KR102192254B1 - 배터리의 완전충전용량 계산 장치 및 방법 - Google Patents

배터리의 완전충전용량 계산 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리의 완전충전용량 계산 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 상기 배터리의 완전충전용량 계산 장치는 웨이크업 모드 진입 시의 배터리의 OCV(Open Circuit Voltage) 값을 OCV 초기값으로 설정하고, 완전충전상태의 상기 배터리의 OCV값을 OCV 최대값으로 설정하는 OCV값설정부, 상기 배터리가 충전되는 동안 상기 배터리에 유입되는 전류량을 적산하고, 상기 배터리가 완전충전되면 상기 적산된 전류량, 상기 OCV 초기값 및 상기 OCV 최대값을 이용하여 상기 배터리의 완전충전용량을 계산하기 위한 파라미터를 계산하는 파라미터계산부 및 상기 파라미터를 이용하여 상기 배터리의 완전충전용량을 계산하는 완전충전용량계산부를 포함한다.

Description

배터리의 완전충전용량 계산 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR CALCULATING FULL CHARGE CAPACITY INFORMATION OF BATTERY}
본 발명은 배터리의 용량을 계산하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는, 충방전의 반복으로 노화됨에 따라 달라지는 배터리의 수명상태를 모니터링하기 위하여 배터리에 완전충전되는 용량을 계산하는 배터리의 완전충전용량 계산 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
배터리의 수명상태(SOH, State Of Health)를 정확히 파악하는 것은 기기의 안정된 작동을 위하여 필수적이다. 일반적으로 배터리의 수명상태는 배터리에 완전충전되는 용량을 측정함에 따라 모니터링이 가능하다.
그런데 시간이 지남에 따라 배터리는 노화되어 배터리에 완전충전되는 용량의 손실이 발생한다. 예컨대, 리튬-이온 배터리(Li-Ion Battery)는 500회 정도, 니켈-망간 배터리(Ni-Mn Battery)는 300회 정도 충방전 싸이클이 반복되면 초기용량(정격용량)의 60%로 완전충전용량이 감소한다.
따라서 배터리의 충방전이 반복됨에 따라 감소되는 배터리의 완전충전용량을 정확히 계산할 필요가 있다.
종래의 배터리의 완전충전용량을 계산하는 방식은 배터리가 완전방전되는 시점부터 완전충전되는 시점까지 배터리에 충전된 용량을 계산하는 방식과 배터리가 완전충전되는 시점부터 완전방전되는 시점까지 배터리에서 방전된 용량을 계산하는 방식이 있다. 여기서, 배터리가 완전충전되는 시점은 기설정된 완전충전전류값이 감지되는 시점으로 판단이 가능하며, 배터리가 완전방전되는 시점은 기설정된 완전방전전압값이 감지되는 시점으로 판단이 가능하다.
그러나 일반적인 사용자는 배터리를 완전충전시켜 사용하기는 하지만 배터리가 완전방전될 때까지 기다린 후 배터리를 충전시키지는 않는다. 따라서, 종래의 배터리에서 방전된 용량을 계산하는 방식은 배터리가 완전방전된 상태에서 완전충전용량을 계산할 수 없기 때문에 정확한 완전충전용량을 계산하기 어려운 문제점이 존재한다.
그리고 배터리가 완전방전되어 완전충전용량이 계산되었다 하더라도 그 횟수가 완전충전되는 횟수보다 적기 때문에 배터리의 노화에 따라 완전충전용량이 충분한 횟수로 계산될 수 없는 문제점이 존재한다.
