KR102664486B1 - 전기차 사용후 배터리 재사용을 위한 플랫폼 서비스 장치 및 이를 이용한 서비스 제공 방법 - Google Patents
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Abstract
전기차 사용후 배터리 재제조를 위한 플랫폼 서비스 장치 및 이를 이용한 서비스 제공 방법은 고객이 사용하고자하는 애플리케이션 사양에 따른 배터리팩 입력 파라미터를 입력받고, 고객의 요구 사항에 따라 배터리 모듈과 배터리팩의 구성을 설계하여 단일팩 또는 확장팩으로 구성할 수 있다.
본 발명은 전기차 사용후 배터리의 성능을 진단하여 배터리 열화 상태(State of Health) 정보를 기초로 복수의 애플리케이션 중 해당 배터리가 적용 가능한 애플리케이션을 매칭하여 코디네이트 서비스를 제공할 수 있다.
본 발명은 배터리의 재사용 프로세스를 개선하여 사용 후 폐기되는 배터리의 재사용율을 향상시키고, 이에 따라 환경오염 문제를 크게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 전기차 사용후 배터리 재제조를 위한 코디네이트 서비스를 제공하여 리사이클링 재생 사업을 원활히 수행할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 전기차 사용후 배터리의 성능을 진단하여 배터리 열화 상태(State of Health) 정보를 기초로 복수의 애플리케이션 중 해당 배터리가 적용 가능한 애플리케이션을 매칭하여 코디네이트 서비스를 제공할 수 있다.
본 발명은 배터리의 재사용 프로세스를 개선하여 사용 후 폐기되는 배터리의 재사용율을 향상시키고, 이에 따라 환경오염 문제를 크게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 전기차 사용후 배터리 재제조를 위한 코디네이트 서비스를 제공하여 리사이클링 재생 사업을 원활히 수행할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 전기차 사용후 배터리 재제조를 위한 플랫폼 서비스 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고객이 사용하고자하는 애플리케이션 사양에 따른 배터리팩 입력 파라미터를 입력받고, 고객의 요구 사항에 따라 배터리 모듈과 배터리팩의 구성을 설계하여 단일팩 또는 확장팩으로 구성하는 전기차 사용후 배터리 재제조를 위한 플랫폼 서비스 장치 및 이를 이용한 서비스 제공 방법에 관한 것이다.
최근 전기 자동차는 온실가스나 미세먼지 등 배출가스를 획기적으로 저감할 수 있는 유용한 대책으로 인식되고 있다. 이에 따라 전기차 시장은 정부의 보급 정책을 바탕으로 급격히 성장하고 있다.
이와 같이, 전기차 시장의 성장세에 따라 수년간 사용 후 폐기되는 배터리 규모가 확대되면서 환경오염 문제가 야기될 전망으로, 이를 활용하기 위한 리사이클링 재생 사업을 통해 사회적인 순환 구조의 필요성이 크게 부각되고 있다.
향후에는 전기자동차에서 발생되는 폐배터리의 규모가 크게 증가할 것으로 예상된다.
그러나 아직까지 전기자동차의 폐배터리는 재사용 체계가 매우 미흡한 실정이고, 운반 및 평가 등에 대한 구체적인 방법이 마련되지 않아 사실상 사각 지대에 놓여 있다.
자동차는 폐차 신고 의무화로 전지 이력 추적이 가능하여 폐배터리의 수거가 용이하고, 잔존 용량을 감안하면, 전력을 필요로 하는 다양한 분야, ESS(Energy Storage System)와 같은 전력 공급원으로써의 재활용 가치가 높다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 고객이 사용하고자하는 애플리케이션 사양에 따른 배터리팩 입력 파라미터를 입력받고, 고객의 요구 사항에 따라 배터리 모듈과 배터리팩의 구성을 설계하여 단일팩 또는 확장팩으로 구성하는 전기차 사용후 배터리 재제조를 위한 플랫폼 서비스 장치 및 이를 이용한 서비스 제공 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 전기차 사용후 배터리의 성능을 진단하여 배터리 열화 상태(State of Health) 정보를 기초로 복수의 애플리케이션 중 해당 배터리가 적용 가능한 애플리케이션을 매칭하여 코디네이트 서비스를 제공하는 전기차 사용후 배터리 재제조를 위한 플랫폼 서비스 장치 및 이를 이용한 서비스 제공 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 입력부, 배터리 측정부, 배터리팩 구성부로 이루어진 플랫폼 서비스 장치를 이용한 서비스 제공 방법은,
입력부는 고객이 사용하고자하는 애플리케이션 사양에 따른 팩 최대 허용전압과 팩 소모전력을 포함한 요구 파라미터(Req Parameter)를 입력받는 단계;
배터리 측정부는 배터리를 사용한 후 재사용하기 위한 사용후 배터리의 전류 적산량을 측정하는 단계;
배터리팩 구성부는 상기 배터리 측정부에서 측정한 전류 적산량을 기설정된 물리적 용량으로 나누어 SOH(State Of Health)를 계산하는 단계;
상기 배터리팩 구성부는 상기 팩 소모전력을 상기 팩 최대 허용전압으로 나누어 고객 요구 전류를 계산하는 단계;
상기 배터리 측정부는 상기 SOH에 대응하는 충전 전압과 방전 전압을 포함한 상관 관계표를 이용하여 상기 계산한 SOH에 매칭되는 충전 전압과 방전 전압의 계수를 추출하는 단계;
상기 배터리 측정부는 상기 추출한 충전 전압과 방전 전압을 이용하여 배터리를 충전 전압까지 충전시키고, 방전 전압까지 방전시켰을 때의 제2 전류 적산량을 재측정하는 단계;
상기 배터리팩 구성부는 상기 팩 최대 허용전압을 상기 충전 전압으로 나누어 셀의 직렬 개수를 계산하고, 상기 제2 전류 적산량이 상기 계산한 고객 요구 전류보다 같거나 크도록 셀의 병렬 개수를 계산하는 단계; 및
상기 셀의 직렬 개수와 상기 셀의 병렬 개수를 이용하여 단일팩 또는 확장팩을 구성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 특징에 따른 전기차 사용후 배터리 재사용을 위한 플랫폼 서비스 장치는,
고객이 사용하고자하는 애플리케이션 사양에 따른 팩 최대 허용전압과 팩 소모전력을 포함한 요구 파라미터(Req Parameter)를 입력받는 입력부;
배터리를 사용한 후 재사용하기 위한 사용후 배터리의 전류 적산량을 측정하는 배터리 측정부; 및
상기 배터리 측정부에서 측정한 전류 적산량을 기설정된 물리적 용량으로 나누어 SOH(State Of Health)를 계산하고, 상기 팩 소모전력을 상기 팩 최대 허용전압으로 나누어 고객 요구 전류를 계산하고, 상기 SOH에 대응하는 충전 전압과 방전 전압을 포함한 상관 관계표를 이용하여 상기 계산한 SOH에 매칭되는 충전 전압과 방전 전압의 계수를 추출하는 배터리팩 구성부를 포함하며,
상기 배터리 측정부는 상기 추출한 충전 전압과 방전 전압을 이용하여 배터리를 충전 전압까지 충전시키고, 방전 전압까지 방전시켰을 때의 제2 전류 적산량을 재측정하고, 상기 배터리팩 구성부는 상기 팩 최대 허용전압을 상기 충전 전압으로 나누어 셀의 직렬 개수를 계산하고, 상기 제2 전류 적산량이 상기 계산한 고객 요구 전류보다 같거나 크도록 셀의 병렬 개수를 계산하며, 상기 셀의 직렬 개수와 상기 셀의 병렬 개수를 이용하여 단일팩 또는 확장팩을 구성한다.
