KR102035679B1 - 배터리 노화상태 산출 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 UPS 배터리 노화상태 산출 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 스위치를 통해 UPS 배터리의 충전 및 자가방전을 반복적으로 수행함에 따라 자체적으로 정확하게 UPS 배터리의 노화상태(SOH)를 산출할 수 있는 UPS 배터리의 노화상태 산출 방법 및 시스템에 관한 것이다.

Description

배터리 노화상태 산출 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR CACULATING STATE OF HEALTH(SOH) OF A BATTERY}
본 발명은 UPS 배터리 노화상태 산출 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 스위치를 통해 UPS 배터리의 충전 및 자가방전을 반복적으로 수행함에 따라 자체적으로 정확하게 UPS 배터리의 노화상태(SOH)를 산출할 수 있는 UPS 배터리의 노화상태 산출 방법 및 시스템에 관한 것이다.
UPS 장치는 무정전 전원 장치(Uninterruptible Power Supply) 의 약자이며 평상시 상용 전원 또는 발전기 전원을 수전하여 배터리를 만충전 상태로 유지하다 정전되었을 때 배터리를 방전시켜 순간의 정전도 없이 정해진 시간 동안 부하에 지속적으로 전기를 공급해 주는 전원장치로 입력 전원의 전압변동 및 주파수 변동에도 부하에는 항상 정격전압, 정격주파수의 전기를 공급하는 장치이다.
이러한 UPS 장치에는 일반적으로 리튬이온(Li-ion) 배터리가 사용되는데 리튬이온 배터리는 단위 이차 전지 셀(cell)이 복수 개 집합되는 형태로 형성되며, 내부에 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)을 구성하여 상기 배터리의 충전 또는 방전이 효율적으로 제어되도록 한다.
상기 배터리에서 충전 또는 방전이 거듭되면 배터리 내부의 화학물질들이 화학적 변성을 거치거나 전기적 구조 또는 기계적 특성이 변형되어 노화과정을 거치게 된다. 이러한 노화과정이 지속되면 차츰 초기의 수명보다 저하된 수명을 갖게 되며 마지막에는 배터리의 수명이 다하게 된다.
이에 따라 배터리를 이용하는 많은 시스템에서 배터리의 노화에 의한 기능저하 및 교체 필요시기를 추정하는 것은 시스템의 안정적인 운영에 있어 매우 중요하므로, 잔존 수명에 대한 관리가 필요하며 이를 위한 정확한 배터리의 수명예측은 매우 중요하다.
이와 같은 수명을 예측(State of Health: SOH)하는 방법은 일반적으로 두 가지가 있는데, 첫 번째로는 배터리를 만충 시킨 뒤, 완전방전 될 때까지의 전류를 누적하여 현재의 용량(Ah)을 계산한 뒤 초기의 용량(Ah)대비 현재의 용량의 비율을 계산하는 방법이고, 두 번째로는 주기적(6개월 또는 1년 등 전지 회사마다 다름)으로 배터리 회사의 유지 보수 인원을 투입하여 전수 또는 샘플 검사를 통해 DCIR을 측정하여 배터리의 저항성분이 얼마나 증가했는지 확인하는 방법을 사용한다.
또한, 엘지화학에서는 개별적으로 보관일 수에 따른 수명예측(노화상태, SOH)의 변화 값을 시험을 통해 알아내고, 보관 날짜를 누적 계산하여, 해당 날짜에 대한 SOH값을 산출하는 방법을 사용했었다.
그러나 상기 두 번째 방법은 주로 납축전지 시스템에 이용되고 리튬이온 배터리에는 일반적으로 첫 번째 방법을 주로 사용하는데, 첫 번째 방법은 생산 이후 정상 가동 전 시험은 가능하나, 실제로 운영 중인 시스템에서 시험하기 어렵다.
또한, 상기 엘지화학의 SOH 산출방법은 배터리가 위치한 지역마다 보관 조건과 사용 조건이 다르기 때문에 정확도가 떨어진다.
