KR102512981B1 - 차량, 배터리 열화도 측정 장치 및 상기 차량의 배터리의 열화도 측정 방법 - Google Patents

차량, 배터리 열화도 측정 장치 및 상기 차량의 배터리의 열화도 측정 방법 Download PDF

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Abstract

차량, 배터리 열화도 측정 장치 및 상기 차량의 배터리의 열화도 측정 방법에 관한 것으로, 차량은 배터리, 차량이 동작을 종료하는 시점에서 상기 배터리의 제1 전압을 측정하고 상기 배터리의 전류를 측정하고, 미리 정의된 시간이 경과된 후 상기 배터리의 제2 전압을 측정하는 측정부 및 상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이와, 상기 전류를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

차량, 배터리 열화도 측정 장치 및 상기 차량의 배터리의 열화도 측정 방법{VEHICLE, APPARATUS FOR MEASURING OF DETERIORATION OF BATTERY AND METHOD THEREOF}
차량, 배터리 열화도 측정 장치 및 상기 차량의 배터리의 열화도 측정 방법에 관한 것이다.
차량은 지면 위를 주행하여 이동 가능한 장치를 의미한다. 통상적으로 차량은, 차체에 설치된 하나 이상의 차륜의 회전 구동에 의해 이동 가능하게 마련된다. 이와 같은 차량으로는, 예를 들어, 삼륜 또는 사륜 자동차나, 모터사이클 등의 이륜 자동차나, 건설 기계나, 이동 가능하게 마련된 로봇이나, 자전거나 또는 선로 상에 배치된 레일 위에서 주행하는 열차 등이 있다.
종래의 차량은, 도로나 선로를 주행하기 위해 가솔린이나 디젤과 같은 화석 연료를 연소시켜 열 에너지를 획득하고, 열 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 차륜 회전에 필요한 동력을 획득하는 것이 일반적이었다. 근자에는, 차량은, 화석 연료의 연소가 아닌 차량 내에 배터리에 충전된 전기 에너지를 이용하여 차륜의 회전에 필요한 동력을 얻을 수도 있다. 보통 전기 에너지를 이용하여 동력을 획득하는 차량을 전기 자동차라고 한다.
이러한 전기 자동차로는, 예를 들어, 오직 전기 에너지만을 이용하여 동력을 획득하는 통상적인 전기 자동차(EV, Electric Vehicle)나, 화석 연료의 연소에 따른 열 에너지와 전기 에너지 양자를 모두 이용하여 동력을 획득하는 하이브리드 전기 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle)나, 또는 화석 연료의 연소에 따른 열 에너지와 전기 에너지 양자를 모두 이용하되 외부에서 전기 에너지를 공급받아 내장된 배터리에 충전 가능한 플러그-인 하이브리드 전기 자동차(PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등이 있다.
차량 주행이 종료된 이후 차량에 설치된 배터리의 열화도를 측정할 수 있는 차량, 배터리 열화도 측정 장치 및 상기 차량의 배터리의 열화도 측정 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 차량, 배터리 열화도 측정 장치 및 상기 차량의 배터리의 열화도 측정 방법이 제공된다.
차량은, 배터리, 차량이 동작을 종료하는 시점에서 상기 배터리의 제1 전압을 측정하고, 미리 정의된 시간이 경과된 후 상기 배터리의 제2 전압을 측정하는 측정부 및 상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이를 이용하여 상기 배터리의 열화도를 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 측정부는 차량이 동작을 종료하는 시점에서 상기 배터리의 전류를 측정하고, 상기 제어부는 상기 전류를 더 이용하여 상기 배터리의 열화도를 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리의 전류가 미리 정의된 값보다 큰 경우에 상기 배터리의 열화도를 결정할 수 있다.
상기 측정부는 일정 시간 동안 상기 배터리의 전류를 측정하고, 상기 제어부는 상기 일정 시간 동안 측정된 배터리의 전류의 평균을 연산하거나 또는 상기 평균에 미리 정의된 값을 부가하거나 차감한 전류의 보정된 평균을 획득할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전류의 평균 또는 상기 보정된 평균과, 상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이를 이용하여 상기 배터리의 열화도를 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전류의 평균 또는 상기 보정된 평균이 미리 정의된 값보다 큰 경우에 상기 배터리의 열화도를 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 제1 전압 및 제2 전압의 차이를 상기 전류로 나누어 저항 성분의 값을 연산할 수 있다.
차량은, 저항 성분의 값에 대응하는 열화도에 대한 정보를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 저장부에 저장된 상기 저항 성분의 값에 대응하는 열화도에 대한 정보를 이용하여 상기 배터리의 열화도를 결정할 수 있다.
상기 저항 성분의 값에 대응하는 열화도에 대한 정보는, 상기 저항 성분이 증가할수록 상기 배터리의 열화도가 증가하도록 정의된 것일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 차량이 동작을 종료하면 대기 상태에 진입하고, 상기 미리 정의된 시간 또는 이에 근사한 시간에 기상 상태로 진입할 수 있다.
차량은, 상기 차량의 구동력을 생성하는 엔진 및 상기 배터리로부터 전력을 공급받고, 상기 엔진과 더불어 또는 상기 엔진과 별도로 상기 차량의 구동력을 생성하는 모터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
차량의 배터리의 열화도 측정 방법은, 차량이 동작을 종료하는 시점에서 배터리의 제1 전압을 측정하는 단계, 미리 정의된 시간이 경과된 후 상기 배터리의 제2 전압을 측정하는 단계 및 상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
차량의 배터리의 열화도 측정 방법은, 차량이 동작을 종료하는 시점에서 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계는, 상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이와, 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
차량의 배터리의 열화도 측정 방법은, 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 미리 정의된 값과 비교하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이와, 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계는, 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류가 미리 정의된 값보다 큰 경우에, 상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이와, 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 측정하는 단계는, 상기 측정부는 일정 시간 동안 상기 배터리의 전류를 측정하는 단계를 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이와, 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계는, 상기 일정 시간 동안 측정된 배터리의 전류의 평균을 연산하거나 또는 상기 평균에 미리 정의된 값을 부가하거나 차감한 전류의 보정된 평균을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이와, 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계는, 상기 전류의 평균 또는 상기 보정된 평균을 미리 정의된 값과 비교하는 단계 및 상기 전류의 평균 또는 상기 보정된 평균을 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이와, 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계는, 제1 전압 및 제2 전압의 차이를 상기 전류로 나누어 저항 성분의 값을 연산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이와, 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계는, 저장부에 저장된 상기 저항 성분의 값에 대응하는 열화도에 대한 정보를 이용하여 상기 배터리의 열화도를 결정하되, 상기 저장부는 저항 성분의 값에 대응하는 열화도에 대한 정보를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 저항 성분의 값에 대응하는 열화도에 대한 정보는, 상기 저항 성분이 증가할수록 상기 배터리의 열화도가 증가하도록 정의된 것일 수 있다.
차량의 배터리의 열화도 측정 방법은, 상기 차량이 동작을 종료하면 상기 열화도를 결정하는 제어부가 대기 상태에 진입하는 단계 및 상기 제어부가 상기 미리 정의된 시간 또는 이에 근사한 시간에 기상 상태로 진입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
배터리 열화도 측정 장치는, 제1 시점에서의 배터리의 제1 전압 및 전류를 측정하고, 미리 정의된 시간이 경과된 제2 시점에서의 상기 배터리의 제2 전압을 측정하는 측정부 및 상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이와, 상기 전류를 이용하여 상기 배터리의 열화도를 결정하는 제어부를 포함하되, 상기 제1 시점은 소정의 부품에 대한 배터리의 전력 인가가 차단된 시점을 포함할 수 있다.