본 발명의 특징에 따른 전기차 사용후 배터리 재사용을 위한 플랫폼 서비스 장치는,
센싱부로부터 수신한 배터리의 전류 데이터와 전압 데이터를 이용하여 상기 배터리의 내부 저항을 추정하는 배터리 내부 저항 추정부와, 상기 전류 데이터와 상기 전압 데이터를 기초로 제1 시점과 제2 시점 사이의 배터리 셀의 전류 적산량을 산출하는 배터리 용량 추정부와, 상기 산출한 전류 적산량을 이용하여 상기 배터리의 열화 상태 정보(State Of Health, SOH)를 추정하는 배터리 열화 상태 추정부로 이루어진 배터리 분석 진단부;
상기 열화 상태 정보를 기초로 복수의 애플리케이션 중 해당 배터리가 적용 가능한 애플리케이션을 매칭하여 코디네이트 서비스를 제공하는 배터리 코디네이트 서비스 관리부를 포함한다.
배터리 코디네이트 서비스 관리부는 상기 배터리의 열화 상태 정보와 상기 배터리의 내부 저항 정보에 따라 배터리 등급을 분류한 SOH-IR(Inner Resistance) 룩업 테이블을 생성하고, 상기 배터리 열화 상태 추정부에서 수신한 배터리의 열화 상태 정보와, 상기 배터리 내부 저항 추정부에서 수신한 배터리의 내부 저항 정보를 상기 SOH-IR 룩업 테이블에 대입하여 배터리가 사용되는 용도에 맞게 배터리 등급을 분류하며, 상기 분류한 배터리 등급에 적용 가능한 애플리케이션을 매칭하는 배터리 등급 분류부를 더 포함한다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 사용후 배터리의 재사용 프로세스를 개선하여 사용 후 폐기되는 배터리의 재사용율을 향상시키고, 이에 따라 환경오염 문제를 크게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 사용후 배터리 재제조를 위한 코디네이트 서비스를 제공하여 리사이클링 재생 사업을 원활히 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 플랫폼 서비스 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 분석 진단부와 배터리 코디네이트 서비스 관리부의 연결 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 분석 진단부의 내부 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 코디네이트 서비스 관리부의 내부 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 SOH-IR 룩업 테이블의 일례를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기차 사용후 배터리 재사용을 위한 코디네이트 서비스 제공 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 코디네이트 서비스 결과의 연장선으로 배터리 설계의 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배터리팩에 포함된 여러 배터리 셀들의 시간에 따른 전압 변화와, 컷오프 전압을 모니터링하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 코디네이트 서비스 관리부의 내부 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 SOH와 계수의 상관 관계표를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 코디네이트 서비스 관리부에서 배터리팩을 설계하는 코디네이트 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 분석 진단부와 배터리 코디네이트 서비스 관리부의 연결 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 분석 진단부의 내부 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 코디네이트 서비스 관리부의 내부 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 SOH-IR 룩업 테이블의 일례를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기차 사용후 배터리 재사용을 위한 코디네이트 서비스 제공 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 코디네이트 서비스 결과의 연장선으로 배터리 설계의 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배터리팩에 포함된 여러 배터리 셀들의 시간에 따른 전압 변화와, 컷오프 전압을 모니터링하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 코디네이트 서비스 관리부의 내부 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 SOH와 계수의 상관 관계표를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 코디네이트 서비스 관리부에서 배터리팩을 설계하는 코디네이트 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 플랫폼 서비스 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 플랫폼 서비스 시스템(10)은 사용자 단말(20) 및 배터리 플랫폼 서비스 장치(100)를 포함한다. 네트워크는 인터넷 포털 사이트 서버, SNS 서버, 블로그를 운영하는 서버 등을 포함할 수 있다.
배터리 플랫폼 서비스 장치(100)는 네트워크를 통해 접속한 사용자 단말(20)로 어플리케이션의 설치를 위한 파일을 제공할 수 있다. 이러한 경우 사용자 단말(20)은 배터리 플랫폼 서비스 장치(100)로부터 제공된 파일을 이용하여 어플리케이션을 설치할 수 있다.
배터리 플랫폼 서비스 장치(100)는 사용자 단말(20)과, 네트워크를 통해 통신하여 명령, 코드, 파일, 컨텐츠, 서비스 등을 제공하는 컴퓨터 장치 또는 복수의 컴퓨터 장치들로 구현될 수 있다.
사용자 단말(20)은 스마트폰, 태블릿 PC, PC, 스마트 TV, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱, 미디어 플레이어, 마이크로 서버, GPS(global positioning system) 장치, 전자책 단말기, 디지털방송용 단말기, 네비게이션, 키오스크, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 가전기기, 카메라가 탑재된 디바이스 및 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 사용자 단말(20)은 통신 기능 및 데이터 프로세싱 기능을 구비한 웨어러블 디바이스일 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않는다.