또한, 종래의 UPS 배터리 시스템의 BMS는 UPS 배터리를 임의로 충/방전 제어를 할 수 없었고, 일반적인 수명 예측(SOH)은 배터리의 충전 또는 방전이 있을 때 산출할 수 있으므로, 부동충전(Floating Charging) 상태로 목표 전압에서 대기하는UPS 특성상 SOH를 산출하기 어렵다. 또한, 정전이 일어나지 않는 지역에 설치된 UPS는 배터리 폐기 시까지 사용이 없기 때문에 종래의 방법으로 SOH를 산출하는 것은 어려움이 있다.
따라서 운영중인 UPS 배터리의 부동충전 상태에서 충/방전 제어를 가능하게 하여 SOH가 정확하게 산출될 수 있도록 하는 기술 개발이 요구된다.
KR 2016-0085529 A
본 발명은 운영중인 UPS에 적용된 배터리의 SOH가 정확하게 산출될 수 있는 UPS배터리 노화상태 산출방법 및 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 UPS 배터리 노화상태 산출방법은 UPS에 장착된 배터리의 노화상태(State of Health: SOH)를 산출하는 방법에 있어서, 상기 배터리의 충전 및 방전을 수행하여 전류, 전압 및 온도를 측정하고 충/방전 수행횟수를 카운트하는 충/방전 수행단계 및 상기 충/방전 수행단계에서 카운트된 충/방전 수행횟수가 기 설정된 기준 값을 초과하는 경우, 초기 출하 시의 배터리의 용량, 충전상태(SOC)의 변화량 및 충전 또는 방전 시 적산되는 전류량을 이용하여 SOH를 연산하는 SOH 연산단계를 포함하여 구성되고, 상기 충/방전 수행단계에서 카운트된 충/방전 수행횟수가 기 설정된 기준 값을 초과하지 않는 경우, 충/방전 수행단계를 반복한다.
상기 충/방전 수행단계는, 만충전 상태가 될 때까지 충전을 수행하는 충전 수행단계 및 상기 충전 수행단계에서 배터리가 만충전이 된 경우, 자가방전을 수행되는 방전 수행단계를 포함한다.
상기 충전 수행단계는, 전류 공급부로부터 배터리에 전류를 공급하는 스위치를 온 시키는 스위치 온 단계, 상기 스위치 온 단계에서 공급되는 전류, 전압 및 온도를 근거로 하여 충전 SOC를 산출하는 충전 SOC 산출단계 및 상기 충전 SOC 산출단계에서 산출된 충전 SOC와 만충전 기준 값을 비교하는 충전 SOC 비교단계를 포함한다.
상기 충전 SOC 비교단계에서 비교된 충전 SOC가 기 설정된 만충전 기준 값 이상인 경우, 상기 방전 수행단계를 수행한다.
상기 방전 수행단계는, 상기 충전 수행단계에서 배터리가 만충전이 된 경우, 전류 공급 스위치를 오프 시키는 스위치 오프 단계, 자가방전이 수행되는 전류, 전압 및 온도를 근거로 하여 방전 SOC를 산출하는 방전 SOC 산출단계 및 상기 방전 SOC 산출단계에서 산출된 방전 SOC와 기 설정된 방전기준 값을 비교하는 방전 SOC 비교단계를 포함한다.
상기 방전 SOC 비교단계에서 비교된 방전 SOC가 기 설정된 방전기준 값 미만인 경우, 충전 또는 방전된 전류를 적산한다.
상기 SOH 연산단계의 충전상태(SOC)의 변화량 및 적산되는 전류량은 같은 충전 또는 방전 상태의 값을 이용한다.
상기 SOH 연산단계의 충전상태(SOC)의 변화량 및 적산되는 전류량은 충/방전 수행횟수만큼의 각각의 누적값을 개별적으로 합하여 SOH를 연산한다.
