KR20120072444A - 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치는 상기 축전지의 방전 전압을 측정하는 방전 전압 측정부와; 다수의 기준 방전 전압 곡선이 저장된 방전 곡선 데이터베이스와; 상기 다수의 기준 방전 전압 곡선 중 상기 방전 전압 측정부에 의해 측정된 상기 방전 전압과 상기 축전지의 방전 시간에 근접한 어느 하나를 추출하고, 상기 추출된 기준 방전 전압 곡선에서 기 설정된 종지 전압까지의 남은 시간을 제1 잔여 사용 시간으로 산출하는 제1 잔여 사용 시간 산출부와; 상기 추출된 기준 방전 전압 곡선 상에서 기 설정된 측정 전압 범위 내에서 산출되는 상기 축전지의 잔존 용량에 기초하여 제2 잔여 사용 시간을 산출하는 제2 잔여 사용 시간 산출부와; 상기 제1 잔여 사용 시간과 제2 잔여 사용 시간의 평균값에 기초하여 상기 축전지의 최종 잔여 사용 시간을 산출하는 메인 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 다수의 기준 방전 전압 곡선 중 현재 축전지의 방전 상태와 근접한 기준 방전 전압 곡선에 기초하여 제1 잔여 사용 시간 및 제2 잔여 사용 시간의 평균값을 이용하여 축전지의 최종 잔여 사용 시간을 산출함으로서, 축전지의 보다 정확한 잔여 사용 시간을 예측할 수 있게 된다.

Description

축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING REMAINING TIME OF BATTERY}
본 발명은 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 기준 방전 전압 곡선 중 현재 축전지의 방전 상태와 근접한 기준 방전 전압 곡선을 이용하여 축전지의 잔여 사용 시간을 보다 정확하게 측정할 수 있는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 축전지를 전원으로 사용하는 시스템에서는 축전지의 잔여 사용 시간을 예측하는 기술이 적용되어 사용자에게 현재의 축전지 상태에서 사용할 수 있는 잔여 시간에 정보를 알려주고 있다.
축전지의 잔여 사용 시간을 예측하는 기술로는 배터리의 총 용량(Total Capacity)에서 사용 전류의 적분 결과를 감산하여 잔여 용량(Remaining Capacity)을 산출하고, 잔여 용량을 이용하여 축전지의 잔여 사용 시간을 산출하는 기술이 널리 사용되고 있다.
그런데, 상기와 같이 축전지의 총 용량에서 사용전류의 적분 결과를 감산하여 잔여 용량을 산출하는 방법은 축전지의 통상적인 사용 환경, 즉 상온 상태에서 일정한 부하가 인가될 때에는 예측의 정확도가 일정 부분 보장될 수 있으나, 온도 환경의 변화나 부하의 변화 등과 같이 축전지의 사용 환경이 변하게 되면, 그 정확도가 현저히 떨어지는 문제점이 있다.
축전지의 잔여 사용 시간의 예측 기술은 휴대전화나 휴대용 멀티미디어 기기, 또는 노트북과 같이 일상적인 전자기기에서 예측의 정확성이 높지 않아도 큰 문제를 야기하지는 않는다.
그러나, 전기 자동차, 전동 휠체어와 같이 축전지를 주 동력원으로 운영되는 시스템의 경우 축전지의 잔여 사용 시간의 잘못된 예측은 자칫 전기 자동차나 전동 휠체어의 운행 중 축전지의 용량 소진으로 인해 그 운행이 멈추거나 고장을 유발할 위험이 있어, 축전지의 잔여 사용 시간을 정확히 예측하는 기술이 요구되고 있다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다수의 기준 방전 전압 곡선 중 현재 축전지의 방전 상태와 근접한 기준 방전 전압 곡선을 이용하여 축전지의 잔여 사용 시간을 보다 정확하게 측정할 수 있는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치에 있어서, 상기 축전지의 방전 전압을 측정하는 방전 전압 측정부와; 다수의 기준 방전 전압 곡선이 저장된 방전 곡선 데이터베이스와; 상기 다수의 기준 방전 전압 곡선 중 상기 방전 전압 측정부에 의해 측정된 상기 방전 전압과 상기 축전지의 방전 시간에 근접한 어느 하나를 추출하고, 상기 추출된 기준 방전 전압 곡선에서 기 설정된 종지 전압까지의 남은 시간을 제1 잔여 사용 시간으로 산출하는 제1 잔여 사용 시간 산출부와; 상기 추출된 기준 방전 전압 곡선 상에서 기 설정된 측정 전압 범위 내에서 산출되는 상기 축전지의 잔존 용량에 기초하여 제2 잔여 사용 시간을 산출하는 제2 잔여 사용 시간 산출부와; 상기 제1 잔여 사용 시간과 제2 잔여 사용 시간의 평균값에 기초하여 상기 축전지의 최종 잔여 사용 시간을 산출하는 메인 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 메인 제어부는 기 설정된 갱신 주기로 상기 다수의 기준 방전 전압 곡선 중 현재 방전 전압과 현재 방전 시간에 근접한 어느 하나가 추출되어 갱신되도록 상기 제1 잔여 사용 시간 산출부를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 제2 잔여 사용 시간 산출부는 수학식 LT = RC/i (여기서, LT는 상기 제2 잔여 사용 시간이고, i는 단위 시간당 방전 전류의 평균이고, RC는 상기 축전지의 잔존 용량이다)에 의해 상기 제2 잔여 사용 시간을 산출할 수 있다.