상술한 차량, 배터리 열화도 측정 장치 및 상기 차량의 배터리의 열화도 측정 방법에 의하면, 차량의 주행이 종료된 이후에 차량에 설치된 배터리의 열화도를 측정할 수 있게 된다.
상술한 차량, 배터리 열화도 측정 장치 및 상기 차량의 배터리의 열화도 측정 방법에 의하면, 배터리의 충전 시점 또는 배터리가 만충된 상태가 아니라 차량 주행이 종료된 시점에서 배터리의 열화도를 측정할 수 있게 되므로, 상대적으로 충전 횟수가 적은 하이브리드 전기 자동차나 플러그-인 하이브리드 전기 자동차 등에 있어서, 설치된 배터리의 열화도를 더 높은 신뢰도로 연산 및 측정할 수 있게 된다.
상술한 차량, 배터리 열화도 측정 장치 및 상기 차량의 배터리의 열화도 측정 방법에 의하면, 주행 완료 후마다 열화도 측정 또는 예측이 가능하기 때문에 배터리의 열화도 연산의 빈도수가 증대하고, 이에 따라 보다 정확하게 배터리의 열화도를 연산할 수 있게 된다.
상술한 차량, 배터리 열화도 측정 장치 및 상기 차량의 배터리의 열화도 측정 방법에 의하면, 신뢰성 높은 정확한 열화도를 이용하여 주행 가능 거리(DTE, Distance To Empty) 또는 가용 에너지를 보다 적절하게 연산할 수 있게 되어 사용자에게 보다 정확한 정보를 제공할 수 있게 되고, 아울러 차량(일례로 플러그-인 하이브리드 전기 자동차)의 주행 시 배터리의 과방전/과충전을 방지할 수도 있게 된다.
도 1은 차량의 일 실시예에 대한 사시도이다.
도 2는 차량의 일 실시예에 대한 제어블록도이다.
도 3은 저항 성분 및 열화도 사이의 관계 테이블의 일례를 도시한 도표이다.
도 4는 제어부의 동작의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 전압 차와 열화도 사이의 관계의 일례를 도시한 그래프이다.
도 6은 차량의 배터리의 열화도 측정 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
이하 명세서 전체에서 동일 참조 부호는 특별한 사정이 없는 한 동일 구성요소를 지칭한다. 이하에서 사용되는 '부'가 부가된 용어는, 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예에 따라 '부'가 하나의 부품으로 구현되거나, 하나의 '부'가 복수의 부품들로 구현되는 것도 가능하다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 어떤 부분과 다른 부분에 따라서 물리적 연결을 의미할 수도 있고, 또는 전기적으로 연결된 것을 의미할 수도 있다.
또한, 어떤 부분이 다른 부분을 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분 이외의 또 다른 부분을 제외하는 것이 아니며, 설계자의 선택에 따라서 또 다른 부분을 더 포함할 수 있음을 의미한다.
또한, 제 1 이나 제 2 등의 용어는 하나의 부분을 다른 부분으로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 특별한 기재가 없는 이상 이들이 순차적인 표현을 의미하는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
이하 도 1 내지 도 5를 참조하여 배터리 열화도 측정 장치 및 배터리 열화도 측정 장치가 설치된 일례로 차량의 일 실시예에 대해서 설명하도록 한다.
도 1은 차량의 일 실시예에 대한 사시도이고, 도 2는 차량의 일 실시예에 대한 제어블록도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바를 참조하면, 차량(100)은 전력 입력부(99), 모터(101), 차륜(103), 배터리 열화도 측정 장치(110), 저장부(120) 및 배터리(130)를 포함할 수 있으며, 필요에 따라 엔진(102)을 더 포함할 수도 있다.
차량(100)은, 지면을 주행할 수 있도록 차륜(103)이 회동 가능하게 설치된 장치 또는 장비를 포함하며, 예를 들어, 이륜, 삼륜 또는 사륜 자동차나, 건설 기계나, 이동 가능한 로봇이나, 자전거나, 또는 전력에 의해 동작하는 열차 중 적어도 하나일 수 있다.
전력 입력부(99)는, 외부의 전원(일례로 완속 충전기 또는 급속 충전기 등)과 연결되어 차량(100)에 필요한 전력을 수신하고, 수신한 전력을 배터리(130)로 전달할 수 있다. 전력 입력부(99)는, 예를 들어, 차량(100)의 외면의 일부에 설치되고 외부의 충전 케이블에 마련된 커넥터가 장착 또는 이탈 가능하게 마련된 연결 단자(98)를 포함할 수 있다. 연결 단자(98)는 차체(105) 외면에 형성된 홈(98a)의 내측에 설치될 수 있으며, 홈(98a)의 주변에 회동 가능하게 설치된 덮개(98b)에 의해 외부에 노출되거나 또는 노출되지 않도록 마련될 수 있다.
모터(101)는, 차량(100)의 구동력을 획득할 수 있도록 마련된다. 구체적으로 모터(101)는 차량(100)에 마련된 차륜(103)에 구동력을 인가함으로써, 차량(100)의 이동에 필요한 동력을 획득할 수 있도록 마련된다. 예를 들어, 모터(101)는 배터리(130)로부터 전력을 공급 받고, 공급 받은 전력에 회전력을 획득하고 획득한 회전력을 차륜(103)에 전달할 수 있다. 이에 따라, 차륜(103)은 회동하여 차량(100)을 이동시킨다. 모터(101)는, 차량(100)의 엔진 룸(104)의 내측에 마련될 수도 있으나, 이는 예시적인 것이다. 설계자의 선택에 따라 모터(101)는 차량(100)의 후방에 설치될 수도 있다. 또한, 이외에도 모터(101)는 차량(100) 내부의 다양한 위치에 설치될 수 있다.
엔진(102)은 차량(100)의 구동력을 획득할 수 있다. 예를 들어, 엔진(102)은 가솔린이나 디젤과 같은 화석 연료를 연소시켜 동력을 획득하고, 획득한 동력을 차륜(103)에 전달하여 차륜(103)이 회전하도록 할 수 있다.
만약 차량(100)이 하이브리드 전기 자동차(HEV)나 플러그-인 하이브리드 전기 자동차(PHEV)인 경우 차량(100)은 모터(101)와 엔진(102)을 모두 포함할 수 있으며, 차량(100)은 모터(101) 및 엔진(102) 중 적어도 하나의 동작에 따라 구동력을 획득하게 된다. 만약 차량(100)이 통상적인 전기 자동차(EV)인 경우, 엔진(102)은 생략될 수 있으며, 이 경우, 차량(100)은 모터(101)만의 동작에 의해 구동력을 획득하게 된다.
일 실시예에 의하면, 모터(101) 및 엔진(102) 중 적어도 하나는, 동작이 중단된 경우, 동작 중단에 대응하는 전기적 신호를 출력하여 배터리 열화도 측정 장치(110)로 전달할 수도 있다. 이에 따라, 배터리 열화도 측정 장치(110)의 제어부(111), 측정부(113) 및/또는 클락(115)은 차량(100)의 동작이 중단되었는지 여부에 대한 정보를 획득할 수 있게 되고, 및/또는 차량(100)의 동작이 중단된 시점에 대한 정보를 획득할 수 있게 된다.
배터리 열화도 측정 장치(110)는, 차량(100)에 내부에 설치되며, 예를 들어, 엔진 룸(104)와 대시보드(미도시) 사이에 설치될 수 있다. 그러나, 설계자에 따라서 차량(100) 내의 여러 위치 중 적어도 하나(예를 들어, 대시보드의 센터페시아 주변이나 기어 박스 주변 등)가 배터리 열화도 측정 장치(110)의 설치 위치로 선택될 수 있다.