본 발명의 실시 예에 따른 UPS 배터리 노화상태 산출시스템은 UPS에 장착된 배터리의 노화상태(State of Health: SOH)를 산출하는 시스템에 있어서, 전류원이 되는 전류 공급부, 상기 배터리로 공급되는 상기 전류 공급부의 전류를 온/오프 하는 스위치 및 충/방전이 수행되도록 상기 스위치의 온/오프를 제어하고 충전 또는 방전 시 전류, 전압 및 온도를 근거로 하여 상기 배터리의 SOH를 산출하는 제어부를 포함하여 구성되고, 상기 제어부는, 주기적으로 상기 스위치를 온 시켜 상기 배터리의 충전을 수행하고, 배터리가 만충전이 되는 경우, 배터리의 자가방전을 수행되도록 상기 스위치를 오프 시킨다.
상기 제어부는, 상기 스위치의 온/오프 제어신호를 출력하는 신호 출력부, 충전 및 방전되는 전류, 전압 및 온도를 근거로 하여 충전 SOC 및 방전 SOC를 산출하는 SOC 산출부, 충/방전이 수행되는 수행횟수를 카운팅하는 카운터, 상기 SOC산출부에서 산출된 충전 SOC 및 방전 SOC와 상기 카운터의 수행횟수를 각각의 기 설정된 기준 값과 비교하는 비교부, 상기 비교부에서 방전 SOC가 기 설정된 방전기준 값 미만인 것으로 비교된 경우, 충전 또는 방전기간 동안의 전류를 적산하는 전류 적산부 및 상기 비교부에서 충/방전 수행횟수가 기 설정된 기준 값을 초과한 것으로 비교된 경우, 상기 전류 적산부에서 적산된 전류를 근거로 하여 SOH를 연산하는 SOH 연산부를 포함하여 구성된다.
상기 배터리는, 배터리 BMS를 포함하여 구성되고, 방전 시 소모되는 배터리의 전원은 배터리의 BMS 전원으로 사용된다.
상기 SOH 연산부는, 충/방전 수행횟수만큼 누적된 적산전류들을 합하여 SOH를 연산한다.
본 발명의 실시 예에 따른 UPS 배터리 노화상태 산출방법 및 시스템은 전압공급원과 배터리 사이 스위치를 구성하여 충전 및 방전 제어를 가능하게 하고 충전 및 방전 수행을 반복하여 SOH를 산출함에 따라 자체적으로 정확한 UPS 배터리의 노화상태를 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 배터리 노화상태 산출방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 배터리 노화상태 산출방법 중 충/방전 수행단계의 순서도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 충/방전 수행단계 중 충전 수행단계의 순서도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 충/방전 수행단계 중 방전 수행단계의 순서도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 배터리 노화상태 산출시스템의 블록도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 배터리 노화상태 산출시스템 내 제어부의 블록도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 배터리 노화상태 산출시스템의 제어에 의한 전압과 전류 변화를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 단지 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 식별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
<실시 예 1>
다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 배터리 노화상태 산출방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 UPS 배터리 노화상태 산출방법은 스위치를 제어하여 충전 및 방전을 수행하고 방전 시 전류, 전압 및 온도를 측정하는 것을 반복적으로 수행하여 SOH를 연산함에 따라 자체적으로 UPS 배터리의 노화상태를 정확하게 산출하는 방법이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 배터리 노화상태 산출방법의 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 배터리 노화상태 산출방법은 상기 배터리의 충전 및 방전을 수행하여 전류, 전압 및 온도를 측정하고 충/방전 수행횟수를 카운트한다 (충/방전 수행단계: S100).
상기 충/방전 수행단계(S100)에서 카운트된 충/방전 수행횟수가 기 설정된 기준 값을 초과하는 경우(S200), 초기 출하 시의 배터리의 용량, 충전상태(SOC)의 변화량 및 충전 또는 방전 시 적산되는 전류량을 이용하여 SOH를 연산한다(SOH 연산단계: S300).
