KR102250295B1 - 배터리의 위치 교환 판단 방법 - Google Patents

배터리의 위치 교환 판단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수 개가 직렬로 연결된 배터리에서 각각의 배터리의 내부 저항을 측정하고, 측정된 내부 저항을 이용하여 배터리의 노화 가혹도를 산출하며 산출된 노화 가혹도에 따른 배터리 위치 교환 시점을 판단할 수 있는 배터리의 위치 교환 판단 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 위치 교환 판단 방법은 직렬로 연결된 배터리의 내부저항을 측정하는 단계, 상기 측정된 내부저항을 기준으로 내부저항 상승률에 대응하는 노화 가혹도를 산출하는 단계 및 상기 노화 가혹도를 이용하여 배터리의 위치 교환 시점을 판단하는 단계를 포함한다.

Description

배터리의 위치 교환 판단 방법{Method for deciding to exchange position of battery}
본 발명은 배터리의 위치 교환 판단 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 간 위치를 교환하여 배터리 간의 노화도의 편차를 줄이는 기술에 관한 것이다.
다양한 종류의 친환경 차량을 개발 중이며, 주목 받는 친환경 차량으로는 전기 차량을 들 수 있다.
전기 차량은 배터리 팩의 충전 및 방전 에너지를 이용하여 차량을 구동시키기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 감소시킬 수 있다는 점에서 소비자들에게 좋은 반응을 얻고 있다.
이에 따라 전기 차량의 핵심 부품인 배터리에 보다 많은 관심과 연구가 집중되고 있다.
이와 같이 배터리를 이용한 제품들이 증가함에 따라 배터리의 안전성에 대한 문제가 중요해지고 있다. 더욱이, 전기 차량의 경우, 이차 전지인 다수의 배터리 셀이 하나의 팩을 구성하고, 또한 다수의 팩이 하나의 대용량 배터리를 구성한다는 점에서 일반 휴대용 전기 제품보다 배터리를 안전하게 유지하는 것이 중요하다.
특히, 배터리를 구성하는 배터리 셀의 노화나 배터리 셀 간의 연결에서의 저항이 발생하게 된다. 이러한 저항이 증가하면 배터리에 열이 발생하여 배터리 내부 회로나 배터리 자체를 손상시키는 원이 될 수 있다.
특히, 배터리가 직렬로 연결된 상용 차량에서는 각각의 배터리 간의 노화도의 편차로 인하여 배터리의 폭발 또는 화재를 일으키는 원인이 되고 있다.
[특허문헌]한국등록특허 제10-1551062호.
본 발명은 복수 개가 직렬로 연결된 배터리에서 각각의 배터리의 내부 저항을 측정하고, 측정된 내부 저항을 이용하여 배터리의 노화 가혹도를 산출하며 산출된 노화 가혹도에 따른 배터리 위치 교환 시점을 판단할 수 있는 배터리의 위치 교환 판단 방법을 제공한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 위치 교환 판단 방법은 직렬로 연결된 배터리의 내부저항을 측정하는 단계, 상기 측정된 내부저항을 기준으로 내부저항 상승률에 대응하는 노화 가혹도를 산출하는 단계 및 상기 노화 가혹도를 이용하여 배터리의 위치 교환 시점을 판단하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 노화 가혹도를 산출하는 단계는 상기 내부저항 상승률의 수명 종료 기준과 상기 차량의 주행 거리를 이용하여 노화 가혹도를 산출할 수 있다.
또한, 상기 내부저항 상승률은 현재 측정한 내부저항을 최초 측정한 내부저항으로 나누어 계산될 수 있다.
또한, 상기 배터리의 각각의 위치에 대응하는 수명 종료 기준까지 주행 가능한 거리를 연산할 수 있다.
또한, 상기 직렬로 연결된 배터리의 내부저항을 측정하는 단계는, 배터리 센서가 각각의 상기 배터리의 전압 및 전류를 모니터링하여 내부저항을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
본 기술은 복수 개가 직렬로 연결된 배터리의 위치 교환 시점을 판단하여 각각의 배터리의 노화도의 편차를 줄일 수 있는 기술이다.
아울러, 본 기술은 배터리의 노화도 편차를 줄임으로써 배터리 폭발 등의 안전 사고를 방지할 수 있고, 배터리의 교환 주기를 증가시킬 수 있는 기술이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 위치 교환 판단 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 센서를 이용하여 내부 저항을 모니터링 하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 노화 가혹도를 산출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 위치 교환 시점을 설명하는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 본 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나. 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미 한정이나 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
