을 추정할 수 있는 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 사용 패턴 분석 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 사용 패턴 분석 장치의 온도별 가중치를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 사용 패턴 분석 장치의 가중치가 반영된 계수 값을 부여하는 과정 및 구간별 패턴 값을 산출하는 과정을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 사용 패턴 분석 장치의 구간별 패턴 값을 시각화하는 과정을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 사용 패턴 분석 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 사용 패턴 분석 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 사용 패턴 분석 장치(100)는 잔존용량 측정부(120), 온도 측정부(130), 패턴 값 산출부(140) 및 잔존수명 산출부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 배터리 사용 패턴 분석 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있음을 유의한다.
잔존용량 측정부(120)는 배터리(110)의 잔존용량을 측정하는 역할을 수행할 수 있다.
일례로 배터리의 잔존용량은 배터리의 충전 및 방전 전류, 배터리의 온도 및 배터리의 단자 전압을 측정하고, 배터리의 충전 및 방전 전류를 적산하여 잔존용량을 추정하는 방식으로 측정될 수 있다.
다만 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 사용 패턴 분석 장치(100)의 배터리(110) 잔존용량 측정 방식은 상술된 일례에 제한되지 않고 다양한 방식 및 기술이 적용될 수 있음을 유의한다.
온도 측정부(130)는 배터리(110)의 온도를 측정하는 역할을 수행할 수 있다.
여기서 배터리(110)의 온도를 측정하는 방식으로는, 온도 검출 소자 및 센서를 배터리(110)에 접촉 또는 직접 연결하는 방식이 적용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상술된 온도 측정 방식 이외의 다양한 방식으로 배터리(110)의 온도를 측정할 수 있음을 유의한다.
패턴 값 산출부(140)는 배터리(110)의 방전 시, 측정된 배터리(110)의 잔존용량 및 온도를 이용하여, 배터리(110)의 잔존용량의 구간별로 패턴 값을 산출한다. 일 실시예에서, 패턴 값 산출부(140)는 온도별 가중치를 설정하고, 상기 온도별 가중치에 근거하여 온도 측정부(130)에서 측정한 배터리(110)의 잔존용량의 구간별 온도에 가중치가 반영된 계수 값을 부여하며, 또한 부여한 계수 값을 배터리(110)의 잔존용량의 구간별로 누적 합산하여 구간별 패턴 값을 산출하고 도표로써 시각화하는 역할을 수행할 수 있다.
여기서 상기 배터리(110)의 잔존용량의 구간은, 예컨대 완충된 배터리의 잔존용량을 100%로 가정하였을 때, 10% 차이의 범위 별로 구간을 설정할 수 있다. 그러나 이는 일 실시예에 따른 것으로 배터리(110)의 잔존용량의 구간은 변경이 가능함을 유의한다.
이러한 패턴 값 산출부(140)의 역할에 대해서는 후술되는 도 2, 도 3 및 도 4를 통하여 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 사용 패턴 분석 장치(100)의 온도별 가중치를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 예컨대 패턴 값 산출부(140)는 온도 측정부(130)에서 배터리(110)의 잔존용량의 구간별로 측정한 배터리(110)의 온도 값이 25℃ 이상 30℃ 미만 사이일 경우 가중치 1을 설정하고, 이를 기준으로 정할 수 있다.
그리고, 25℃ 이상 30℃ 미만의 범위에서 5℃가 증가한 30℃ 이상 35℃ 미만 사이의 온도 값에는 상기 기준에서 1만큼 증가한 가중치 2를 설정하고, 30℃ 이상 35℃ 미만의 범위에서 5℃가 증가한 35℃ 이상 40℃ 미만 사이의 온도 값에는 기준에서 2만큼 증가한 가중치 3을 설정하며, 35℃ 이상 40℃ 미만의 범위에서 5℃가 증가한 40℃ 이상 45℃ 미만 사이의 온도 값에는 기준에서 3만큼 증가한 가중치 4를 설정할 수 있다.
한편, 25℃ 이상 30℃ 미만의 범위에서 5℃가 감소한 20℃ 이상 25℃ 미만 사이의 온도 값에도 상기 기준에서 1만큼 증가한 가중치 2를 설정하고, 20℃ 이상 25℃ 미만의 범위에서 5℃가 감소한 15℃ 이상 20℃ 미만 사이의 온도 값에는 가중치 3을 설정한다. 상술된 방식으로 이외의 온도 범위에도 가중치를 설정할 수 있다.
이러한 온도별 가중치 설정 방식은 일 실시예에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아님을 유의한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 사용 패턴 분석 장치(100)의 가중치가 반영된 계수 값을 부여하는 과정 및 구간별 패턴 값을 산출하는 과정을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 패턴 값 산출부(140)는 배터리(110)의 방전 시 가중치가 반영된 계수 값을 부여할 수 있다.
여기서 가중치가 반영된 계수 값은 온도 측정부(130)에서 배터리(110)의 잔존용량의 구간별로 측정한 배터리(110)의 온도 값을 상기 온도별 가중치로 환산하고, 상기 환산된 가중치를 반영하여 계수로서 부여될 수 있다.
계속해서 도 3을 참조하면, 패턴 값 산출부(140)는 배터리(110)의 잔존용량의 구간별로 가중치가 반영된 계수 값을 누적 합산하여 구간별 패턴 값을 산출할 수 있다.
예컨대, 배터리(110)의 잔존용량이 50% 이상 59% 이하의 구간에는 가중치가 반영된 계수 값이 2, 4, 3, 4 및 2가 존재하므로, 이를 모두 합산하여 15라는 패턴 값을 산출할 수 있다.