배터리 열화도 측정 장치(110)는, 모터(101), 스위치(101a), 엔진(102), 저장부(120) 및/또는 배터리(130)와 상호 데이터를 송수신할 수 있도록 마련된다. 배터리 열화도 측정 장치(110)는, 이들(101, 101a, 102, 120, 130) 중 적어도 하나로부터 전달된 데이터를 기반으로 배터리(130)의 열화도를 측정할 수 있다. 배터리(130)의 열화도는 배터리(130)가 얼마나 손상되었는지 여부를 수치적으로 표현한 것이다. 배터리(130)의 열화도가 높을수록 배터리(130)의 충전 및 방전 효율이 낮아지고 수명이 단축된다.
배터리 열화도 측정 장치(110)는, 예를 들어, 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)을 채용하여 구현될 수도 있고, 배터리 관리 시스템 이외의 다른 장치, 일례로 차량에 설치된 내비게이션 장치의 중앙 처리 장치나 차량에 내장된 전자 제어 장치 등에 의해 구현될 수도 있으며, 또한 배터리 열화도 측정을 위해 별도로 특별히 설계 및 제작된 장치를 이용하여 구현된 것일 수도 있다.
배터리 열화도 측정 장치(110)는, 일 실시예에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이 제어부(111)와, 측정부(113)와, 클락(115)을 포함할 수 있다. 도 2에서는 제어부(111)와, 측정부(113)와, 클락(115)를 각각 별도로 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이다. 제어부(111)와, 측정부(113)와, 클락(115)은 서로 물리적으로 분리되어 구현될 수도 있고, 또는 이들(111, 113, 115) 중 적어도 둘은 물리적으로 분리되지 않도록 구현될 수도 있다. 실시예에 따라서, 제어부(111)와, 측정부(113)와, 클락(115)은 하나의 회로, 회로 소자 및/또는 반도체 칩을 이용하여 구현될 수도 있으며, 각각 별도의 회로 회로 소자 및/또는 반도체 칩을 이용하여 구현될 수도 있다.
제어부(111)는, 측정부(113)에 의해 측정된 전압(V1, V2) 및 전류(I)를 이용하여 배터리(130)의 열화도를 추정 및 결정할 수 있다.
제어부(111)는 배터리(130)에 의해 동작에 필요한 전력을 공급받을 수도 있고, 및/또는 배터리(130)와 별도로 마련된 다른 배터리로부터 전력을 공급받을 수도 있다. 여기서, 다른 배터리는 통상 차량의 각종 전장 부품에 전력을 공급하는 저전압 배터리를 포함할 수 있다.
또한, 제어부(111)는 차량(100)의 동작이 종료되는 시점 또는 그 이후 일정한 시간 이후에는 대기 상태 또는 동작 종료 상태가 될 수 있다. 대기 상태는 제어부(111)가 명령 인가 시 즉시 동작을 재개할 수 있도록 최소한의 동작(일례로 명령 수신 대기 동작)만을 수행할 수 있는 상태를 의미하고, 동작 종료 상태는 제어부(111)가 동작을 완전히 종료한 상태를 의미한다. 대기 상태에서는 제어부(111)에는 최소한의 전력만이 공급되고, 동작 종료 상태에서는 제어부(111)에는 전력이 거의 공급되지 않을 수 있다.
또한, 제어부(111)는 필요에 따라서 차량(100)의 전반적인 동작을 제어하도록 마련된 것일 수도 있다.
제어부(111)는, 실시예에 따라서, 중앙 처리 장치(CPU, Central Processing Unit), 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU, Micro Controller Unit), 마이컴(Micom, Micro Processor), 애플리케이션 프로세서(AP, Application Processor), 전자 제어 유닛(ECU, Electronic Controlling Unit) 및/또는 각종 연산 처리 및 제어 신호의 생성이 가능한 다른 전자 장치 등을 포함할 수 있다. 이들 장치는 예를 들어 하나 또는 둘 이상의 반도체 칩 및 관련 부품을 이용하여 구현 가능하다.
제어부(111)의 구체적인 동작에 대해선 후술한다.
측정부(113)는 배터리(130)의 전압(V1, V2)을 측정하고, 측정 결과를 출력하여 제어부(111) 및 저장부(120) 중 적어도 하나로 전달할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 측정부(113)는 복수의 시점에서 전압(V1, V2)을 각각 측정할 수도 있다. 예를 들어, 측정부(113)는, 차량(100)의 동작이 종료되는 시점에서 배터리(130)의 전압(V1, 이하 제1 전압)을 측정하고, 미리 정의된 시간(이하 기준 시간)이 경과된 이후에 다시 배터리(130)의 전압(V2, 이하 제2 전압)을 측정할 수 있다.
차량(100)의 동작이 종료되는 시점은, 차량(100)의 동작 중단 명령이 인가된 시점이나, 모터(101) 및/또는 엔진(102)의 동작이 중단되는 시점이나, 또는 이 두 시점 사이의 임의의 시점 또는 기간을 포함할 수 있다. 차량(100)의 동작 중단 명령이 인가된 시점은, 예를 들어, 사용자가 엔진 스톱 버튼을 가압하는 시점이나, 차 키를 온(ON)의 위치에서 잠금(LOCK) 또는 액세서리(ACC) 등의 다른 위치로 회동시키는 시점 시점 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 기준 시간은, 25분을 초과하는 시간 중 어느 하나로 정의될 수 있다. 예를 들어, 기준 시간은 30분으로 정의될 수 있다. 기준 시간 경과 이후에 제2 전압(V2)를 측정하는 것은, 차량(100)의 주행에 따라 배터리(130)에서 발생되는 배터리 내부 저항 성분에 의해 열화도의 결정에 부정확함이 생기는 것을 방지하기 위함이다. 통상적으로 차량(100)이 주행하는 경우 배터리(130)의 충전 및 방전에 의해 배터리 내부 저항 성분이 작용하게 되는데, 이는 열화도의 연산의 정확성을 저해 한다. 이와 같은 충전 및 방전에 따라 발생하는 배터리 내부의 저항 성분은 주행의 종료 후 대략 30분 정도 이후에 소멸하므로, 기준 시간을 대략 30분 정도로 설정하면, 배터리의 열화도를 충전 및 방전에 따라 발생하는 저항 성분의 영향 없이 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다.
또한, 측정부(113)는 배터리(130)에서 출력되는 전류 및 배터리(130)에서 출력된 후 각 부품에 인가되는 전류 중 적어도 하나(이하 전류(I)라 칭함)를 측정할 수 있다. 여기서, 각 부품은, 예를 들어, 스위치(101a) 및/또는 모터(101)를 포함할 수 있다. 측정된 전류(I)는 제어부(111) 및 저장부(120) 중 적어도 하나로 전달될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 측정부(113)는 특정한 하나의 시점 또는 기간에서만 전류(I)를 측정하고, 측정 결과를 출력하여 제어부(111)로 전달할 수 있다. 이 경우, 특정한 하나의 시점은, 예를 들어, 차량(100)의 동작이 종료되는 시점일 수 있다. 다시 말해서, 전압(V1, V2)의 측정 시점과 비교하였을 때, 측정부(113)는 차량(100)의 동작이 종료되는 시점에서는 전류(I) 측정 동작을 수행하고, 기준 시간이 경과된 시점에서는 전류(I) 측정 동작을 수행하지 않을 수 있다. 차량(100)의 동작이 종료되고 스위치(101a) 등이 오프 되면 기준 시간이 경과된 시점에서는 모터(101)에는 전류가 인가되지 않으며, 이에 따라 기준 시간이 경과된 시점에서의 모터(101)에 인가되는 전류는 실질적으로 0A가 된다. 그러므로, 전압(V1, V2)을 측정하는 경우와는 상이하게 측정부(113)가 기준 시간이 경과된 시점에서는 전류(I)를 측정할 필요가 없거나 불가능하게 된다. 이에 따라, 측정부(113)는 기준 시간이 경과된 시점에서는 전류(I) 측정 동작을 수행하지 않는다.