또한, 상기 충/방전 수행단계(S100)에서 카운트된 충/방전 수행횟수가 기 설정된 기준 값을 초과하지 않는 경우(S200), 충/방전 수행단계(S100)를 반복한다.
여기서, 상기 기 설정된 소정 값은 정확한 SOH를 연산하기 위하여 상기 전류, 전압 및 온도가 누적되도록 충전 및 방전을 반복하는 횟수이고, 일 실시 예로써, 10으로 설정하지만 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 충/방전 수행단계(S100)는 도2, 도3 및 도4를 들어 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 배터리 노화상태 산출방법 중 충/방전 수행단계의 순서도이다.
도2를 참조하면, 만충전 상태가 될 때까지 충전을 수행하고(충전 수행단계: S110), 상기 충전 수행단계(S110)에서 배터리가 만충전된 경우, 자가방전을 수행한다(방전 수행단계: S120).
또한, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 충/방전 수행단계 중 충전 수행단계의 순서도이다.
도 3을 참조하면, 상기 충전 수행단계(S110)는 전류 공급부로부터 배터리에 전류를 공급하는 스위치를 온 시키고(스위치 온 단계: S111), 상기 스위치 온 단계(S111)에서 공급되는 전류, 전압 및 온도를 근거로 하여 충전 SOC를 산출한다(충전 SOC 산출단계: S112).
여기서 SOC(State of Charge)는 전류, 전압 및 온도에 따라 정해진 룩업 테이블 또는 함수를 이용하여 SOC를 연산한다.
상기 충전 SOC 산출단계(S112)에서 산출된 충전 SOC와 만충전 기준 값을 비교하고(충전 SOC 비교단계: S113), 비교결과로 충전 SOC가 기 설정된 만충전 기준 값 이상인 경우, 상기 방전 수행단계(S120)를 수행한다.
또한, 상기 충전 SOC 산출단계(S112)에서는 완방전 상태에서 만충전 상태가 되는 기 저장된 일반적인 시간을 근거로 하여 충전예상시간을 연산하고, 연산된 충전예상시간이 지난 후 충전 SOC를 산출한다. 만약 상기 충전 SOC 비교단계(S113)의 비교결과로 충전 SOC가 기 설정된 만충전 기준 값 미만인 경우, 일정 시간간격으로 상기 충전 SOC 산출단계(S112) 및 충전 SOC 비교단계(S113)를 반복 수행한다. 여기서 일정 시간간격은 사용자가 임의로 설정하는 값을 의미한다.
또한, 상기 만충전 기준 값은 만충전의 기준이므로 100%인 것을 의미한다.
또한, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 충/방전 수행단계 중 방전 수행단계의 순서도이다.
도 4를 참조하면, 상기 방전 수행단계(S120)는 상기 충전 수행단계(S110)에서 배터리가 만충전된 경우, 배터리에 전류를 공급하던 스위치를 오프 시킨다(스위치 오프 단계: S121). 그러면 배터리 자체적으로 전류가 소모되므로, 이에 따른 소모되는 전류, 전압 및 온도를 근거로 하여 방전 SOC를 산출한다(방전 SOC 산출단계: S122).
또한, 상기 방전 SOC 산출단계(S122)에서 산출된 방전 SOC와 기 설정된 방전기준 값을 비교하고(방전 SOC 비교단계: S123), 방전 SOC 비교단계(S123)에서 비교된 방전 SOC가 기 설정된 방전기준 값 미만인 경우, 상기 충전 수행단계(S110)에서 해당 배터리를 충전 또는 방전된 전류를 적산하고 SOH 연산단계(S300)를 수행한다.
또한, 상기 방전 SOC 산출단계(S122)에서는 자가방전이 수행되어 만충전 상태에서 상기 기 설정된 방전기준 값이 되는 시간을 미리 시험을 통해 획득하고 기 저장됨에 따라 획득된 시간을 기준으로 하여 방전 SOC를 산출한다.