본 명세서에서 '및/또는'이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, '연결되는/결합되는'이란 표현은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 '포함한다' 또는 '포함하는'으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및 소자의 존재 또는 추가를 의미한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 위치 교환 판단 방법은 BMS(Battery Management System), 배터리 센서 또는 차량의 제어부에서 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 위치 교환 판단 방법을 설명하는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 센서는 각각의 배터리(예를 들어, 제 1 배터리 및 제 2 배터리의 직렬구조)의 내부저항을 실시간으로 모니터링한다(S11).
즉, 배터리에 구비된 배터리 센서는 각각의 배터리의 전압 및 전류를 모니터링하여 내부저항을 측정할 수 있다.
다음에는, 배터리 센서는 측정된 내부저항을 기준으로 커브 피팅(Curve Fitting)을 실시하여 배터리의 내부 저항 상승률의 수명 종료 기준과 차량의 주행거리를 이용하여 노화 가혹도를 산출한다(S13~S15).
구체적으로, 배터리 센서는 측정된 내부저항을 기준으로 커브 피팅(Curve Fitting)을 실시하여 각각의 배터리의 위치에 대응하는 노화 가혹도를 산출하며, 각각의 배터리의 위치에 대응하는 노화 가혹도를 산출하는 구체적인 방법은 도 3에서 자세하게 설명한다.
다음에는, 산출된 배터리의 노화 가혹도를 이용하여 배터리의 위치 교환 시점을 판단한다(S17). 이러한 산출된 배터리의 노화 가혹도를 이용하여 배터리의 위치 교환 시점을 판단하는 구체적인 방법은 도 4에서 자세하게 설명한다.
다음으로, 배터리의 위치 교환 시점을 운전자 또는 사용자에게 표시장치를 이용하여 알린다(S19).
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 센서를 이용하여 내부 저항을 모니터링 하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 배터리 센서(10)는 제 1 배터리(20) 및 제 2 배터리(30)가 직렬로 연결된 구조의 내부저항을 실시간으로 모니터링한다.
즉, 배터리에 구비된 배터리 센서(10)는 제 1 배터리(20) 및 제 2 배터리(30)의 각각의 전압 및 전류를 모니터링하여 내부저항을 측정할 수 있고, 제 1 배터리(20) 및 제 2 배터리(30)의 주행거리에 따른 내부저항을 측정하고 저장한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 노화 가혹도를 산출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 배터리 센서가 제 1 배터리 및 제 2 배터리의 주행거리 별 내부저항을 측정하면, 측정된 내부저항 상승률에 대한 방정식으로 나타낼 수 있고, 이러한 방정식을 이용하여 배터리의 노화 가혹도(a)를 산출한다.
이때, 내부저항 상승률은 현재 측정한 내부저항을 최초 측정한 내부저항으로 나누어 계산되며, 배터리의 수명 종료 기준에 도달하는 내부저항 상승률 z%가 수명 종료 기준점이 될 수 있다.
여기서, 내부저항 상승률에 대한 그래프에서 X축은 주행거리(km)를 나타내고, Y축은 내부저항 상승률(%)를 나타내며, Y축에서 내부저항 상승률 Z%는 배터리의 수명 종료 기준(시점)이다.
아울러, t1 및 t2는 각각의 배터리가 수명 종료 기준에 도달하기 전까지 차량이 주행 가능한 거리이며, t1은 제 2 배터리가 수명 종료 기준에 도달하기 위한 차량의 주행 거리를 나타내고, t2는 제 1 배터리가 수명 종료 기준에 도달하기 위한 차량의 주행 거리를 나타낸다.
즉, 차량의 주행 가능한 거리와 수명 종료 기준과 대비하여 보면, 동일한 수명 종료 기준에서 제 2 배터리가 구비된 차량의 주행 가능한 거리가 제 1 배터리가 구비된 차량의 주행 가능한 거리보다 짧기 때문에 노화 가혹도(a)가 더 큰 위치에 있다라고 판단할 수 있다.
구체적으로, 배터리의 위치에 따른 배터리의 내부저항(y)은 하기의 수학식 1과 같이 배터리의 내부저항 상승률 방정식으로 나타낼 수 있으며, 제 1 배터리 및 제 2 배터리의 위치에 대한 내부저항(y)은 각각 하기의 수학식 2 및 수학식 3과 같이 내부저항 상승률 방정식으로 나타낼 수 있다.
여기서, A 및 B 는 배터리 상수이고, t^B는 tB를 의미하며, a는 노화 가혹도를 나타낸다.
아울러, 배터리의 노화 가혹도(a)는 하기의 수학식 4와 같이 각각의 배터리 위치에 따른 배터리의 수명 종료 기준(예를 들어, 배터리의 내부저항 상승률의 Z%)에 도달하기 위한 주행 거리를 이용하여 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
y=A X (t^B)
[수학식 2]
y=A1 X (t2^B1)
[수학식 3]
y= A2 x (t1^B2)
[수학식 4]
a= t2/t1