또한, 측정부(113)는 미리 정의된 일정한 기간(이하 측정 기간) 동안 계속해서 전류를 측정하도록 마련될 수도 있다. 예를 들어, 측정부(113)는 측정 기간 동안 연속적으로 또는 주기적으로 전류(I)를 측정하고, 측정 결과를 제어부(111)로 전달할 수도 있다. 여기서, 측정 기간은 설계자의 선택에 따라 임의적으로 정의 가능하다. 예를 들어, 측정 기간은 10초 또는 이에 근사한 시간으로 정의되는 것도 가능하다.
측정 기간 동안 전류(I)가 측정되고 측정 결과가 제어부(111)로 전달되면, 제어부(111)는 측정 기간 동안의 전류(I)의 평균을 연산할 수 있다. 필요에 따라, 제어부(111)는 전류(I)의 평균에 미리 정의된 보정 값을 더 부가하거나 또는 차감하여 전류의 보정된 평균을 획득할 수도 있다. 여기서 미리 정의된 보정 값은 설계자의 선택에 따라 다양하게 정의 가능하며, 예를 들어, 1A로 정의될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 측정부(113)는, 제어부(111)에서 전달되는 제어 신호의 수신에 응하여, 각각의 시점에 전압(V1, V2) 및 전류(I)의 측정 동작을 수행하도록 설계될 수도 있다. 다른 실시예에 의하면, 측정부(113)는, 모터(101), 엔진(102) 및/또는 스위치(101a)에서 전달된 전기적 신호의 수신에 응하여 차량(100)의 동작이 종료되는 시점에 제1 전압(V1) 및 전류(I)의 측정 동작을 수행하고, 클락(115)에서 전달되는 전기적 신호의 수신에 응하여 기준 시간이 경과된 시점에 제2 전압(I)의 측정 동작을 수행하도록 설계된 것일 수도 있다. 또 다른 실시예에 의하면, 측정부(113)는 상술한 시점 이외의 여러 시점에서 주기적으로 또는 비주기적으로 전압(V1, V2) 및 전류(I)를 측정할 수도 있다. 예를 들어, 측정부(113)는 모터(101) 및/또는 엔진(102)의 동작 여부와 무관하게 배터리(130)의 전압이나 출력되는 전류를 계속해서 측정할 수도 있다. 이 경우, 제어부(111)는 측정부(113)가 계속해서 측정한 전압 및 전류 중에서 특정 시점에 해당하는 전압(V1, V2) 및 전류(I)를 이용하여 배터리(130)의 열화도를 측정할 수 있다.
측정부(113)가 측정한 전압(V1, V2) 및 전류(112)는 전기적 신호의 형태로 제어부(111)로 전달되고, 제어부(111)는 전달된 전압(V1, V2) 및 전류(112)를 이용하여 열화도를 결정할 수 있다.
측정부(113)는, 직류 전압 또는 교류 전압을 측정할 수 있도록 설계된 부품(일례로 전압 측정 회로나 또는 전압계 등)과, 직류 전류 또는 교류 전류의 크기를 측정할 수 있도록 설계된 부품(일례로 전류 측정 회로나 또는 전류계 등)을 이용하여 구현 가능하다.
클락(115)은, 시간에 대한 정보를 획득할 수 있다. 클락(115)에 획득된 정보는 제어부(111) 및 측정부(113) 중 적어도 하나로 전달될 수 있다. 만약 클락(115)에 의해 측정된 현재의 시간이 제1 전압(V1) 및 전류(I)가 측정된 시점(즉, 차량(100)의 동작이 종료되는 시점)으로부터 미리 정의된 기준 시간을 경과한 경우 제어부(111) 및 측정부(113) 중 적어도 하나는 동작을 개시하게 된다. 이 경우, 클락(115)은 현재의 시간과 차량(100)의 동작이 종료되는 시점 사이의 차이가 기준 시간과 동일하거나 또는 기준 시간을 초과하는 경우에는, 전기적 신호를 제어부(111) 및 측정부(113) 중 적어도 하나로 전달하도록 설계될 수도 있다. 제어부(111) 및 측정부(113) 중 적어도 하나는 기준 시간의 경과에 대응하는 신호의 수신에 응하여 동작을 개시할 수 있다. 예를 들어, 제어부(111)는, 클락(115)으로부터 전기적 신호를 수신하고, 전기적 신호의 수신에 응하여 기상 상태로 진입할 수 있다. 여기서, 기상 상태는 제어부(111)가 필요한 동작(일례로 열화도의 연산 동작)을 수행할 수 있을 정도로 동작 가능하게 된 상태를 의미한다. 기상 상태에서는 대기 상태나 동작 종료 상태에 비해 상대적으로 많은 전력이 제어부(111)에 공급될 수 있다.
저장부(120)는 배터리 열화도 측정 장치(110)의 동작에 필요한 애플리케이션 또는 정보를 일시적 또는 비일시적으로 저장하고, 배터리 열화도 측정 장치(110)의 호출에 따라서 배터리 열화도 측정 장치(110)에 저장한 애플리케이션 또는 정보의 전부 또는 일부를 제공할 수 있다. 여기서, 저장부(120)에 저장된 애플리케이션은 전자 소프트웨어 유통망을 통하여 획득된 것일 수도 있다.
예를 들어, 저장부(120)는 측정부(113)에서 측정된 제1 전압(V1) 및 전류(122)를 일시적으로 저장할 수도 있고, 제2 전압(V2)을 제어부(111)의 연산 동작을 위해 일시적으로 저장할 수도 있다.
도 3은 저항 성분 및 열화도 사이의 관계 테이블의 일례를 도시한 도표이고, 도 3에서 상단의 열은 열화도를 의미하고, 하단의 열은 각각의 열화도에 대응하는 저항 성분을 의미한다. 하단 열의 α, β, γ 및 δ 각각은 서로 상이한 열화도에 대응하는 저항 성분의 수치를 나타낸다.
또한, 저장부(120)는 저항 성분 및 열화도 사이의 관계 테이블(129, 이하 열화도 정보 테이블)을 저장할 수 있다. 열화도 정보 테이블(129)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 저항 성분과 저항 성분에 대응하는 열화도로 이루어진 것일 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 열화도 정보 테이블(129)은, 0%, 5%, 10%, 15% 등의 열화도와, 이에 각각 대응하는 α옴, β옴, γ옴 및 δ옴의 저항 성분으로 이루어져있을 수 있다. 여기서, α, β, γ, δ는 각각 저항 값으로 주어질 수 있는 실수를 포함한다.
배터리(130)가 열화도가 증가하는 경우, 배터리(130)의 내부 저항 성분은 대체적으로 증가하는 경향을 갖는다. 열화도 정보 테이블(129)은 이와 같이 열화도와 내부 저항 성분간의 관계를 이용하여 구축된다. 따라서, 예를 들어, β는 α보다 큰 실수이고, γ은 β보다 큰 실수이며, δ는 γ보다 큰 실수일 수 있다.
도 3에는 열화도가 각각 0%, 5%, 10% 및 15%인 경우에 대응되는 저항 성분의 크기만이 도시되어 있으나, 열화도는 보다 세분화되어 정의되고 저항 성분 역시 보다 세분화된 열화도에 대응하여 정의된 것일 수 있다. 다시 말해서, 열화도 정보 테이블(129) 내에는 열화도가, 예를 들어, 0%, 1% 내지 100%로 상대적으로 더 세분화되어 정의될 수도 있다.