사용자 단말(20)은 운영체제(Operating System, OS) 및 적어도 하나의 프로그램(일례로 브라우저나 설치된 어플리케이션)의 제어에 따라 배터리 플랫폼 서비스 장치(100)에 접속하여, 배터리 플랫폼 서비스 장치(100)가 제공하는 서비스나 컨텐츠를 제공받을 수 있다.
배터리 플랫폼 서비스 장치(100)는 배터리 분석 진단부(110), 배터리 코디네이트 서비스 관리부(120), 배터리팩 설계부(130), 네트워킹 중개부(140), 프로세서(150) 및 홈페이지 구성부(160)를 포함한다.
배터리 분석 진단부(110)는 사용후 배터리(이하, '배터리'로 칭함, 30)의 전류와 전압 및 온도를 측정, 배터리(30)의 열화 상태를 추정하여 배터리(30)의 이상 유무를 판단할 수 있다. 여기서, 사용후 배터리(30)는 배터리를 사용한 후 재사용하는 배터리를 나타낸다.
배터리 코디네이트 서비스 관리부(120)는 배터리 분석 진단부(110)에서 배터리(30)의 성능을 진단하고, 배터리 진단 결과(배터리의 열화 상태 정보)를 이용하여 배터리의 성능을 진단하고 예측하는 복수의 애플리케이션 중 해당 배터리가 적용 가능한 애플리케이션을 매칭하여 코디네이트 서비스를 제공한다.
여기서, 애플리케이션은 배터리팩을 필요로 하는 전력공급장치(ESS, 파워뱅크 등)를 의미한다.
배터리팩 설계부(130)는 배터리 사용 용도에 따라 원하는 배터리 용량이 다르기 때문에 원하는 배터리 용량에 맞게 배터리(30)의 열화 상태를 고려하여 하나의 배터리(30) 또는 여러 개를 직렬로 연결한 배터리(30)를 배터리팩으로 시제품으로 설계할 수 있다.
프로세서(150)는 배터리 분석 진단부(110)로부터 배터리(30)의 전류 적산량, 배터리(30)의 이상 유무 진단, 배터리(30)의 불량 정보를 수신하여 사용자 단말(20)로 전송할 수 있다. 사용자 단말(20)은 수요자일 수 있다.
홈페이지 구성부(160)는 그래픽 사용자 인터페이스(브라우저, 어플리케이션, 홈페이지 등)를 사용자 단말(20)로 제공한다.
프로세서(150)는 사용자 단말(20)로부터 네트워크를 통해 접속하면, 홈페이지 구성부(160)를 통해 그래픽 사용자 인터페이스를 사용자 단말(20)로 제공하고, 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 배터리 분석 진단, 배터리 코디네이트 서비스, 배터리팩 설계 기능을 수행할 수 있다.
예를 들어, 홈페이지 구성부(160)에서 홈페이지 형태로 사용자 단말(20)로 제공하고, 해당 홈페이지에 접속하면, 배터리 분석 진단, 배터리 코디네이트 서비스, 배터리팩 설계 기능을 모두 수행할 수 있게 된다.
네트워킹 중개부(140)는 배터리 시장의 전문 정보를 제공하고, 배터리(30)의 거래 및 매매 중계 서비스를 제공한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 분석 진단부와 배터리 코디네이트 서비스 관리부의 연결 관계를 나타낸 도면이다.
본 발명은 각각의 배터리(30)에 연결된 각각의 배터리 분석 진단부(110) 및 배터리 코디네이트 서비스 관리부(120)를 포함한다.
각각의 배터리 분석 진단부(110)는 각각의 배터리(30)의 전류와 전압 및 온도를 측정하여 배터리(30)의 열화 상태 정보를 추정한다.
배터리 코디네이트 서비스 관리부(120)는 각각의 배터리 분석 진단부(110)로부터 배터리(30)의 열화 상태 정보를 수신하고, 열화 상태 정보를 기초로 해당 배터리가 적용 가능한 애플리케이션을 매칭하여 코디네이트 서비스를 제공한다.
배터리(30)는 전력을 저장하는 부분으로 제1 배터리(30-1), 제2 배터리(30-2), 제N 배터리(30-N)으로 구성되고, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함한다. 배터리(30)는 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결되는 복수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 분석 진단부의 내부 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 분석 진단부(110)는 센싱부(111), 배터리 용량 추정부(112), 배터리 내부 저항 추정부(113), 배터리 열화 상태 추정부(114) 및 제어모듈(115)을 포함한다.
센싱부(111)는 배터리(30)의 전압 및 전류. 온도를 측정하여 전압 데이터와 전류 데이터 및 온도 데이터를 생성한다.
배터리 용량 추정부(112)는 센싱부(111)로부터 수신한 배터리 셀의 충전 전류와 방전 전류를 기초로 전류 적산법을 이용하여 배터리(30)의 현재 열화 상태를 추정한다.
배터리 용량 추정부(112)는 충전 전류와 방전 전류에서 유입되고 유출되는 전류를 카운팅하는 전류 작산법을 이용하여 열화 상태를 추정할 수 있다.
배터리 내부 저항 추정부(113)는 센싱부(111)로부터 수신한 배터리의 전류 데이터 및 전압 데이터를 기초로 옴의 법칙을 이용하여 배터리의 내부 저항을 간접적으로 추정할 수 있다.
배터리 용량 추정부(112)는 전압 데이터 및 전류 데이터를 기초로 배터리 셀의 전압이 완전 충전된 제1 시점을 결정하고, 제1 시점의 배터리 셀의 셀 전압을 제1 개방 회로 전압으로 결정할 수 있다.
배터리 용량 추정부(112)는 전압 데이터 및 전류 데이터를 기초로, 배터리 셀의 전압이 완전 방전된 제2 시점을 결정하고, 제2 시점의 배터리 셀의 셀 전압을 제2 개방 회로 전압으로 결정할 수 있다. 제2 시점은 제1 시점과 상이하도록 결정될 수 있다. 또한, 제2 개방 회로 전압은 제1 개방 회로 전압과 상이하도록 결정될 수 있다.