또한, UPS 배터리가 기본적으로 가지는 방전 사양(일정시간 동안 UPS 배터리의 전류를 공급할 수 있는)을 확보할 수 있도록 미리 시험에서 획득한 시간보다 감소된 시간으로 방전 SOC를 산출할 수 있다.
만약 상기 방전 SOC 비교단계(S123)의 비교결과로 방전 SOC가 기 설정된 방전 기준 값 이상인 경우, 일정 시간간격으로 상기 방전 SOC 산출단계(S122) 및 방전 SOC 비교단계(S123)를 반복 수행한다. 여기서 일정 시간간격은 사용자가 임의로 설정하는 값을 의미한다.
또한, 상기 기 설정된 방전 기준 값은 자가방전과 같이 미소의 용량이 감소하는 것이 아닌, 일반적으로 방전이 수행된 정도의 일정의 크기가 있는 용량 값을 의미함으로써, 일 실시 예로 95(%)를 설정한다.
또한, 상기 SOH 연산단계(S300)에서 SOH를 연산하는 방법은 아래에서 구체적으로 설명한다.
(식1)은 SOH의 일반적인 연산방법이다.
(식1) SOH [%] = (∫i dt)/(Initial Capacity) × 100 [%]
여기서 Initial Capacity는 초기 출하된 배터리의 용량[Ah]이고, ∫i dt는 배터리가 완방전된 상태에서 만충전 상태로 충전하는 동안에 적산된 전류량[Ah]이다.
한편, SOH 연산단계(S300)에서는 (식1)을 변형한 (식2)를 이용하여 SOH를 연산한다.
(식2) SOH [%] = {(△ ∫i dt)/(Initial Capacity×△SOC×0.01)} ×100 [%]
여기서 △SOC는 충전 또는 방전이 수행되는 경우의 SOC의 변화량이고 절대값을 사용한다. 또한, △∫i dt는 충전 또는 방전이 수행되는 동안 적산된 전류량이고, SOH 연산 시 △SOC 및 △∫i dt는 같은 상태(충전 또는 방전)에서 산출된 값을 사용해야 된다.
또한, SOH 연산 시 SOH값의 정확도를 높이기 위하여 상기 기 설정된 소정 값의 횟수만큼 개별적으로 누적된 △SOC 및 △∫i dt들의 각각의 합을 이용하여 SOH를 연산한다.
예를 들어, 충/방전이 5회 수행되고 각각의 △SOC가 5[%], 6[%], 6[%], 4[%], 6[%]인 경우, SOH 연산 시 △SOC는 27(%)가 된다.
또한, 각각의 △∫i dt가 0.4[Ah], 0.4[Ah], 0.4[Ah], 0.6[Ah], 0.5[Ah]인 경우, SOH 연산 시 △∫i dt는 2.3[Ah]가 된다.
따라서 초기 출하된 배터리 용량이 10[Ah]인 경우, SOH는 85%로 연산될 수 있고 배터리의 노화상태는 양호한 것으로 볼 수 있다.
<실시 예 2>
다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 배터리 노화상태 산출시스템에 대하여 설명한다.
본 발명의 UPS 배터리 노화상태 산출시스템은 스위치를 온/오프 하여 소정 횟수만큼 반복적으로 배터리를 충/방전하고, 충/방전 수행 시 획득한 누적 전류, 전압 및 온도를 이용하여 자체적으로 정확한 SOH를 산출할 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 배터리 노화상태 산출시스템의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 UPS에 장착된 배터리(540)의 노화상태 산출시스템(500)은 전류원이 되는 전류 공급부(510), 배터리(540)로 공급되는 상기 전류 공급부(510)의 전류를 온/오프 하는 스위치(520) 및 충/방전이 수행되도록 상기 스위치(520)의 온/오프를 제어하고 배터리(540)의 SOH를 산출하는 제어부(530)를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 UPS 배터리 노화상태 산출시스템(500)은 다이오드(미도시)를 추가로 포함하여 상기 스위치(520)가 오프 되어 있는 상태에서도 방전이 수행될 수 있도록 한다. 상기 다이오드(미도시)는 상기 스위치(520)와 병렬로 연결되어 상기 배터리(540)와 전류 공급부(510)에 개별적으로 연결될 수 있도록 한다.