또한, 특정 열화도에 대응하는 저항 성분은 특정한 값으로 정의될 수도 있고, 또는 일정한 범위로 정의될 수도 있다.
상술한 열화도 정보 테이블(129)은 실험적, 경험적인 방법을 통하여 제작된 것일 수도 있고, 또는 이론적 연산을 통해 제작된 것일 수도 있다.
저장부(120)는, 예를 들어, 하드 디스크나 플로피 디스크와 같은 자기 디스크 저장 매체나, 자기 테이프나, 콤팩트 디스크(CD)나 디브이디(DVD)와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 기록 매체(magneto-optical media)나, 롬(ROM), 램(RAM), SD카드, 플래시 메모리, 솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 등과 같은 반도체 저장 장치 등을 이용하여 구현 가능하다.
저장부(120)는, 주 기억 장치 및 보조 기억 장치를 포함할 수 있으며, 이 경우, 제1 전압(V1), 제2 전압(V2) 및 전류(I)는 주 기억 장치에 일시적으로 저장되고, 열화도 정보 테이블(129)은 보조 기억 장치에 저장될 수 있다.
배터리(130)는, 전기 에너지를 축전하고, 필요에 따라 차량(100) 내의 각 부품(일례로 모터(101) 또는 기타 전력을 필요로 하는 각종 부품)에 전력을 공급하도록 마련된다. 이를 위해 배터리(130)는 차량(100) 내부의 각 부품과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 배터리(130)는 모터(101)와 연결된 스위치(101a)와 연결되고, 스위치(101a)의 동작에 따라서 전력을 모터(101)에 공급할 수 있다.
배터리(130)는, 예를 들어, 리튬계 배터리나, 납 배터리나, 니켈-카드뮴 배터리나, 나트륨-염화니켈 배터리 등과 같이 설계자가 고려 가능한 다양한 종류의 배터리 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 여기서, 리튬계 배터리는, 리튬-티타늄 배터리, 리튬-폴리머 배터리, 리튬-이온 배터리 및 리튬-에어 배터리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
배터리(130)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 차량(100)의 하부에 설치될 수도 있고, 차량(100)의 엔진룸(104) 내측이나 그 주변에 설치될 수도 있으며, 차량(100)의 뒷좌석의 후방에 설치될 수도 있다. 이외에도 설계자가 고려할 수 있는 다양한 위치에, 배터리(130)는 설치 가능하다.
일 실시예에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이 배터리(130)와 모터(101) 사이에는 배터리(130)에서 모터(101)로 인가되는 전력의 차단 또는 연결을 수행하기 위한 스위치(101a)가 더 마련될 수 있다. 스위치(101a)는 소정의 릴레이를 이용하여 구현 가능하다. 스위치(101a)는 제어부(111) 등의 제어에 따라 모터(101)와 배터리(130)를 연결하여 모터(101)에 전력이 공급되도록 하거나, 모터(101)와 배터리(130)의 연결을 끊어 모터(101)에 전력이 공급되지 않도록 할 수 있다. 모터(101)에 전력이 공급되지 않는 경우, 모터(101)는 동작을 종료하게 된다.
일 실시예에 의하면, 스위치(101a)는 모터(101)와 배터리(130) 사이의 연결을 차단하는 경우, 별도의 전기적 신호를 출력하여 배터리 열화도 측정 장치(110)로 전달할 수 있다. 이에 따라, 배터리 열화도 측정 장치(110)의 제어부(111), 측정부(113) 및/또는 클락(115)은 차량(100)의 동작이 중단되었는지 여부를 알 수 있게 되고, 및/또는 차량(100)의 동작이 중단된 시점을 알 수 있게 된다.
필요에 따라서, 차량(100)은 상술한 배터리(130) 이외에 별도의 다른 배터리를 더 포함할 수도 있다. 일 실시예에 의하면, 별도의 다른 배터리는 저전압 배터리일 수 있으며, 상술한 배터리(130)는 고전압 배터리일 수 있다. 이 경우, 저전압 배터리는 모터(101) 이외에 저전압을 필요로 하는 다른 부품, 일례로 조명 장치나 내비게이션 장치 등에 전력을 공급하도록 마련되고, 고전압 배터리는 모터(101), 모터(101)와 관련된 부품 및/또는 이외 고전압을 필요로 하는 각종 부품에 전력을 공급하도록 마련된 것일 수 있다.
이하 도 4 및 도 5를 참조하여, 제어부(111)에 의해 배터리(130)의 열화도를 측정하는 과정에 대해 상세히 설명한다.
도 4는 제어부의 동작의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 전압 차와 열화도 사이의 관계의 일례를 도시한 그래프이다. 도 5에서 x축은 열화도를 의미하고, y축은 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)의 차이(ΔV)를 의미한다.
도 4에 도시된 바를 참조하면, 모터(101) 및 엔진(102) 중 적어도 하나의 구동에 의해 차량(100)은 소정의 동작(일례로 주행 동작)을 수행하게 된다(10). 이후 사용자로부터 동작 중단 명령이 입력되거나 또는 미리 정의된 조건이 달성되면(11) 이에 응하여 모터(101) 및 엔진(102)은 종료 동작을 수행하고(12), 구동을 중단 및 종료하게 된다. 이에 따라 차량(100) 역시 그 동작을 중단 및 종료하게 된다(12).
측정부(113)는 차량(100)이 동작을 중단 및 종료하는 시점(13) 이전에, 제1 전압(V1) 및 전류(I)를 측정하고, 측정 결과를 제어부(111) 및 저장부(120) 중 적어도 하나로 전달한다. 예를 들어, 측정부(113)는, 사용자로부터 동작 중단 명령이 입력되거나 또는 미리 정의된 조건이 달성되면(11), 차량(100)이 동작을 종료(13)하기 전에, 제1 전압(V1) 및 전류(I)를 측정할 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들어, 측정부(113)는, 사용자로부터 동작 중단 명령이 입력되거나 또는 미리 정의된 조건이 달성되면(11), 즉시 또는 일정 시간 이내에 제1 전압(V1)을 측정하고, 입력 시점 또는 조건 달성 시점으로부터 일정한 측정 기간 동안 전류(I)를 측정할 수 있다.
제어부(111)는, 차량이 동작하는 동안(10) 동일하게 동작 상태(또는 기상 상태)를 유지하고(31), 차량(100)의 동작 종료(13) 이전에, 동시에 또는 이후에 동작을 중단할 수 있다. 동작을 중단한 경우, 제어부(111)는 미리 정의된 바에 따라서 대기 상태 또는 동작 중단 상태로 진입할 수 있다.
이후 일정한 시간이 경과되면(40), 제어부(111)는 일정한 시간이 경과된 즉시 또는 이와 근사한 시간에 기상 상태로 진입할 수 있으며, 이에 따라 제어부(111)는 배터리(130)의 열화도를 측정할 수 있는 상태가 된다(32). 제어부(111)가 기상 상태로 진입함에 동시에, 이전에 또는 이후에 측정부(113) 역시 동작을 개시하고 배터리(130)의 제2 전압(V2)을 측정한다(22). 측정된 제2 전압(V2)은 제어부(111) 및 저장부(120) 중 적어도 하나로 전달될 수 있다.
제어부(111)는 제2 전압(V2)을 수신하면, 기 획득된 제1 전압(V1) 및 전류(I)와 새로 수신된 제2 전압(V2)을 이용하여 배터리(130)의 열화도를 연산할 수 있다(33).
일 실시예에 의하면, 제어부(111)는, 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)의 차이(ΔV)를 연산할 수 있다.