또한, 상기 축전지의 잔존 용량은 수학식 RC = TC -
Figure pat00001
(여기서, TC는 상기 기 설정된 측정 전압 범위 내에서의 상기 축전지의 총 용량이고, i는 상기 축전지의 방전시 샘플링된 전류의 크기이다)에 의해 산출될 수 있다.
그리고, 상기 축전지의 상기 총 용량은 상기 측정 전압 범위 내에서 상기 추출된 기준 방전 전압 곡선이 선형화되고, 상기 선형화된 직선에 대한 적분값으로 산출될 수 있다.
또한, 상기 측정 전압 범위는 상기 축전지의 최대 전압의 90%에서 상기 종지 전압까지로 설정될 수 있다.
그리고, 상기 메인 제어부는 상기 축전지의 사용 상태 가중치와 상기 축전지의 사용 환경 가중치 중 적어도 어느 하나를 상기 평균값에 반영하여 상기 최종 잔여 사용 시간을 산출할 수 있다.
또한, 상기 사용 상태 가중치는 상기 축전지의 임피던스의 변화에 따른 임피던스 가중치와, 상기 축전지의 충전 및 방전 사이클에 따른 충방전 사이클 가중치와, 상기 축전지의 과충전 및 과방전 회수에 대한 과충방전 가중치 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 사용 환경 가중치는 상기 축전지의 외부 온도에 대한 외부 온도 가중치를 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라, 축전지의 잔여 사용 시간 측정 방법에 있어서, (a) 다수의 기준 방전 전압 곡선을 등록하는 단계와; (b) 상기 축전지의 방전 전압을 측정하는 단계와; (c) 상기 다수의 기준 방전 전압 곡선 중 상기 측정된 방전 전압과 상기 축전지의 방전 시간에 근접한 어느 하나를 추출하는 단계와; (d) 상기 추출된 기준 방전 전압 곡선에서 기 설정된 종지 전압까지의 남은 시간을 제1 잔여 사용 시간으로 산출하는 단계와; (e) 상기 추출된 기준 방전 전압 곡선 상에서 기 설정된 측정 전압 범위 내에서 산출되는 상기 축전지의 잔존 용량에 기초하여 제2 잔여 사용 시간을 산출하는 단계와; (f) 상기 제1 잔여 사용 시간과 제2 잔여 사용 시간의 평균값에 기초하여 상기 축전지의 최종 잔여 사용 시간을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 방법에 의해서도 달성될 수 있다.
여기서, 상기 (d) 단계에서 추출되는 상기 기준 방전 전압 곡선은 상기 등록된 다수의 방전 전압 곡선 중 기 설정된 갱신 주기로 현재 방전 전압과 현재 방전 시간에 근접한 어느 하나가 추출되어 갱신될 수 있다.
그리고, 상기 (e) 단계에서 상기 제2 잔여 사용 시간은 수학식 LT = RC/i (여기서, LT는 상기 제2 잔여 사용 시간이고, i는 단위 시간당 방전 전류의 평균이고, RC는 상기 축전지의 잔존 용량이다)에 의해 산출될 수 있다.