배터리 용량 추정부(112)는 전압 데이터 및 전류 데이터를 기초로 제1 시점과 제2 시점 사이의 배터리 셀의 전류를 적산하여 제1 시점과 제2 시점 사이에 배터리 셀의 전류 적산량을 산출할 수 있다. 여기서, 전류 적산량은 제1 시점의 배터리의 완전 충전 상태에서 제2 시점의 배터리의 완전 방전 상태의 차이를 나타낸다.
SOC는 충전 상태를 의미하는 것으로 배터리의 사용 가능한 용량, 즉, 충전 상태 정보를 백분율로 나타낸다. 즉, 최대 충전 상태에서 SOC는 100%를 나타내며, 최소 충전 상태에서 SOC는 0%를 나타낸다.
배터리 열화 상태 추정부(114)는 배터리 용량 추정부(112)로부터 배터리의 전류 적산량을 수신하고, 다음의 수학식 1을 이용하여 배터리의 열화 상태(State Of Health, SOH)를 추정한다. SOH는 배터리의 열화 상태를 의미하고, 배터리를 사용할수록 내부 저항이 증가해 용량이 열화되고, 그 열화량이 얼마인지를 나타내는 수치로 열화를 나타낸다.
여기서, 물리적 용량은 배터리의 출하 시, 즉 가장 초기의 배터리 용량을 의미하며, 전류 적산량은 제 1시점과 제 2시점으로부터 추출한 전류 적산량을 의미한다.
제어모듈(115)은 배터리 열화 상태 추정부(114)에서 추정한 배터리의 열화 상태 정보와, 배터리 용량 추정부(112)에서 추정한 배터리의 전류 적산량 정보를 주기적으로 배터리 코디네이트 서비스 관리부(120)로 전송한다.
다시 말해, 제어모듈(115)은 각각의 배터리 분석 진단부(110)에서 추정한 각각의 배터리(30)의 열화 상태 정보와 전류 적산량 정보를 주기적으로 배터리 코디네이트 서비스 관리부(120)로 전송한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 코디네이트 서비스 관리부의 내부 구성을 간략하게 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 SOH-IR 룩업 테이블의 일례를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기차 사용후 배터리 재사용을 위한 코디네이트 서비스 제공 방법을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 코디네이트 서비스 관리부(120)는 통신부(121), 배터리 등급 분류부(122), 애플리케이션 관리부(123), 제어부(124), 저장부(125), 표준오차 계산부(126) 및 배터리 모니터링부(127)를 포함한다.
통신부(121)는 각각의 배터리 분석 진단부(110)와 통신 연결되는 통신 인터페이스를 제공하고, 각각의 배터리 분석 진단부(110)에서 각각의 배터리(30)의 열화 상태 정보와 전류 적산량 정보를 주기적으로 수신한다.
배터리 등급 분류부(122)는 배터리 열화 상태 추정부(114)에서 추정한 배터리의 열화 상태 정보와, 배터리 내부 저항 추정부(113)에서 추정한 배터리 내부 저항 정보를 배터리가 사용되는 용도에 맞게 매칭하여 SOH-IR(Inner Resistance) 룩업 테이블(도 5)을 생성한다.
도 5에 도시된 바와 같이, SOH-IR 룩업 테이블은 배터리(30)의 열화 상태 정보와 배터리(30)의 내부 저항에 따라 배터리(30)의 등급을 분류한 표이다.
배터리 등급 분류부(122)는 각각의 배터리 분석 진단부(110)에서 배터리(30)의 열화 상태 정보와 내부저항 정보를 수신할 때마다 SOH-IR 룩업 테이블에 대입하여 배터리 등급을 분류한다.
재사용되는 배터리(30)는 EV 자동차, 소형 EV, 대형 축전지, 공장 백업 시스템, EV버스, 골프카트, 전동 포크레인, 무인 운반로봇, 가정용 ESS 등 용도에 따라 해당 용도에 맞는 맞춤형 배터리를 사용될 수 있다.
배터리 등급 분류부(122)는 배터리(30)를 A등급, B등급, C등급의 3등급으로 나누어 분류한다.
A-1 등급과 A-2 등급은 가장 상태가 좋은 배터리 셀의 분류 등급으로, 후처리 작업이 필요없이 즉시 재사용 가능하며, 퍼스널 모빌리티(Personal Mobility)를 포함하는 이동형 장치, 대용량 에너지저장장치(Energy Storage System, ESS) 등 제한없이 사용 가능한 배터리 셀을 분류하는 등급이 될 수 있다.
A-1 등급과 A-2 등급은 주로 발전소, 충전소 등에서 전력 보조 장치로 이용될 수 있다.
B-1 등급과 B-2 등급은 상태가 좋은 배터리 셀의 분류 등급으로, 일부 후처리 작업을 통해 재사용 가능하며, 안전성의 문제로 이동형 장치에는 사용이 제한적이나 무정전전원장치(Unintrruptible Power Supply system, UPS), 가정용 에너지저장장치(ESS) 등에 사용 가능한 배터리 셀을 분류하는 등급이 될 수 있다.
C-1 등급, C-2 등급, B-3 등급은 상태가 양호한 배터리 셀의 분류 등급으로, 후처리 작업이 필수적이며, 안전성의 문제로 이동형 장치 또는 고용량 장치에는 사용이 불가하나 300W 이하의 저용량이면서 고정형으로 사용되는 가로등 전원장치 등으로 사용 가능한 배터리 셀을 분류하는 등급이 될 수 있다.
도 5에서 SOH-IR 룩업 테이블은 Grade를 나누는 기준이 배터리 제조사 및 모델별로 셀의 내부 저항이 다르다는 것을 감안한 것이다.
A Grade는 제조사 및 모델별 셀 내부 저항의 평균값과 측정된 셀들의 내부 저항 최솟값을 구한 뒤, 평균값과 최솟값의 중간값보다 저항이 낮은 셀들을 A Grade로 정의한다.
B Grade는 A Grade와 C Grade의 중간 모든값들이다.
C Grade는 제조사 및 모델별 셀 내부 저항의 평균값과 측정된 셀들의 내부 저항 최댓값을 구한 뒤, 평균값과 최댓값의 중간값보다 저항이 높은 셀들을 C Grade로 정의한다.
Available는 SOH가 50 내지 70%인 셀들이 내부 저항과 관계없이 사용할 수 있음과 없음으로 나누어진다. 사용할 수 있는 셀들을 B-3 등급으로 하고, 사용할 수 없는 셀들을 재활용한다.