도 5에 도시된 바를 참조하면, 제2 전압(V2)에서 제1 전압(V1)을 차감한 값(ΔV)은, 열화도가 증가하면 증가할수록 상응하여 증가하는 경향을 보인다(Z). 따라서, 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)이 주어진 경우, 소정의 추정 방법(일례로 선형 보간법)을 이용하면 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)의 차이(ΔV)로부터 대응하는 열화도를 추정 및 결정할 수 있게 된다.
이 경우, 제어부(111)는, 상술한 저항 성분과 열화도 사이의 관계를 나타내는 열화도 관계 테이블(129)을 이용하여 위하여, 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)의 차이(ΔV)를 이용하여 저항 성분(R)을 연산할 수도 있다.
상술한 바와 같이 배터리의 열화도가 증가할수록, 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)의 차이(ΔV)는 상대적으로 증가하고 저항 성분(R) 역시 이와 동일하거나 유사하게 증가할 수 있다. 따라서, 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)의 차이(ΔV)로부터 연산된 저항 성분(R)을 이용하는 경우에도 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)의 차이(ΔV)를 이용하는 것과 동일하게 또는 유사하게 열화도를 추정 및 결정할 수 있게 된다.
일 실시예에 의하면, 제어부(111)는 연산된 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)의 차이(ΔV)를 기 획득된 전류(I)로 나누어 저항 성분(R)을 연산할 수 있다.
구체적으로 예를 들어, 제어부(111)는 제1 전압(V1), 제2 전압(V2) 및 전류(I)를 하기의 수학식 1에 대입하여 저항 성분(R)을 연산할 수 있다.
Figure 112017077678490-pat00001
여기서, R은 저항 성분을 의미하고, V1는 차량(100)의 동작이 종료되는 시점 또는 그 직전의 시점에 측정된 제1 전압을 의미하며, V2는 각각 기준 시간이 경과된 이후 측정된 제2 전압을 의미한다. I는 차량(100)의 동작이 종료되는 시점 또는 그 직전의 시점에 측정된 전류를 의미한다.
저항 성분(R)이 연산되면, 제어부(111)는 저항 성분(R)에 대응하는 열화도를 결정함으로써, 배터리(130)의 열화도를 결정할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 제어부(111)는 도 3에 도시된 바와 같이, 저장부(120)로부터 미리 정의된 열화도 정보 테이블(129)을 호출하고, 호출된 열화도 정보 테이블(129)을 열람하여, 연산된 저항 성분(R)과 동일하거나 또는 근사한 저항 성분을 검출하고, 검출된 저항 성분에 대응하는 열화도를 획득할 수 있다. 예를 들어, 연산된 저항 성분(R)이 β옴 또는 이에 근사한 값인 경우 제어부(111)는 이에 대응하는 5%를 배터리(130)의 열화도로 결정할 수 있다.
결정된 열화도는, 예를 들어, 저장부(120)에 저장되고, 추후 주행 가능 거리를 연산하거나, 열화도의 변동 경향성을 결정하거나, 특정 시점 이후의 열화도를 예상하는 등 다양한 목적을 위해 이용될 수 있다.
제어부(111)는, 실시예에 따라서, 전류(I) 대신에 측정 기간 동안 측정된 전류의 평균 또는 전류의 평균에 보정 값을 부가하거나 차감하여 획득된 보정된 평균을 이용하여 저항 성분(R)을 연산하는 것도 가능하다. 다시 말해서, 수학식 1의 전류(I)는 전류의 평균이나 보정된 평균으로 대체 가능하다. 한편으로는 저항 성분(R)은 전류의 크기에 따라서 상이할 수 있고, 또한 다른 한편으로는 통상적으로 차량(100)이 동작을 중단하기 직전에는 차량(100)의 급격한 가속 또는 감속이 수행되는 경우가 적어 전류의 변동이 급격하지 않을 것을 예상되므로, 미리 정의된 일정한 기간 동안 측정된 전류(I)의 평균 또는 보정된 평균을 이용하여 저항 성분(R)을 연산하면, 상대적으로 더욱 정확하게 저항 성분(R)을 연산할 수 있게 된다.
또한, 일 실시예에 의하면, 제어부(111)는 저항 성분(R)을 연산하기 이전에, 전류(I), 전류의 평균 또는 보정된 평균을 미리 정의된 기준 전류와 비교할 수도 있다. 전류(I), 전류의 평균 또는 보정된 평균과 전류와의 비교는 제1 전압 및 전류가 측정된 시점(21)과 동시에 또는 순차적으로 수행될 수도 있고, 또는 열화도 연산 시점(33)에 수행될 수도 있다.
제어부(111)는 전류의 평균 또는 보정된 평균이 기준 전류보다 작은 경우에 한하여 열화도 연산 동작(33)을 수행하도록 설계될 수 있다. 구체적으로 만약 전류(I), 전류의 평균 또는 보정된 평균이 기준 전류보다 크다면, 제어부(111)는 열화도 연산 동작(33)을 수행하지 않고, 반대로 전류의 평균 또는 보정된 평균이 기준 전류보다 작다면, 제어부(111)는 상술한 바와 같이 제1 전압(V1), 제2 전압(V2), 전류(I) 및 열화도 정보 테이블(19)를 이용하여 열화도 연산 동작(33)을 수행하도록 설계될 수도 있다. 여기서, 기준 전류는 모터(101)나 배터리(130)의 특성에 따라서 설계자에 의해 임의적으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 기준 전류는 1.5A 또는 이에 근사한 값(일례로 1.5A±0.2A 범위 내의 값)으로 정의될 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것이며, 기준 전류는, 설계자의 선택에 따라서, 이외에도 다양한 값으로 정의 가능하다.
상술한 차량(100)의 배터리(130)의 열화도를 측정하는 과정은, 차량(100)의 동작이 종료되는 모든 시점마다 수행될 수도 있다. 또는 상술한 차량(100)의 배터리(130)의 열화도를 측정하는 과정은 차량(100)의 동작이 종료되는 모든 시점 중 일부의 시점마다 수행될 수도 있다. 예를 들어, 차량(100)의 배터리(130)의 열화도를 측정하는 과정은, 현재의 종료 시점 직전의 종료 시점에서 열화도가 측정되었는지 여부에 따라서 수행되거나 또는 수행되지 않을 수 있다. 상술한 차량(100)의 배터리(130)의 열화도를 측정하는 과정은 주기적으로 수행되는 것도 가능하다.
만약 차량(100)이 플러그 인 전기 자동차라면, 상술한 제어부(111)의 배터리(130)의 열화도 결정 동작은, 하이브리드 주행 모드(CS, Charge Sustaining)를 기반으로 차량(100)이 주행한 이후에 수행되는 것일 수 있다. 하이브리드 주행 모드는 차량(100)이 모터(101)와 엔진(102)을 모두 이용하여 주행을 수행할 수 있도록 하는 일련의 동작 또는 설정들을 의미한다. 통상적으로 플러그 인 전기 자동차는, 충전 상태(SOC, State Of Charge)에 따라, 전기차 주행 모드(CD, Charge Depleting)와 하이브리드 주행 모드로 동작할 수 있다. 하이브리드 주행 모드 시에는 배터리(130)의 충전 상태의 범위는 완충 대비 10 내지 20% 수준으로 주어지고, 전기차 주행 모드 시에는 충전 상태의 범위는 완충 대비 20 내지 90%의 수준으로 주어진다. 이와 같이 하이브리드 주행 모드는 충전 상태의 범위가 완충 대비 10 내지 20% 수준이므로, 이 범위에 해당하는 전압과 저항 성분은 대략 동일하거나 유사하다고 판단될 수 있다.