이와 같은 구조로 형성된 UPS 배터리 노화상태 산출시스템(500)은 일반적으로 부동충전상태인 UPS가 자체적으로 충/방전을 수행할 수 있어서
또한, 상기 제어부(530)는 Master BMS(미도시)에 구성되어 있고, 상기 배터리에는 Slave BMS(541)를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 상기 제어부(530)는 도 6을 들어 아래에서 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 배터리 노화상태 산출시스템 내 제어부의 블록도이다.
상기 제어부(530)는 상기 스위치(520)의 온/오프 제어신호를 출력하는 신호 출력부(531), 충전 및 방전되는 전류, 전압 및 온도를 근거로 하여 충전 SOC 및 방전 SOC를 산출하는 SOC 산출부(532), 충/방전이 수행되는 수행횟수를 카운팅하는 카운터(533), 상기 SOC 산출부(532)에서 산출된 충전 SOC 및 방전 SOC와 상기 카운터의 수행횟수를 각각의 기 설정된 기준 값과 비교하는 비교부(534), 상기 비교부(534)에서 방전 SOC가 기 설정된 방전기준 값 미만인 것으로 비교된 경우, 충전 또는 방전기간 동안의 전류를 적산하는 전류 적산부(535) 및 상기 비교부(534)에서 수행횟수가 기 설정된 기준 값을 초과한 것으로 비교된 경우, 상기 전류 적산부(535)에서 적산된 전류를 근거로 하여 SOH를 연산하는 SOH 연산부(536)를 포함하여 구성된다.
여기서 SOH 연산부(536)는 상기 (식2)를 이용하여 SOH를 연산한다.
또한, 충전 및 방전을 수행하는 시간은 제어부(530)에 추가로 구성되어 연산된다.
한편, 이하 아래에서 UPS 배터리 노화상태 산출시스템의 구동방법을 보다 상세하게 설명한다.
UPS 배터리 노화상태 산출시스템(500)은 주기적으로 SOH를 산출하는데, 우선 주기에 맞춰 상기 신호 출력부(530)에서 상기 스위치(520)가 온 제어되는 신호를 출력하여 스위치(520)에 전송한다.
온 신호를 받은 스위치(520)는 온 되어 상기 전류 공급부(510)에서 배터리(540)로 전류를 전달한다.
상기 제어부(530)에서 별도로 연산된 충전예상시간에 따라 SOC 산출부(532)는 충전 SOC를 산출하고, 산출된 충전 SOC는 비교부(534)를 통해 기 설정된 만충전 기준 값과 비교된다.
상기 충전 SOC가 기 설정된 만충전 기준 값 이상인 경우, 상기 신호 출력부(530)는 스위치(520)를 오프 제어하는 신호를 출력하여 스위치(520)에 전송한다.
오프 신호를 받은 스위치(520)는 오프 되고, 상기 배터리(540)는 상기 Slave BMS(541)를 구동시키는 미량의 전류만을 소모한다.
상기 SOC 산출부(532)는 자가방전을 통해 소모되는 전류, 전압 및 온도를 근거로 하여 방전SOC를 산출하고, 비교부(534)를 통해 방전 SOC와 기 설정된 방전기준 값을 비교한다. 여기서 충전 및 방전 수행 시의 전류, 전압 및 온도는 상기 Slave BMS(541)에서 측정하여 SOC 산출부(532)로 전송한다.
상기 비교부(534)에서 방전 SOC가 기 설정된 방전기준 값보다 미만인 것으로 비교된 경우, 상기 전류 적산부(535)에서 충전 또는 방전된 전류를 적산하고, 카운터(533)를 통해 충/방전 횟수가 카운트된다. 여기서 카운터(533)가 카운트하는 횟수는 충/방전 횟수뿐만 아니라 전류를 적산한 횟수를 카운트할 수 있다.