제어부(124)는 통신부(121)를 통해 배터리(30)의 열화 상태 정보(SOH)와 내부 저항 정보(IR)를 수신한다(S100, S101).
배터리 등급 분류부(122)는 배터리(30)의 열화 상태 정보(SOH)와 내부 저항 정보(IR)를 SOH-IR 룩업 테이블(도 5)에 대입한다.
배터리 등급 분류부(122)는 SOH가 80% 이상인지, 70 내지 80%인지, 50 내지 70%인지 판단한다(S102, S112, S122).
배터리 등급 분류부(122)는 SOH가 80% 이상인 경우, 내부 저항이 A Grade인지, B Grade 인지, C Grade 인지 판단한다. (S103, S106, S109).
배터리 등급 분류부(122)는 내부저항이 A Grade인 경우, 배터리 등급이 A-1 등급으로 분류하고(S104), 애플리케이션 관리부(123)는 A-1 등급으로 분류한 배터리가 적용 가능한 제1 애플리케이션에 매칭한다(S105).
배터리 등급 분류부(122)는 내부저항이 B Grade에 속하는 경우, 배터리 등급이 B-1 등급으로 분류하고(S107), 애플리케이션 관리부(123)는 B-1 등급으로 분류한 배터리가 적용 가능한 제2 애플리케이션에 매칭한다(S108).
배터리 등급 분류부(122)는 내부저항이 C Grade에 속하는 경우, 배터리 등급이 C-1 등급으로 분류하고(S110), 애플리케이션 관리부(123)는 C-1 등급으로 분류한 배터리가 적용 가능한 제3 애플리케이션에 매칭한다(S111).
배터리 등급 분류부(122)는 SOH가 70 내지 80%에 속하는 경우, 내부저항이 A Grade인지, B Grade인지, C Grade인지 판단한다(S113, S116, S119).
배터리 등급 분류부(122)는 내부저항이 A Grade인 경우, 배터리 등급이 A-2 등급으로 분류하고(S114), 애플리케이션 관리부(123)는 A-2 등급으로 분류한 해당 배터리가 적용 가능한 제4 애플리케이션에 매칭한다(S115).
배터리 등급 분류부(122)는 내부저항이 B Grade에 속하는 경우, 배터리 등급이 B-2 등급으로 분류하고(S117), 애플리케이션 관리부(123)는 B-2 등급으로 분류한 배터리가 적용 가능한 제5 애플리케이션에 매칭한다(S118).
배터리 등급 분류부(122)는 내부저항이 C Grade에 속하는 경우, 배터리 등급이 C-2 등급으로 분류하고(S120), 애플리케이션 관리부(123)는 C-2 등급으로 분류한 배터리가 적용 가능한 제6 애플리케이션에 매칭한다(S121).
배터리 등급 분류부(122)는 SOH가 50 내지 70%에 속하는 경우, 셀의 사용 가능 여부를 판단한다(S122, S123).
배터리 등급 분류부(122)는 셀이 사용 가능한 경우, 배터리 등급이 B-3 등급으로 분류하고(S124), 애플리케이션 관리부(123)는 B-3 등급으로 분류한 배터리가 적용 가능한 제7 애플리케이션에 매칭한다(S125)
배터리 등급 분류부(122)는 SOH가 50 내지 70%에 속하지 않거나, 셀이 사용 가능하지 못한 경우, 해당 배터리가 재활용된다(S126).
배터리 등급 분류부(122)는 열화 상태 정보가 80% 이상인지, 70 내지 80%인지, 50 내지 70%인지 판단하고, 열화 상태 정보의 퍼센트율 범위마다 대응하는 내부저항의 등급을 세분화하여 배터리 등급을 복수개로 분류한다.
여기서, 복수개로 분류한 배터리 등급은 배터리가 사용되는 용도에 따라 분류할 수 있다.
애플리케이션 관리부(123)는 배터리 등급 분류부(122)에 의해 각각의 배터리 분석 진단부(110)로부터 배터리의 내부 저항과 배터리의 열화 상태 정보를 수신할 때마다 배터리 등급이 변경되고, 이에 따라 해당 배터리가 적용 가능한 애플리케이션도 변경될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 코디네이트 서비스 결과의 연장선으로 배터리 설계의 모습을 나타낸 도면이다.
통신부(121)는 외부 서버나 사용자 단말(20)로부터 배터리 용량 정보를 수신한다.
배터리팩 설계부(130)는 통신부(121)를 통해 각각의 배터리 분석 진단부(110)로부터 수신한 각각의 배터리(30)의 전류 적산량과, 사용자 단말(20)로부터 수신한 원하는 배터리 용량 정보를 비교하여 분석한다.
배터리팩 설계부(130)는 배터리 용량 정보보다 배터리(30)의 전류 적산량이 큰 경우, 해당 배터리(30)가 사용 용도에 맞다고 판단할 수 있다.
배터리팩 설계부(130)는 배터리 용량 정보보다 배터리(30)의 전류 적산량이 작은 경우, 하나 이상의 배터리(30)를 병렬로 연결하여 총 배터리 용량을 계산하고, 계산한 총 배터리 용량이 배터리 용량 정보보다 클 때까지 반복된다.
배터리팩 설계부(130)는 여러 개의 배터리를 병렬로 연결하고, 총 배터리 용량을 증가시키고, 2개 이상의 배터리를 직렬로 연결하여 전압을 증가시키며, 이에 따라 사용되는 요구에 작합하게 배터리팩 또는 모듈을 구성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배터리팩에 포함된 여러 배터리 셀들의 시간에 따른 전압 변화와, 컷오프 전압을 모니터링하는 모습을 나타낸 도면이다.
표준오차 계산부(126)는 각각의 배터리(30)의 시간에 따른 전압값을 주기적으로 수신하여 저장부(125)에 저장한다(도 8의 (a)).
표준오차 계산부(126)는 배터리(30)로부터 수신한 시간에 따른 전압값의 평균값에서 원래 데이터에 대한 오차 범위의 근사값인 표준 편차(σ)를 다음의 수학식 2에 의해 계산한다.
여기서, 는 시간에 따른 전압값의 평균값이고, x는 시간에 따른 전압값, n은 전압값의 총 개수이고, 은 편차 제곱의 평균(분산)을 나타낸다.