또한 종래의 배터리의 완전충전용량을 계산하는 방식은 완전충전과 완전방전이 반복되는 조건이 있어야만 완전충전용량의 계산이 가능하다. 따라서 완전충전과 완전방전의 반복이 비교적 가능한 휴대폰 배터리의 경우에는 전술한 방식의 완전충전용량의 계산이 용이하지만, 완전충전과 완전방전이 드문 차량용 배터리의 경우에는 한계가 있는 문제점이 존재한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 배터리의 OCV(Open Circuit Voltage)를 측정하고 배터리가 완전충전되는 시점까지 배터리에 유입되는 전류를 적산하여, 적산된 전류량과 측정된 OCV값을 이용하여 배터리에 충전된 완전충전용량을 계산하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 배터리의 완전충전용량 계산 장치는 웨이크업 모드 진입 시의 배터리의 OCV(Open Circuit Voltage) 값을 OCV 초기값으로 설정하고, 완전충전상태의 상기 배터리의 OCV값을 OCV 최대값으로 설정하는 OCV값설정부, 상기 배터리가 충전되는 동안 상기 배터리에 유입되는 전류량을 적산하고, 상기 배터리가 완전충전되면 상기 적산된 전류량, 상기 OCV 초기값 및 상기 OCV 최대값을 이용하여 상기 배터리의 완전충전용량을 계산하기 위한 파라미터를 계산하는 파라미터계산부 및 상기 파라미터를 이용하여 상기 배터리의 완전충전용량을 계산하는 완전충전용량계산부를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 일면에 따른 배터리의 완전충전용량 계산 방법은 웨이크업 모드 진입 시의 배터리의 OCV값을 OCV 초기값으로 설정하고, 완전충전상태의 상기 배터리의 OCV값을 OCV 최대값으로 설정하는 단계, 상기 배터리가 충전되는 동안 상기 배터리에 유입되는 전류량을 적산하는 단계, 상기 배터리가 완전충전되면 상기 적산된 전류량, 상기 OCV 초기값 및 상기 OCV 최대값을 이용하여 상기 배터리의 완전충전용량을 계산하기 위한 파라미터를 계산하는 단계 및 상기 파라미터를 이용하여 상기 배터리의 완전충전용량을 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 완전방전상태보다 비교적 발생확률이 높은 배터리의 완전충전상태를 이용하여 배터리에 충전된 완전충전용량을 계산함으로써 완전방전되지 않고 잔존용량이 남아 있는 상태에서 계산된 완전충전용량보다 정확한 결과값을 제공한다. 또한, 배터리가 완전방전될 필요 없이 완전충전만 반복되면 완전충전용량의 계산이 용이한 이점을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 완전충전용량 계산 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 배터리의 충전용량에 따른 OCV값의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 완전충전용량 계산 방법의 과정을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이므로 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정하여진다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가함을 배제하지 않는다. 이하, 본 발명의 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 완전충전용량 계산 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배터리(10)의 완전충전용량 계산 장치(100)는 OCV값설정부(101), 파라미터계산부(102) 및 완전충전용량계산부(103)를 포함한다.
OCV값설정부(101)는 충전을 시작할 때의 배터리(10)의 OCV(Open Circuit Voltage)값을 OCV 초기값으로 설정하고, 완전충전된 배터리(10)의 OCV값을 OCV 최대값으로 설정한다.
구체적으로 OCV값설정부(101)는 불필요하게 반복되는 완전충전용량 계산을 방지하기 위하여 배터리(10)가 기설정된 시간 이상(예컨대, 3시간 이상) 슬립 모드를 유지한 후 웨이크업 모드로 진입하여 충전될 때 배터리(10)의 OCV값을 측정하여 OCV 초기값으로 설정한다.
여기서 OCV값설정부(101)는 배터리(10)의 슬립 모드 진입을 판단하기 위하여 배터리(10)의 암전류 및 통신상태를 확인하고, 배터리(10)의 암전류가 기설정된 임계치 이하로 측정되며 배터리(10)와의 유무선 통신이 오프(Off)되면 배터리(10)가 슬립 모드로 진입한 것으로 판단한다. 예컨대, 차량에 장착된 지능형 배터리 센서(IBS, Intelligent Battery Sensor)의 암전류가 200mA 이하로 측정되며, 지능형 배터리 센서와의 LIN 통신이 오프되면 지능형 배터리 센서가 슬립 모드로 진입한 것으로 판단한다.