상기 비교부(534)는 상기 카운터(533)에서 카운트된 횟수가 기 설정된 기준 값을 초과하는지 비교하고, 상기 SOH 연산부(536)는 상기 전류 적산부(535)에서 적산된 전류, 초기 출하 시의 배터리 용량 및 충전 또는 방전 수행 시의 SOC 변화량을 근거로 하여 SOH를 연산한다.
여기서 전류 적산 값과 SOC 변화량은 카운트 된 횟수만큼 수행된 충전 또는 방전 시의 각각의 전류 적산 값들과 SOC 변화량들의 개별적인 합이다. 이는 미량의 값으로 SOH를 연산하면 기존의 방식에 비하여 정확도가 떨어지므로 충/방전을 반복 수행하고 값을 누적시켜 SOH 값의 오차를 최소화한다.
또한, 도 7을 이용하여 상기 UPS 배터리 노화상태 산출시스템(500)의 구동방법에 따라 변화하는 전압 및 전류를 볼 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 배터리 노화상태 산출시스템의 제어에 의한 전압과 전류 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 우선 충전이 수행되어 배터리가 만충전 상태이며, 그 후 스위치(520)가 오프 되어 자가방전이 시작되었고 이때의 SOC는 최대 값이므로 전압도 부동충전상태의 전압 값이다. 또한, 이때의 전류 값은 스위치가 오프 되었으므로 0이다.
소정의 방전시간 후 SOC가 기 설정된 방전기준 값보다 미만인 경우, 상기 스위치(520)는 온 되고 전압은 최소 전압 값이 된다.
스위치(520)가 온 되어 전류가 흐르면, 전압과 SOC는 서서히 증가하며 배터리에 흐르는 제한전류 값은 만충전 상태가 될 때까지 적산된다. 여기서의 그래프는 충전 시의 전류를 적산하는 경우를 나타낸다.
따라서 상기 스위치(520)는 부동충전 상태인 UPS 배터리의 전압 및 전류를 변화시켜 UPS 배터리에서도 SOH 연산을 가능하게 한다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 서술한 특허청구범위 기술 내에서 다양한 실시 예가 가능할 수 있을 것이다.
500: UPS 배터리 노화상태 산출시스템
510: 전류 공급부
520: 스위치
530: 제어부
531: 신호 출력부
532: SOC 산출부
533: 카운터
534: 비교부
535: 전류 적산부
536: SOH 연산부
540: 배터리
541: Slave BMS

Claims (12)

  1. UPS에 장착된 배터리의 노화상태(State of Health: SOH)를 산출하는 방법에 있어서,
    상기 배터리의 충전 및 방전을 수행하여 전류, 전압 및 온도를 측정하고 충/방전 수행횟수를 카운트하는 충/방전 수행단계; 및
    상기 충/방전 수행단계에서 카운트된 충/방전 수행횟수가 기 설정된 기준 값을 초과하는 경우, 초기 출하 시의 배터리의 용량, 충전상태(SOC)의 변화량 및 충전 또는 방전 시 적산되는 전류량을 이용하여 SOH를 연산하는 SOH 연산단계; 를 포함하여 구성되고,
    상기 충/방전 수행단계에서 카운트된 충/방전 수행횟수가 기 설정된 기준 값을 초과하지 않는 경우, 충/방전 수행단계를 반복하는 것을 특징으로 하며,
    상기 SOH 연산단계에서 충전상태(SOC)의 변화량 및 적산되는 전류량은 같은 충전 또는 방전 상태의 값을 이용하는 것을 특징으로 하고, 상기 충전상태(SOC)의 변화량 및 적산되는 전류량은 충/방전 수행횟수만큼의 각각의 누적 값을 개별적으로 합하여 SOH를 연산하는 것을 특징으로 하는 UPS 배터리 노화상태 산출방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 충/방전 수행단계는,
    만충전 상태가 될 때까지 충전을 수행하는 충전 수행단계; 및
    상기 충전 수행단계에서 배터리가 만충전이 된 경우, 자가방전을 수행되는 방전 수행단계;
    를 포함하는 UPS 배터리 노화상태 산출방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 충전 수행단계는,