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 위치 교환 시점을 설명하는 도면이다.
도 4의 (i) 및 (ii)를 참조하면, 직렬 연결된 제 1 배터리 및 제 2 배터리에서, 제 1 배터리의 상대적인 제 2 배터리의 노화 가혹도(a)에 따른 제 1 배터리 및 제 2 배터리의 내부저항 상승률을 비교할 수 있다.
여기서, Z는 제 1 배터리의 수명 시작 시점에서부터 수명 종료 시점(기준)까지의 내부저항 상승률이고, Z1은 제 1 배터리의 수명 시작 시점에서부터 위치 교환 시점까지의 내부저항 상승률이며, Z2는 제 1 배터리의 위치 교환 시점에서부터 수명 종료 시점까지의 내부저항 상승률이다.
여기서, 제 1 배터리를 기준으로 제 2 배터리의 내부저항 상승률은 상대적으로 계산되고, 제 2 배터리를 기준으로 제 1 배터리의 내부저항 상승률은 상대적으로 계산될 수 있다.
예를 들어, 도 4의 (i) 및 (ii)의 배터리의 수명 시작 시점에서부터 위치 교환 시점까지의 내부 저항 상승률을 보면, 제 1 배터리가 덜 가혹한 위치에 있고, 제 2 배터리가 더 가혹한 위치에 있다고 판단될 수 있다.
즉, 제 1 배터리와 제 2 배터리 간의 위치 교환 시점은 각각 제 1 배터리의 내부저항 상승률(Z1)과 제 2 배터리의 내부저항 상승률(a X Z1)을 비교할 수 있다.
즉, 제 1 배터리와 제 2 배터리 간의 위치가 교환되면, 제 1 배터리는 더 가혹한 위치로 변경될 수 있고, 제 2 배터리는 덜 가혹한 위치로 변경될 수 있다.
다음으로, 제 1 배터리의 위치 교환 시점부터 수명 종료 시점까지 제 1 배터리의 내부저항 상승률(Z2)과 제 2 배터리의 위치 교환 시점부터 수명 종료 시점까지 내부저항 상승률(Z2/a)을 비교할 수 있다.
여기서, 제 1 배터리 및 제 2 배터리의 수명 종료 시점에서 제 1 배터리 및 제 2 배터리의 내부 저항 상승률을 일치시키기 위해서는 Z1 + Z2 = aZ1 + Z2/a의 방정식으로 나타낼 수 있다.
즉, 제 1 배터리의 위치 교환 시점부터 수명 종료 시점까지 제 1 배터리의 내부저항 상승률(Z2)는 제 2 배터리의 수명 시작 시점부터 위치 교환 시점까지 제 2 배터리의 내부저항 상승률(aZ1)이 된다.
다음으로, 제 1 배터리의 수명 시작 시점부터 수명 종료 시점까지의 내부저항 상승률(Z)은 Z1 + Z2이므로, 상기 결과를 이용하면 Z1 + aZ1 = Z가 된다.
따라서, Z1 이 Z/(a+1)이 되는 시점에서 배터리의 위치 교환을 한다면, 배터리의 수명 종료 시점까지 제 1 배터리 및 제 2 배터리는 서로 동일하게 노화됨으로써, 배터리의 내구성을 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 기술은 복수 개가 직렬로 연결된 배터리의 위치 교환 시점을 판단하여 각각의 배터리의 노화도의 편차를 줄일 수 있는 기술이다.
아울러, 본 기술은 배터리의 노화도 편차를 줄임으로써 배터리 폭발 등의 안전 사고를 방지할 수 있고, 배터리의 교환 주기를 증가시킬 수 있는 기술이다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 구성과 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

Claims (5)

  1. 직렬로 연결된 배터리의 내부저항을 측정하는 단계;
    상기 측정된 내부저항을 기준으로 내부저항 상승률에 대응하는 노화 가혹도를 산출하는 단계; 및
    상기 노화 가혹도를 이용하여 상기 배터리의 수명 종료 시점까지 상기 배터리가 동일하게 노화되도록 하는 상기 배터리의 위치 교환 시점을 판단하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리의 위치 교환 판단 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 노화 가혹도를 산출하는 단계는,
    상기 내부저항 상승률의 수명 종료 기준과 상기 차량의 주행 거리를 이용하여 노화 가혹도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리의 위치 교환 판단 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부저항 상승률은 현재 측정한 내부저항을 최초 측정한 내부저항으로 나누어 계산되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리의 위치 교환 판단 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리의 각각의 위치에 대응하는 수명 종료 기준까지 주행 가능한 거리를 연산하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리의 위치 교환 판단 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 직렬로 연결된 배터리의 내부저항을 측정하는 단계는,
    배터리 센서가 각각의 상기 배터리의 전압 및 전류를 모니터링하여 내부저항을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리의 위치 교환 판단 방법.
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