표준오차 계산부(126)는 계산한 표준 편차를 으로 나누면, 수학식 3에 의해 표준오차(Standard Error of Measurement, SEM)를 계산한다.
표준오차 계산부(126)는 배터리의 시간에 따른 전압값들 간의 표준 오차를 실시간으로 계산한다.
배터리 모니터링부(127)는 표준 오차 값의 변화량을 계산하고, 계산한 표준 오차 값의 변화량을 기초로 배터리팩 또는 모듈 내부의 셀들 간 열화 상태 차이를 추정한다.
도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 배터리 모니터링부(127)는 계산한 표준 오차 값의 변화량을 기초로 배터리팩 또는 모듈 내부의 셀들 간 열화 상태 차이를 추정할 수 있으므로, 해당 배터리팩 또는 모듈의 불량 상태를 모니터링 할 수 있도록 경고 신호를 생성하여 통신부(121)를 통해 배터리 분석 진단부(110)로 전송한다.
배터리 모니터링부(127)는 배터리팩에 포함된 여러 배터리 셀들의 컷오프 전압을 모니터링하여 배터리팩 전체 차단을 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 코디네이트 서비스 관리부의 내부 구성을 간략하게 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 SOH와 계수의 상관 관계표를 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 코디네이트 서비스 관리부에서 배터리팩을 구성하는 코디네이트 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 코디네이트 서비스 관리부(120)는 입력부(128), 배터리 측정부(128a) 및 배터리팩 구성부(129)를 포함한다.
입력부(128)는 단일팩 또는 확장팩의 하나의 배터리팩 종류를 입력받는다(S200).
입력부(128)는 배터리팩 종류를 단일팩으로 입력되면, 단일팩에 따라 고객이 사용하고자하는 애플리케이션의 스펙을 입력하도록 요구 파라미터(Req Parameter)를 입력받는다(S210). 여기서, 요구 파라미터는 팩 최대 허용전압과 팩 소모전력을 포함한다.
배터리 측정부(128a)는 사용후 배터리의 전류 적산량을 측정한다.
배터리팩 구성부(129)는 배터리 측정부(128a)에서 측정한 전류 적산량과 기설정된 물리적 용량을 전술한 수학식 1에 대입하여 SOH를 계산한다.
배터리팩 구성부(129)는 입력부(128)에서 입력된 팩 최대 허용전압과 팩 소모전력을 다음의 수학식 4에 대입하여 고객 요구 전류를 계산한다(S220).
예를 들어, 팩 최대 허용전압이 100V(고객 요구사항)이고, 팩 소모전력이 1000W(고객 요구사항)이라고 가정하는 경우, 1000W/100V = 10A가 된다.
배터리 측정부(128a)에서 열화 상태 80%로 가정하는 경우, 사용후 배터리의 전류 적산량을 측정하면, 8A가 된다.
여기서, 사용후 배터리의 전류 적산량은 배터리를 최대로 충전한 후, 완전 방전시켰을 때 측정된 용량이다.
배터리팩 구성부(129)는 도 10의 SOH와 계수의 상관 관계표를 기초로 SOH에 매칭되는 충전 전압과 방전 전압의 계수를 추출한다. 예를 들어, SOH가 85%라고 가정하는 경우, 충전 전압 4.0V, 방전 전압 3.0V가 된다.
도 10의 상관 관계표는 사용후 배터리의 SOH에 따른 최대 충전 전압과 최대 방전 전압을 임의로 제한을 두어 전류 적산량을 재측정하기 위한 것이다.
배터리 측정부(128a)는 추출한 충전 전압과 방전 전압을 이용하여 배터리를 충전 전압까지 충전시키고, 방전 전압까지 방전시켰을 때의 제2 전류 적산량을 재측정한다. 예를 들어, 배터리를 충전 전압 4.0V까지 충전시키고, 방전 전압 3.0V까지 방전시켰을 때의 제2 전류 적산량을 재측정한다.
배터리팩 구성부(129)는 팩 최대 허용전압이 100V이고, 충전 전압이 4.0V인 경우, 다음의 수학식 5에 대입하여 셀의 직렬 개수(100/4=25)를 계산한다.
셀의 직렬 개수가 25이므로 25개의 셀을 직렬로 연결한다. 셀을 직렬로 연결하면 전압이 늘어나기 때문이다.
배터리팩 구성부(129)는 배터리 측정부(128a)에서 재측정한 제2 전류 적산량이 계산한 고객 요구 전류보다 보다 같거나 크도록 셀의 병렬 개수를 계산한다.
예를 들어, 계산한 고객 요구 전류가 10A이고, 배터리 측정부(128a)에서 재측정한 제2 전류 적산량이 6.5A인 경우, 6.5A가 최소 2개가 필요하여 셀의 병렬 개수가 2가 된다. 6.5×2 = 13A는 고객 요구 전류 10A를 충족하므로 고객의 요구 사항을 만족시킬 수 있다. 이는 셀을 병렬로 연결하면, 전압은 늘어나지 않고, 용량만 늘어나기 때문이다.
배터리팩 구성부(129)는 셀의 직렬 개수와 셀의 병렬 개수를 이용하여 25s_2p의 단일팩을 구성한다(S230).
여기서, 25s_2p는 25개의 셀을 직렬로 연결하고, 2개의 셀을 병렬로 연결한다는 의미이다, 따라서, 총 50개(25×2)의 셀이 필요한 것이다.
여기서, s가 series의 직렬 연결이고, p가 parallel의 병렬 연결이다.
이렇게 만들어진 단일팩의 팩 공칭전압은 셀 1개의 공칭전압 × 셀의 개수이므로 셀 1개의 공칭전압을 3.7V로 가정하고, 3.7V × 25 = 92.5V가 된다.
입력부(128)는 배터리팩 종류를 확장팩으로 입력되면, 확장팩에 따라 고객이 사용하고자하는 애플리케이션의 사양을 입력하도록 요구 파라미터(Req Parameter)를 입력받는다(S240).
배터리 측정부(128a)는 사용후 배터리의 전류 적산량을 측정한다.
배터리팩 구성부(129)는 배터리 측정부(128a)에서 측정한 전류 적산량과 기설정된 물리적 용량을 전술한 수학식 1에 대입하여 SOH를 계산한다.