    전류 공급부로부터 배터리에 전류를 공급하는 스위치를 온 시키는 스위치 온 단계;
    상기 스위치 온 단계에서 공급되는 전류, 전압 및 온도를 근거로 하여 충전 SOC를 산출하는 충전 SOC 산출단계; 및
    상기 충전 SOC 산출단계에서 산출된 충전 SOC와 만충전 기준 값을 비교하는 충전 SOC 비교단계;
    를 포함하는 UPS 배터리 노화상태 산출방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 충전 SOC 비교단계에서 비교된 충전 SOC가 기 설정된 만충전 기준 값 이상인 경우, 상기 방전 수행단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 UPS 배터리 노화상태 산출방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 방전 수행단계는,
    상기 충전 수행단계에서 배터리가 만충전이 된 경우, 전류 공급 스위치를 오프 시키는 스위치 오프 단계;
    자가방전이 수행되는 전류, 전압 및 온도를 근거로 하여 방전SOC를 산출하는 방전 SOC 산출단계; 및
    상기 방전 SOC 산출단계에서 산출된 방전 SOC와 기 설정된 방전기준 값을 비교하는 방전 SOC 비교단계;
    를 포함하는 UPS 배터리 노화상태 산출방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 방전 SOC 비교단계에서 비교된 방전 SOC가 기 설정된 방전기준 값 미만인 경우, 충전 또는 방전된 전류를 적산하는 것을 특징으로 하는 UPS 배터리 노화상태 산출방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. UPS에 장착된 배터리의 노화상태(State of Health: SOH)를 산출하는 시스템에 있어서,
    전류원이 되는 전류 공급부;
    상기 배터리로 공급되는 상기 전류 공급부의 전류를 온/오프하는 스위치; 및
    충/방전이 수행되도록 상기 스위치의 온/오프를 제어하고 충전 또는 방전 시 전류, 전압 및 온도를 근거로 하여 상기 배터리의 SOH를 산출하는 제어부; 를 포함하여 구성되고,
    상기 제어부는,
    상기 스위치의 온/오프 제어신호를 출력하는 신호 출력부;
    충전 및 방전되는 전류, 전압 및 온도를 근거로 하여 충전 SOC 및 방전 SOC를 산출하는 SOC 산출부;
    충/방전이 수행되는 수행횟수를 카운팅하는 카운터;
    상기 SOC 산출부에서 산출된 충전 SOC 및 방전 SOC와 상기 카운터의 수행횟수를 각각의 기 설정된 기준 값과 비교하는 비교부;
    상기 비교부에서 방전 SOC가 기 설정된 방전기준 값 미만인 것으로 비교된 경우, 충전 또는 방전기간 동안의 전류를 적산하는 전류 적산부; 및
    상기 비교부에서 충/방전 수행횟수가 기 설정된 기준 값을 초과한 것으로 비교된 경우, 상기 전류 적산부에서 적산된 전류를 근거로 하여 SOH를 연산하는 SOH 연산부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,
    상기 제어부는, 주기적으로 상기 스위치를 온 시켜 상기 배터리의 충전을 수행하고, 배터리가 만충전이 되는 경우, 배터리의 자가방전을 수행되도록 상기 스위치를 오프 시키는 것을 특징으로 하고,
    상기 SOH 연산부는, 충/방전 수행횟수만큼 누적된 적산전류들을 합하여 SOH를 연산하는 것을 특징으로 하는 UPS 배터리 노화상태 산출시스템.
  10. 삭제
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 배터리는, 배터리 BMS를 포함하여 구성되고, 방전 시 소모되는 배터리의 전원은 배터리의 BMS 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 UPS 배터리 노화상태 산출시스템.
  12. 삭제
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