그리고 OCV값설정부(101)는 배터리(10)에 일정 시간 동안 충전을 위해 유입되는 전류량이 기설정된 임계치보다 작아지면(예컨대, 10분 동안 배터리(10)에 유입되는 평균 전류량이 배터리(10)의 정격용량을 100으로 나눈 값보다 작은 경우), 배터리(10)를 완전충전상태로 판단하고, 이때의 배터리(10)의 OCV값을 측정하여 OCV 최대값으로 설정한다.
OCV 초기값과 OCV 최대값의 설정이 완료되면, OCV값설정부(101)는 설정된 OCV 초기값과 OCV 최대값을 파라미터계산부(102)로 전달한다.
파라미터계산부(102)는 배터리(10)가 충전되는 동안 배터리(10)에 유입되는 전류량을 적산하고, 적산된 전류량과 OCV값설정부(101)로부터 획득한 OCV 초기값 및 OCV 최대값을 이용하여 배터리(10)의 완전충전용량을 계산하기 위한 파라미터를 계산한다.
구체적으로 파라미터계산부(102)는 배터리(10)가 기설정된 시간 이상 슬립 모드를 유지한 후 웨이크업 모드로 진입하여 충전되기 시작하는 시점부터 배터리(10)에 일정 시간 동안 유입되는 전류량이 기설정된 임계치보다 작아지는 시점까지 배터리(10)에 유입되는 전류량을 적산한다.
그리고 파라미터계산부(102)는 OCV값설정부(101)로부터 획득한 OCV 초기값과 OCV 최대값의 차이를 계산하고, 적산된 전류량에 대한 OCV 초기값과 OCV 최대값의 차의 비율을 이용하여 배터리(10)의 완전충전용량을 계산하기 위한 파라미터를 계산한다. 이를 수식으로 표현하면 수학식 1과 같다.
Figure 112014068812149-pat00001
여기서 p는 완전충전용량을 계산하기 위한 파라미터를 나타내고, OCVmax와 OCVinit는 각각 OCV 최대값과 OCV 초기값을 나타내며, dAh는 배터리(10)가 충전되는 동안 적산된 전류량을 나타낸다.
일반적으로 배터리(10)가 노화함에 따라 배터리(10)의 완전충전용량의 손실이 발생하고, 배터리(10)에 적산되는 전류량이 감소하면 배터리(10)의 OCV값의 변화량 또한 감소한다. 이와 같이 배터리(10)의 노화에 따라 감소하는 완전충전용량과 OCV값의 변화량을 도 2에 그래프로 도시하였다.
도 2는 배터리(10)의 충전용량에 따른 OCV값의 변화를 나타낸 그래프로서 가로축은 배터리(10)에 충전되는 용량(Capacity, %)을 나타내고, 세로축은 배터리(10)가 충전되는 동안 측정된 OCV값(V)을 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(10)가 노화함에 따라 배터리(10)에 충전되는 용량이 감소하고, 충전되는 용량이 감소하면 배터리(10)의 OCV값의 변화량도 감소한다. 따라서 배터리(10)가 완전히 충전될 때까지 배터리(10)에 적산된 전류량과 OCV값의 변화량을 측정함으로써 초기 정격용량으로부터 감소되는 배터리(10)의 완전충전용량을 계산할 수 있다.
파라미터계산부(102)는 전술한 방식으로 계산된 파라미터를 완전충전용량계산부(103)로 전달한다.
완전충전용량계산부(103)는 파라미터계산부(102)로부터 획득한 파라미터를 이용하여 배터리(10)의 완전충전용량을 계산한다.
구체적으로 완전충전용량계산부(103)는 파라미터계산부(102)로부터 획득한 파라미터 중에서 배터리(10)가 최초로 완전충전될 때 계산된 파라미터를 초기 파라미터로 설정하고, 이를 배터리(10)의 완전충전용량을 계산하기 위한 기준값으로 설정한다.