배터리팩 구성부(129)는 입력부(128)에서 입력된 팩 최대 허용전압과 팩 소모전력을 전술한 수학식 4에 대입하여 고객 요구 전류를 계산한다(S250).
배터리팩 구성부(129)는 도 10의 SOH와 계수의 상관 관계표를 기초로 SOH에 매칭되는 충전 전압과 방전 전압의 계수를 추출한다.
배터리 측정부(128a)는 추출한 충전 전압과 방전 전압을 이용하여 배터리를 충전 전압까지 충전시키고, 방전 전압까지 방전시켰을 때의 제2 전류 적산량을 재측정한다.
배터리팩 구성부(129)는 팩 최대 허용전압이 100V이고, 충전 전압이 4.0V인 경우, 전술한 수학식 5에 대입하여 셀의 직렬 개수(100/4=25)를 계산한다.
배터리팩 구성부(129)는 셀의 직렬 개수를 소인수 분해하여 결과값을 산출하고, 산출된 결과값을 기초로 직렬로 사용 가능한 경우의 수를 생성하며, 생성한 경우의 수에 따른 배터리 모듈의 개수를 계산한다(S260).
예를 들어, 셀의 직렬 개수가 25개인 경우, 소인수 분해한 결과값이 1×5×5가 되고, 결과값을 기초로 직렬로 사용 가능한 경우의 수와 이에 따른 배터리 모듈의 개수를 계산하면, 다음의 표 1과 같다.
배터리팩 구성부(129)는 배터리 측정부(128a)에서 재측정한 제2 전류 적산량이 계산한 고객 요구 전류보다 보다 같거나 크도록 셀의 병렬 개수를 계산한다.
배터리팩 구성부(129)는 셀의 직렬 개수와 셀의 병렬 개수를 이용하여 5s_2p 모듈을 5개 직렬(배터리 모듈의 개수)로 연결하는 확장팩을 구성한다(S270).
여기서, 5s_2p는 5개의 셀이 직렬로 연결되어 있고, 2개의 직렬로 연결된 셀을 병렬로 연결한다는 의미이다., 따라서, 총 10개의 셀(5×2)이 필요한 것이다.
본 명세서의 실시예에 따른 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.
실시예들에서, 프로그램 가능한 로직 장치(예를 들어, 필드 프로그래머블 게이트 어레이)가 여기서 설명된 방법들의 기능의 일부 또는 전부를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 실시예들에서, 필드 프로그래머블 게이트 어레이는 여기서 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 마이크로프로세서와 함께 작동할 수 있다. 일반적으로, 방법들은 어떤 하드웨어 장치에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 배터리 플랫폼 서비스 시스템 20: 사용자 단말
30: 배터리 100: 배터리 플랫폼 서비스 장치
110: 배터리 분석 진단부 111: 센싱부
112: 배터리 용량 추정부 113: 배터리 내부 저항 추정부
114: 배터리 열화 상태 추정부 115: 제어모듈
120: 배터리 코디네이트 서비스 관리부 121: 통신부
122: 배터리 등급 분류부 123: 애플리케이션 관리부
124: 제어부 125: 저장부
126: 표준오차 계산부 127: 배터리 모니터링부
130: 배터리팩 설계부 140: 네트워킹 중개부
150: 프로세서 160: 홈페이지 구성부
30: 배터리 100: 배터리 플랫폼 서비스 장치
110: 배터리 분석 진단부 111: 센싱부
112: 배터리 용량 추정부 113: 배터리 내부 저항 추정부
114: 배터리 열화 상태 추정부 115: 제어모듈
120: 배터리 코디네이트 서비스 관리부 121: 통신부
122: 배터리 등급 분류부 123: 애플리케이션 관리부
124: 제어부 125: 저장부
126: 표준오차 계산부 127: 배터리 모니터링부
130: 배터리팩 설계부 140: 네트워킹 중개부
150: 프로세서 160: 홈페이지 구성부
Claims (8)
- 입력부, 배터리 측정부, 배터리팩 구성부로 이루어진 배터리 플랫폼 서비스 장치를 이용한 서비스 제공 방법에 있어서,
상기 입력부는 고객이 사용하고자하는 애플리케이션 사양에 따른 팩 최대 허용전압과 팩 소모전력을 포함한 요구 파라미터(Req Parameter)를 입력받는 단계;
상기 배터리 측정부는 배터리를 사용한 후 재사용하기 위한 사용후 배터리의 전류 적산량을 측정하는 단계;
상기 배터리팩 구성부는 상기 배터리 측정부에서 측정한 전류 적산량을 기설정된 물리적 용량으로 나누어 SOH(State Of Health)를 계산하는 단계;
상기 배터리팩 구성부는 상기 팩 소모전력을 상기 팩 최대 허용전압으로 나누어 고객 요구 전류를 계산하는 단계;
상기 배터리 측정부는 상기 SOH에 대응하는 충전 전압과 방전 전압을 포함한 상관 관계표를 이용하여 상기 계산한 SOH에 매칭되는 충전 전압과 방전 전압의 계수를 추출하는 단계;
상기 배터리 측정부는 상기 추출한 충전 전압과 방전 전압을 이용하여 배터리를 충전 전압까지 충전시키고, 방전 전압까지 방전시켰을 때의 제2 전류 적산량을 재측정하는 단계;
상기 배터리팩 구성부는 상기 팩 최대 허용전압을 상기 충전 전압으로 나누어 셀의 직렬 개수를 계산하고, 상기 제2 전류 적산량이 상기 계산한 고객 요구 전류보다 같거나 크도록 셀의 병렬 개수를 계산하는 단계; 및
상기 셀의 직렬 개수와 상기 셀의 병렬 개수를 이용하여 단일팩 또는 확장팩을 구성하는 단계를 포함하고,
상기 셀의 병렬 개수를 계산하는 단계는,
상기 배터리팩 구성부는 상기 셀의 직렬 개수를 소인수 분해하여 결과값을 산출하고, 상기 산출된 결과값을 기초로 직렬로 사용 가능한 경우의 수를 생성하며, 상기 생성한 경우의 수에 따른 배터리 모듈의 개수를 계산하는 단계; 및
상기 배터리팩 구성부는 상기 제2 전류 적산량이 상기 계산한 고객 요구 전류보다 같거나 크도록 셀의 병렬 개수를 계산하는 단계를 더 포함하는 플랫폼 서비스 장치를 이용한 서비스 제공 방법. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 셀의 직렬 개수, 상기 셀의 병렬 개수 및 상기 배터리 모듈의 개수를 이용하여 상기 확장팩을 구성하는 단계를 더 포함하는 플랫폼 서비스 장치를 이용한 서비스 제공 방법. - 고객이 사용하고자하는 애플리케이션 사양에 따른 팩 최대 허용전압과 팩 소모전력을 포함한 요구 파라미터(Req Parameter)를 입력받는 입력부;