여기서 가중치가 반영된 계수 값 부여 과정 및 구간별 패턴 값 산출 과정은 일 실시예에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아님을 유의한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 사용 패턴 분석 장치(100)의 구간별 패턴 값을 시각화하는 과정을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 패턴 값 산출부(140)는 산출된 상기 구간별 패턴 값을 용이하게 파악할 수 있도록 시각화할 수 있다.
도 4에서는 시각화의 수단으로 막대 그래프를 사용하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양한 형식으로 구간별 패턴 값을 시각화할 수 있음을 유의한다.
다시 도 1로 돌아와서, 잔존수명 산출부(150)은 배터리(110)의 잔존수명을 산출하는 역할을 수행할 수 있다.
여기서 잔존수명 산출부(150)는 배터리(110)의 잔존용량의 구간별 패턴 값에 근거하여 배터리(110)의 사용 패턴을 예측함으로써, 배터리(110)의 퇴화 원인을 추정 및 분석하고, 잔존수명을 산출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 사용 패턴 분석 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 사용 패턴 분석 방법을 시작하면, 먼저 배터리의 잔존용량 및 배터리 온도를 측정하고(S510), 배터리의 방전 또는 충전을 수행한다(S520).
다음으로, 배터리의 방전 여부를 확인하여(S530), 방전될 경우 배터리의 잔존용량의 구간별 온도에 따라 가중치가 반영된 계수 값을 부여하고(S540), 배터리가 방전되지 않을 경우에는 배터리의 방전 여부를 확인하는 단계(S530)로 되돌아 간다.
이후, 배터리의 잔존용량의 구간별로 가중치가 반영된 계수 값을 누적 합산하여 배터리 잔존용량의 구간별 패턴 값을 산출하고(S550), 구간별 패턴 값에 근거하여 배터리의 잔존수명을 산출한다(S560).
이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.
100: 배터리 사용 패턴 분석 장치
110: 배터리
120: 잔존용량 측정부
130: 온도 측정부
140: 패턴 값 산출부
150: 잔존수명 산출부

Claims (12)

  1. 배터리의 잔존용량을 측정하는 잔존용량 측정부;
    상기 배터리의 온도를 추정하는 온도 측정부; 및
    상기 배터리의 방전 시, 측정된 상기 배터리의 잔존용량 및 온도를 이용하여 상기 배터리의 잔존용량의 구간별로 패턴 값을 산출하는 패턴 값 산출부;를 포함하며,
    상기 패턴 값 산출부는,
    25℃ 이상 30℃ 미만 사이의 온도에 소정의 가중치를 설정하고, 이를 기준으로 하여, 상기 기준에서 5℃가 증가하는 범위마다 소정의 값만큼 증가한 가중치를 설정하며, 상기 기준에서 5℃가 감소하는 범위마다 소정의 값만큼 증가한 가중치를 설정함으로써, 온도별 가중치를 설정하며,
    설정된 온도별 가중치에 근거하여, 상기 배터리의 잔존용량의 구간별로 측정된 온도에 따라 가중치가 반영된 계수 값을 부여하는 것을 특징으로 하는
    배터리 사용 패턴 분석 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 잔존용량의 구간별 패턴 값에 근거하여, 상기 배터리의 잔존수명을 산출하는 잔존수명 산출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    배터리 사용 패턴 분석 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 값 산출부는,
    상기 배터리의 방전 시, 상기 패턴 값 산출부에서 부여한 계수 값을 상기 배터리의 잔존용량의 구간별로 누적 합산하여, 구간별 패턴 값을 산출하는 것을 특징으로 하는
    배터리 사용 패턴 분석 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 패턴 값 산출부는,
    누적 합산한 상기 구간별 패턴 값을 도표로써 시각화하는 것을 특징으로 하는
    배터리 사용 패턴 분석 장치.
  7. 배터리의 잔존용량을 측정하는 단계;
    상기 배터리의 온도를 추정하는 단계; 및
    상기 배터리의 방전 시, 측정된 상기 배터리의 잔존용량 및 온도를 이용하여 상기 배터리의 잔존용량의 구간별로 패턴 값을 산출하는 단계;를 포함하며,
    상기 패턴 값을 산출하는 단계는,
    25℃ 이상 30℃ 미만 사이의 온도에 소정의 가중치를 설정하고, 이를 기준으로 하여, 상기 기준에서 5℃가 증가하는 범위마다 소정의 값만큼 증가한 가중치를 설정하며, 상기 기준에서 5℃가 감소하는 범위마다 소정의 값만큼 증가한 가중치를 설정함으로써, 온도별 가중치를 설정하는 단계; 및
    설정된 온도별 가중치에 근거하여, 상기 배터리의 잔존용량의 구간별로 측정된 온도에 따라 가중치가 반영된 계수 값을 부여하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    배터리 사용 패턴 분석 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배터리의 잔존용량의 구간별 패턴 값에 근거하여, 상기 배터리의 잔존수명을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    배터리 사용 패턴 분석 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 패턴 값을 산출하는 단계는,
    상기 배터리의 방전 시 상기 패턴 값을 산출하는 단계에서 부여한 계수 값을 상기 배터리의 잔존용량의 구간별로 누적 합산하여, 구간별 패턴 값을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    배터리 사용 패턴 분석 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 패턴 값을 산출하는 단계는,
    누적 합산한 상기 구간별 패턴 값을 도표로써 시각화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    배터리 사용 패턴 분석 방법.
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