상술한 차량(100)의 배터리(130)의 열화도를 측정하는 과정은, 차량(100)의 동작이 종료된 상태에서 수행되기 때문에, 차량(100)이 충전 상태가 아닌 경우에서도 수행될 수 있다. 따라서, 차량이 충전 상태에 진입하지 않은 경우에도 열화도의 측정이 가능하기 때문에, 배터리(130)에 대한 열화도 정보를 상대적으로 더 많이 수집할 수 있게 되고, 이에 따라 추정된 열화도의 정확도가 개선될 수 있게 된다.
이상 배터리 열화도 측정 장치(110)가 차량(100)에 설치된 일례를 들어 설명하였으나, 상술한 배터리 열화도 측정 장치(110)는 차량(100) 이외의 다른 장치에도 마련될 수 있다. 예를 들어, 배터리 열화도 측정 장치(110)는, 스마트 폰, 셀룰러 폰, 랩톱 컴퓨터, 카메라 장치, 로봇, 로봇 청소기, 공작 기계, 게임기, 장난감 또는 내비게이션 장치 등 배터리가 설치되고 설치된 배터리로부터 필요한 전력을 공급받는 적어도 하나의 장치에도 설치될 수 있다. 이 경우, 배터리 열화도 측정 장치(110)는, 상술한 바와 동일하게 또는 일부 변형된 방법으로 설치된 배터리의 열화도를 측정할 수 있도록 마련된다.
이하 도 6을 참조하여 차량의 배터리의 열화도 측정 방법의 일 실시예에 대해서 설명하도록 한다.
도 6은 차량의 배터리의 열화도 측정 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
도 6에 도시된 바에 의하면, 먼저 주행 중인 차량이 주행을 종료하고, 순차적으로 차량의 동작이 종료된다(200, 202). 여기서, 차량은 이륜, 삼륜 또는 사륜 자동차나, 건설 기계나, 이동 가능한 로봇이나, 자전거나, 열차 등을 포함할 수 있다. 차량의 동작이 종료됨은, 차량의 엔진이나 모터의 동작이 종료됨을 포함하며, 이그니션 오프를 포함할 수 있다.
차량의 동작이 종료하면, 차량에 설치된 배터리 열화도 측정 장치는 대기 상태 또는 동작 종료 상태가 될 수 있다. 이 경우, 배터리 열화도 측정 장치에는 전력이 전혀 공급되지 않거나 또는 미리 정의된 바에 따라 최소한의 전력만이 공급될 수 있다. 배터리 열화도 측정 장치는 모터에 전력을 공급하는 배터리로부터 전력을 공급받을 수도 있고, 또는 상술한 배터리와 별도로 마련된 보조 배터리로부터 전력을 공급받을 수도 있다.
차량의 동작이 완전히 종료하기 일정 시간 이전에(예를 들어, 차량의 동작이 종료하기 직전에), 배터리의 전압(제1 전압, V1)이 측정되고, 아울러 배터리의 전류(I)가 측정된다(204). 여기서 배터리는 차량의 구동력을 생성하는 모터에 전력을 공급하는 배터리일 수 있다. 또한, 배터리의 전류는 배터리의 출력 전류 및 배터리에서 각 부품(일례로 모터)에 인가되는 전류 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
필요에 따라서, 전류(I)는 측정 기간(예를 들어, 10초) 동안 측정될 수 있으며, 일정 시간 동안 전류(I)가 측정되면, 측정된 전류의 평균이 연산될 수 있다. 또한, 실시예에 따라서, 측정된 전류의 평균에 미리 정의된 보정 값을 더 부가하거나 또는 차감하여 전류의 보정된 평균을 획득할 수도 있다. 예를 들어, 측정된 전류의 평균에 1A가 더 부가되거나 또는 1A를 더 차감될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 순차적으로 전류(I), 전류의 평균 및 보정된 평균 중 적어도 하나를 미리 정의된 기준 전류와 비교하고, 전류(I), 전류의 평균 및 보정된 평균 중 적어도 하나가 기준 전류보다 작은지 여부를 판단할 수 있다(206). 여기서, 기준 전류는, 예를 들어, 1.5A 또는 이에 근사한 값일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
만약 전류(I), 전류의 평균 및 보정된 평균 중 적어도 하나가 기준 전류보다 크다면, 배터리의 열화도 측정 과정은 중단된다(206의 아니오). 반대로 전류, 전류의 평균 및 보정된 평균 중 적어도 하나가 기준 전류보다 작다면, 배터리의 열화도 측정 과정을 유지한다(206의 예).
전류(I), 전류의 평균 및 보정된 평균 중 적어도 하나와 기준 전류 사이의 비교 과정(206)은 실시예에 따라 생략 가능하다.
차량의 동작이 중단된 이후 미리 정의된 기준 시간이 경과되었는지 여부가 판단된다(208). 예를 들어, 현 시점이 이그니션 오프 시점에서 미리 정의된 기준 시간이 경과된 시점인지 여부가 판단될 수 있다. 여기서 기준 시간은, 예를 들어, 25분 이상의 시간을 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로는 30분 또는 이에 근사한 시간을 포함할 수 있다. 그러나, 기준 시간은 이에 한정되는 것은 아니며, 설계자에 의해 다양하게 정의 가능하다.
만약 경과 시간이 기준 시간과 같거나 기준 시간보다 크고(208의 예), 배터리 열화도 측정 장치가 대기 상태 또는 동작 종료 상태인 경우라면, 배터리 열화도 측정 장치는 기상 상태로 천이될 수 있다. 이 경우, 배터리 열화도 측정 장치에는 필요한 전력이 공급될 수도 있다.
기준 시간이 경과된 이후(208의 예) 또는 배터리 열화도 측정 장치가 기상된 이후(210), 배터리의 제2 전압이 측정 가능한지 여부가 판단되고(212), 만약 제2 전압이 측정 가능한 경우라면(212의 예), 배터리의 제2 전압이 측정된다(214). 배터리의 제2 전압(V2)이 측정되면, 제1 전압(V1)과 제2 전압(V1) 사이의 차이(ΔV)가 연산된다.
제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 차이가 획득되면, 배터리 열화도 측정 장치는, 순차적으로 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 차이(ΔV)를 기 측정된 전류(I), 전류의 평균 및 보정된 평균 중 어느 하나를 나누어, 저항 성분(R)을 연산할 수 있다(216).
저항 성분(R)이 연산되면, 배터리 열화도 측정 장치는 저항 성분(R)을 기반으로 배터리의 열화도를 결정한다(218). 예를 들어, 배터리 열화도 측정 장치는 경험적 또는 이론적으로 사전에 획득된 저항 성분(R)의 값에 대응하는 열화도에 대한 정보로부터 저항 성분(R)에 대응하는 열화도를 검출함으로써 열화도를 결정할 수 있다. 저항 성분(R)의 값에 대응하는 열화도에 대한 정보는, 예를 들어, 제1 전압 및 제2 전압의 차이(ΔV)가 상대적으로 증가할수록 배터리의 열화도가 증가하는 현상을 기반으로 정의된 것일 수 있다.
배터리의 열화도가 결정되면 배터리 열화도 측정 장치는 결정된 열화도를 저장부 등에 기록하거나(220), 및/또는 이를 기반으로 미리 정의된 적어도 하나의 동작(일례로 주행 가능 거리의 연산)을 더 수행할 수 있다.
상술한 차량의 배터리의 열화도 측정 방법은, 실시예에 따라서, 차량 대신에 상술한 스마트폰이나 로봇 청소기 등의 각종 장치에 동일하게 또는 일부 변형된 방법으로 적용될 수도 있다.