배터리를 사용한 후 재사용하기 위한 사용후 배터리의 전류 적산량을 측정하는 배터리 측정부; 및
상기 배터리 측정부에서 측정한 전류 적산량을 기설정된 물리적 용량으로 나누어 SOH(State Of Health)를 계산하고, 상기 팩 소모전력을 상기 팩 최대 허용전압으로 나누어 고객 요구 전류를 계산하고, 상기 SOH에 대응하는 충전 전압과 방전 전압을 포함한 상관 관계표를 이용하여 상기 계산한 SOH에 매칭되는 충전 전압과 방전 전압의 계수를 추출하는 배터리팩 구성부를 포함하며,
상기 배터리 측정부는 상기 추출한 충전 전압과 방전 전압을 이용하여 배터리를 충전 전압까지 충전시키고, 방전 전압까지 방전시켰을 때의 제2 전류 적산량을 재측정하고, 상기 배터리팩 구성부는 상기 팩 최대 허용전압을 상기 충전 전압으로 나누어 셀의 직렬 개수를 계산하고, 상기 제2 전류 적산량이 상기 계산한 고객 요구 전류보다 같거나 크도록 셀의 병렬 개수를 계산하며, 상기 셀의 직렬 개수와 상기 셀의 병렬 개수를 이용하여 단일팩 또는 확장팩을 구성하고,
상기 배터리팩 구성부는 상기 셀의 직렬 개수를 소인수 분해하여 결과값을 산출하고, 상기 산출된 결과값을 기초로 직렬로 사용 가능한 경우의 수를 생성하며, 상기 생성한 경우의 수에 따른 배터리 모듈의 개수를 계산하고, 상기 제2 전류 적산량이 상기 계산한 고객 요구 전류보다 같거나 크도록 셀의 병렬 개수를 계산하며, 상기 셀의 직렬 개수, 상기 셀의 병렬 개수 및 상기 배터리 모듈의 개수를 이용하여 상기 확장팩을 구성하는 전기차 사용후 배터리 재사용을 위한 플랫폼 서비스 장치. - 삭제
- 센싱부로부터 수신한 배터리의 전류 데이터와 전압 데이터를 이용하여 상기 배터리의 내부 저항을 추정하는 배터리 내부 저항 추정부와, 상기 전류 데이터와 상기 전압 데이터를 기초로 제1 시점과 제2 시점 사이의 배터리 셀의 전류 적산량을 산출하는 배터리 용량 추정부와, 상기 산출한 전류 적산량을 이용하여 상기 배터리의 열화 상태 정보(State Of Health, SOH)를 추정하는 배터리 열화 상태 추정부로 이루어진 배터리 분석 진단부;
상기 열화 상태 정보를 기초로 복수의 애플리케이션 중 해당 배터리가 적용 가능한 애플리케이션을 매칭하여 코디네이트 서비스를 제공하는 배터리 코디네이트 서비스 관리부를 포함하고,
상기 배터리 코디네이트 서비스 관리부는,
상기 배터리의 시간에 따른 전압값을 주기적으로 수신하고, 상기 수신한 시간에 따른 전압값의 평균값에서 원래 데이터에 대한 오차 범위의 근사값인 표준 편차를 계산하고, 상기 계산한 표준 편차를 이용하여 상기 배터리의 시간에 따른 전압값들 간의 표준 오차를 계산하는 표준오차 계산부; 및
상기 표준 오차 값의 변화량을 계산하고, 상기 계산한 표준 오차 값의 변화량을 기초로 배터리팩 또는 모듈 내부의 셀들 간 열화 상태 차이를 추정하는 배터리 모니터링부를 더 포함하는 전기차 사용후 배터리 재사용을 위한 플랫폼 서비스 장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 배터리 코디네이트 서비스 관리부는 상기 배터리의 열화 상태 정보와 상기 배터리의 내부 저항 정보에 따라 배터리 등급을 분류한 SOH-IR(Inner Resistance) 룩업 테이블을 생성하고, 상기 배터리 열화 상태 추정부에서 수신한 배터리의 열화 상태 정보와, 상기 배터리 내부 저항 추정부에서 수신한 배터리의 내부 저항 정보를 상기 SOH-IR 룩업 테이블에 대입하여 배터리가 사용되는 용도에 맞게 배터리 등급을 분류하며, 상기 분류한 배터리 등급에 적용 가능한 애플리케이션을 매칭하는 배터리 등급 분류부를 더 포함하는 전기차 사용후 배터리 재사용을 위한 플랫폼 서비스 장치. - 삭제
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230004909A KR102664486B1 (ko) | 2023-01-12 | 2023-01-12 | 전기차 사용후 배터리 재사용을 위한 플랫폼 서비스 장치 및 이를 이용한 서비스 제공 방법 |
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| KR20150029204A (ko) * | 2013-09-09 | 2015-03-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | 배터리 팩, 배터리 팩을 포함하는 장치, 및 배터리 팩의 관리 방법 |
| KR101897077B1 (ko) | 2017-07-28 | 2018-09-10 | 현대오트론 주식회사 | 배터리 관리 시스템, 및 그것의 동작 방법 |
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| KR102367195B1 (ko) * | 2021-01-21 | 2022-02-24 | 한국전지연구조합 | 사용 후 배터리 모듈 잔존 가치 평가 시스템 및 그 방법 |
| KR20220027791A (ko) * | 2020-08-27 | 2022-03-08 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 배터리 통합 관리 플랫폼 서비스 시스템 및 방법 |
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| JP2022147154A (ja) * | 2021-03-23 | 2022-10-06 | トヨタ自動車株式会社 | 電池管理システム |
-
2023
- 2023-01-12 KR KR1020230004909A patent/KR102664486B1/ko active IP Right Grant
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