그리고 완전충전용량계산부(103)는 파라미터계산부(102)로부터 완전충전이 반복될 때마다 획득한 파라미터에 대한 초기 파라미터의 비율을 이용하여 배터리(10)의 완전충전용량을 계산한다. 이를 수식으로 표현하면 수학식 2와 같다.
Figure 112014068812149-pat00002
여기서 Cist는 배터리(10)의 완전충전용량을 나타내고, p는 완전충전용량을 계산하기 위한 파라미터를 나타내며, pref는 초기 파라미터를 나타낸다.
완전충전용량계산부(103)는 전술한 방식으로 계산된 배터리(10)의 완전충전용량을 배터리(10)의 상태를 모니터링하는 장치(20)로 제공한다.
배터리(10)의 상태를 모니터링하는 장치(20)는 배터리의 완전충전용량을 이용하여 배터리의 수명상태를 관리하는 ECU이거나, 운전자가 배터리의 완전충전용량을 모니터링할 수 있도록 출력하는 디스플레이일 수 있다.
도 3은 발명의 일실시예에 따른 배터리의 완전충전용량 계산 방법의 과정을 나타낸 흐름도이다.
배터리의 웨이크업 모드 진입 여부를 판단하여(S300) 이때의 배터리의 OCV값을 측정하여 OCV 초기값으로 저장하고(S310), 배터리에 유입되는 전류량의 적산을 시작한다(S320).
구체적으로는 배터리가 기설정된 시간 이상 슬립 모드를 유지한 후 웨이크업 모드로 진입하여 충전될 때 배터리의 OCV값을 측정하여 OCV 초기값으로 설정한다. 여기서 배터리의 슬립 모드 진입을 판단하기 위하여 배터리의 암전류 및 통신상태를 확인하고, 배터리의 암전류가 기설정된 임계치 이하로 측정되며 배터리와의 유무선 통신이 오프(Off)되면 배터리가 슬립 모드로 진입한 것으로 판단한다.
이후 배터리에 배터리에 일정 시간 동안 유입되는 전류량이 기설정된 임계치보다 작아져 배터리가 완전충전되었다고 판단되면(S330) 배터리에 유입된 전류량의 적산을 종료하고, 이때의 배터리의 OCV값을 측정하여 OCV 최대값을 저장한다(S340).
OCV 초기값과 OCV 최대값의 차이를 계산하고, 적산된 전류량에 대한 OCV 초기값과 OCV 최대값의 차의 비율을 이용하여 배터리의 완전충전용량을 계산하기 위한 파라미터를 전술한 수학식 1에 따라 계산한다(S350).
계산된 파라미터 중에서 배터리가 최초로 완전충전될 때 계산된 파라미터를 초기 파라미터로 설정하고, 이를 배터리의 완전충전용량을 계산하기 위한 기준값으로 설정한다.
그리고 완전충전이 반복될 때마다 획득한 파라미터에 대한 초기 파라미터의 비율을 이용하여 배터리의 완전충전용량을 전술학 수학식 2에 따라 계산하고(S360), 배터리의 완전충전용량의 계산이 종료되면 적산된 전류량 값을 초기화한다(S370).