상술한 실시예에 따른 차량의 배터리의 열화도 측정 방법은, 컴퓨터 장치에 의해 구동될 수 있는 프로그램의 형태로 구현될 수 있다. 여기서 프로그램은, 프로그램 명령, 데이터 파일 및 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 프로그램은 기계어 코드나 고급 언어 코드를 이용하여 설계 및 제작된 것일 수 있다. 프로그램은 상술한 차량 충전 방법을 구현하기 위하여 특별히 설계된 것일 수도 있고, 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상의 기술자에게 기 공지되어 사용 가능한 각종 함수나 정의를 이용하여 구현된 것일 수도 있다.
상술한 차량의 배터리의 열화도 측정 방법을 구현하기 위한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체는, 예를 들어, 하드 디스크나 플로피 디스크와 같은 자기 디스크 저장 매체, 자기 테이프, 콤팩트 디스크나 디브이디와 같은 광 기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 기록 매체 및 롬, 램 또는 플래시 메모리 등과 같은 반도체 저장 장치 등 컴퓨터 등의 호출에 따라 실행되는 특정 프로그램을 저장 가능한 다양한 종류의 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.
이상 차량, 배터리 열화도 측정 장치 및 차량의 배터리의 열화도 측정 방법에 대해 설명하였으나, 차량, 배터리 열화도 측정 장치 및 차량의 배터리의 열화도 측정 방법은 오직 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 상술한 실시예를 기초로 수정 및 변형하여 구현 가능한 다양한 장치나 방법 역시 상술한 차량, 배터리 열화도 측정 장치 및 차량의 배터리의 열화도 측정 방법의 일례가 될 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성 요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나 다른 구성 요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 또는 치환되더라도 상술한 차량, 배터리 열화도 측정 장치 및 차량의 배터리의 열화도 측정 방법의 일 실시예가 될 수 있다.
100: 차량 101: 모터
102: 엔진 110: 배터리 열화도 측정 장치
111: 제어부 113: 측정부
115: 클락 120: 저장부
130: 배터리

Claims (22)

  1. 배터리;
    차량이 동작을 종료하는 시점에서 상기 배터리의 제1 전압을 측정하고, 미리 정의된 시간이 경과된 후 상기 배터리의 제2 전압을 측정하는 측정부; 및
    상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이에 기초하여 상기 배터리의 열화도를 결정하는 제어부;를 포함하고
    상기 제어부는 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압의 차이가 증가할수록 상기 배터리의 열화도가 증가하는 것에 기초하여 상기 배터리의 열화도를 결정하는 차량.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는 차량이 동작을 종료하는 시점에서 상기 배터리의 전류를 측정하고,
    상기 제어부는 상기 전류를 더 이용하여 상기 배터리의 열화도를 결정하는 차량.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 배터리의 전류가 미리 정의된 값보다 큰 경우에 상기 배터리의 열화도를 결정하는 차량.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 측정부는 일정 시간 동안 상기 배터리의 전류를 측정하고,
    상기 제어부는 상기 일정 시간 동안 측정된 배터리의 전류의 평균을 연산하거나 또는 상기 평균에 미리 정의된 값을 부가하거나 차감한 전류의 보정된 평균을 획득하는 차량.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전류의 평균 또는 상기 보정된 평균과, 상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이를 이용하여 상기 배터리의 열화도를 결정하는 차량.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전류의 평균 또는 상기 보정된 평균이 미리 정의된 값보다 큰 경우에 상기 배터리의 열화도를 결정하는 차량.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 제1 전압 및 제2 전압의 차이를 상기 전류로 나누어 저항 성분의 값을 연산하는 차량.
  8. 제7항에 있어서,
    저항 성분의 값에 대응하는 열화도에 대한 정보를 저장하는 저장부;를 더 포함하는 차량.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 저장부에 저장된 상기 저항 성분의 값에 대응하는 열화도에 대한 정보를 이용하여 상기 배터리의 열화도를 결정하는 차량.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 저항 성분의 값에 대응하는 열화도에 대한 정보는, 상기 저항 성분이 증가할수록 상기 배터리의 열화도가 증가하도록 정의된 것인 차량.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 차량이 동작을 종료하면 슬립 상태에 진입하고, 상기 미리 정의된 시간 또는 이에 근사한 시간에 기상 상태로 진입하는 차량.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 차량의 구동력을 생성하는 엔진; 및
    상기 배터리로부터 전력을 공급받고, 상기 엔진과 더불어 또는 상기 엔진과 별도로 상기 차량의 구동력을 생성하는 모터; 중 적어도 하나를 더 포함하는 차량.
  13. 차량이 동작을 종료하는 시점에서 배터리의 제1 전압을 측정하는 단계;
    미리 정의된 시간이 경과된 후 상기 배터리의 제2 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이가 증가할수록 상기 배터리의 열화도가 증가하는 것에 기초하여 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계;를 포함하는 차량의 배터리의 열화도 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    차량이 동작을 종료하는 시점에서 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 측정하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계는,
    상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이와, 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계;를 포함하는 차량의 배터리의 열화도 측정 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 미리 정의된 값과 비교하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이와, 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계는,
    상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류가 미리 정의된 값보다 큰 경우에, 상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이와, 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계;를 포함하는 차량의 배터리의 열화도 측정 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 측정하는 단계는,
    일정 시간 동안 상기 배터리의 전류를 측정하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이와, 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계는,
    상기 일정 시간 동안 측정된 배터리의 전류의 평균을 연산하거나 또는 상기 평균에 미리 정의된 값을 부가하거나 차감한 전류의 보정된 평균을 획득하는 단계;를 포함하는 차량의 배터리의 열화도 측정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이와, 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계는,
    상기 전류의 평균 또는 상기 보정된 평균을 미리 정의된 값과 비교하는 단계; 및
    상기 전류의 평균 또는 상기 보정된 평균을 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계; 중 적어도 하나를 더 포함하는 차량의 배터리의 열화도 측정 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이와, 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계는,
    제1 전압 및 제2 전압의 차이를 상기 전류로 나누어 저항 성분의 값을 연산하는 단계;를 포함하는 차량의 배터리의 열화도 측정 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이와, 상기 배터리의 출력 전류 또는 상기 배터리로부터 다른 장치에 인가되는 전류를 기반으로 상기 배터리의 열화도를 결정하는 단계는,
    저장부에 저장된 상기 저항 성분의 값에 대응하는 열화도에 대한 정보를 이용하여 상기 배터리의 열화도를 결정하되, 상기 저장부는 저항 성분의 값에 대응하는 열화도에 대한 정보를 저장하는 단계;를 더 포함하는 차량의 배터리의 열화도 측정 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 저항 성분의 값에 대응하는 열화도에 대한 정보는, 상기 저항 성분이 증가할수록 상기 배터리의 열화도가 증가하도록 정의된 것인 차량의 배터리의 열화도 측정 방법.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 차량이 동작을 종료하면 상기 열화도를 결정하는 제어부가 슬립 상태에 진입하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 미리 정의된 시간 또는 이에 근사한 시간에 기상 상태로 진입하는 단계;를 더 포함하는 차량의 배터리의 열화도 측정 방법.
  22. 제1 시점에서의 배터리의 제1 전압 및 전류를 측정하고, 미리 정의된 시간이 경과된 제2 시점에서의 상기 배터리의 제2 전압을 측정하는 측정부; 및
    상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이와, 상기 전류를 이용하여 상기 배터리의 열화도를 결정하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 제1 전압 및 제2 전압의 차이가 증가할수록 상기 배터리의 열화도가 증가하는 것에 기초하여 상기 배터리의 열화도를 결정하고,
    상기 제1 시점은 소정의 부품에 대한 배터리의 전력 인가가 차단된 시점을 포함하는 배터리 열화도 측정 장치.
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