본 발명은 배터리의 수명상태(SOH, State Of Health)를 모니터링하기 위해 이용되는 배터리에 충전 가능한 완전충전용량을 계산하기 위한 장치 및 그 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면 종래와 비교하여 배터리가 완전방전될 필요 없이 완전충전 조건만 만족하면 배터리의 완전충전용량을 계산함으로써 완전방전되지 않고 잔존용량이 남아 있는 상태에서 계산된 완전충전용량보다 정확한 결과값을 제공하는 이점이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 웨이크업 모드 진입 시의 배터리의 OCV(Open Circuit Voltage) 값을 OCV 초기값으로 설정하고, 완전충전상태의 상기 배터리의 OCV값을 OCV 최대값으로 설정하는 OCV값설정부;
    상기 배터리가 충전되는 동안 상기 배터리에 유입되는 전류량을 적산하고, 상기 배터리가 완전충전되면 상기 적산된 전류량, 상기 OCV 초기값 및 상기 OCV 최대값을 이용하여 상기 배터리의 완전충전용량을 계산하기 위한 파라미터를 계산하는 파라미터계산부; 및
    상기 파라미터를 이용하여 상기 배터리의 완전충전용량을 계산하는 완전충전용량계산부를 포함하되,
    상기 OCV값설정부는
    상기 배터리가 슬립 모드를 기설정된 시간 이상 유지한 후 상기 웨이크업 모드로 진입할 때 상기 OCV 초기값을 설정하며,
    상기 배터리의 암전류가 기설정된 임계치 이하이며 상기 배터리와의 유무선 통신이 오프되면 상기 배터리를 슬립 모드로 판단하는 것인 배터리의 완전충전용량 계산 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 파라미터계산부는
    상기 적산된 전류량에 대한 상기 OCV 최대값과 상기 OCV 초기값의 차의 비율을 이용하여 상기 파라미터를 계산하는 것
    인 배터리의 완전충전용량 계산 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 파라미터계산부는
    상기 배터리에 유입되는 평균 전류량과 상기 배터리의 정격용량을 비교하여 상기 배터리의 완전충전 여부를 판단하는 것
    인 배터리의 완전충전용량 계산 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 완전충전용량계산부는
    상기 배터리가 최초로 완전충전될 때 계산된 파라미터를 기준값으로 이용하여 상기 배터리의 완전충전용량을 계산하는 것
    인 배터리의 완전충전용량 계산 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 웨이크업 모드 진입 시의 배터리의 OCV값을 OCV 초기값으로 설정하고, 완전충전상태의 상기 배터리의 OCV값을 OCV 최대값으로 설정하는 단계;
    상기 배터리가 충전되는 동안 상기 배터리에 유입되는 전류량을 적산하는 단계;
    상기 배터리가 완전충전되면 상기 적산된 전류량, 상기 OCV 초기값 및 상기 OCV 최대값을 이용하여 상기 배터리의 완전충전용량을 계산하기 위한 파라미터를 계산하는 단계; 및
    상기 파라미터를 이용하여 상기 배터리의 완전충전용량을 계산하는 단계를 포함하되,
    상기 설정하는 단계는,
    상기 배터리가 슬립 모드를 기설정된 시간 이상 유지한 후 상기 웨이크업 모드로 진입할 때 상기 OCV 초기값을 설정하며,
    상기 배터리의 암전류가 기설정된 임계치 이하이며 상기 배터리와의 유무선 통신이 오프되면 상기 배터리를 슬립 모드로 판단하는 것인
    배터리의 완전충전용량 계산 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 완전충전상태의 상기 배터리의 OCV값을 OCV 최대값으로 설정하는 단계는
    상기 배터리가 최초로 완전충전될 때 계산된 파라미터를 상기 완전충전용량을 계산하기 위한 기준값으로 설정하는 단계를 포함하는 것
    인 배터리의 완전충전용량 계산 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 파라미터를 이용하여 상기 배터리의 완전충전용량을 계산하는 단계는
    상기 파라미터에 대한 상기 배터리가 최초로 완전충전될 때 계산된 파라미터의 비율을 이용하여 상기 완전충전용량을 계산하는 것
    인 배터리의 완전충전용량 계산 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 배터리의 완전충전용량을 상기 배터리의 수명상태를 모니터링하는 장치로 제공하는 단계
    를 더 포함하는 배터리의 완전충전용량 계산 방법.
KR1020140092541A 2014-07-22 2014-07-22 배터리의 완전충전용량 계산 장치 및 방법 KR102192254B1 (ko)

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