또한, 상기 축전지의 잔존 용량은 수학식 RC = TC -
Figure pat00002
(여기서, TC는 상기 기 설정된 측정 전압 범위 내에서의 상기 축전지의 총 용량이고, i는 상기 축전지의 방전시 샘플링된 전류의 크기이다)에 의해 산출될 수 있다.
그리고, 상기 축전지의 상기 총 용량은 상기 측정 전압 범위 내에서 상기 추출된 기준 방전 전압 곡선이 선형화되고, 상기 선형화된 직선에 대한 적분값으로 산출될 수 있다.
또한, 상기 측정 전압 범위는 상기 축전지의 최대 전압의 90%에서 상기 종지 전압까지로 설정될 수 있다.
여기서, 상기 (f) 단계에서는 상기 축전지의 사용 상태 가중치와 상기 축전지의 사용 환경 가중치 중 적어도 어느 하나가 상기 평균값에 반영하여 상기 최종 잔여 사용 시간이 산출될 수 있다.
그리고, 상기 사용 상태 가중치는 상기 축전지의 임피던스의 변화에 따른 임피던스 가중치와, 상기 축전지의 충전 및 방전 사이클에 따른 충방전 사이클 가중치와, 상기 축전지의 과충전 및 과방전 회수에 대한 과충방전 가중치 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 사용 환경 가중치는 상기 축전지의 외부 온도에 대한 외부 온도 가중치를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 통해, 본 발명에 따르면 다수의 기준 방전 전압 곡선 중 현재 축전지의 방전 상태와 근접한 기준 방전 전압 곡선에 기초하여 제1 잔여 사용 시간 및 제2 잔여 사용 시간의 평균값을 이용하여 축전지의 최종 잔여 사용 시간을 산출함으로서, 축전지의 보다 정확한 잔여 사용 시간을 예측할 수 있게 된다.
또한, 축전지의 임피던스 변화 등과 같은 축전지의 사용 이력과, 축전지의 사용 환경이 최종 잔여 사용 시간의 산출에 가중치로 반영됨으로써, 보다 정확한 잔여 사용 시간의 예측이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치의 구성을 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치의 방전 곡선 데이터베이스에 저장된 기준 방전 전압 곡선의 예를 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치에서 제1 잔여 사용 시간의 산출 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치에서 제2 잔여 사용 시간의 산출 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 축전지의 잔여 사용 시간 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 축전지(300)의 잔여 사용 시간 측정 장치(100)의 구성을 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 잔여 사용 시간 측정 장치(100)는 축전지(300)를 주 동력원으로 하는 부하 시스템(500), 예를 들어 전기 자동차나 전동 휠체어에 내장되어 부하 시스템(500)의 주 동력원인 축전지(300)의 잔여 사용 시간을 측정하고, 측정된 잔여 사용 시간을 사용자에게 제공한다. 여기서, 본 발명에 따른 잔여 사용 시간 측정 장치(100)가 부하 시스템(500)에 내장되는 것을 예로 하고 있으나, 특정 부하 시스템(500)의 축전지(300) 상태를 측정하기 위한 휴대형 단말기 형태로 마련될 수 있음은 물론이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 잔여 사용 시간 측정 장치(100)는 방전 전압 측정부(12), 방전 곡선 데이터베이스(30), 제1 잔여 사용 시간 산출부(20), 제2 잔여 사용 시간 산출부(21) 및 메인 제어부(40)를 포함한다.
방전 전압 측정부(12)는 축전지(300)의 방전 전압을 측정한다. 여기서, 방전 전압 측정부(12)는 측정된 방전 전압을 디지털 신호 형태로 변환하여 메인 제어부(40)로 전달한다.
방전 곡선 데이터베이스(30)에는 다수의 기준 방전 전압 곡선이 저장된다. 도 2는 방전 곡선 데이터베이스(30)에 저장된 다수의 기준 방전 전압 곡선의 예를 도시한 도면이다.
여기서, 방전 곡선 데이터베이스(30)에 저장되는 기준 방전 전압 곡선은 축전지(300)나 부하 시스템(500)의 제조사에서 기 등록한 데이터를 포함할 수 있으며, 본 발명에 따른 잔여 사용 시간 측정 장치(100)가 방전 전압 측정부(12)에 의해 측정된 방전 전압에 기초하여 매회 방전시마다 생성하여 등록할 수 있음은 물론이다. 이에 따라, 축전지(300)나 부하 시스템(500)의 제조사가 보유하고 있는 축전지(300)의 다양한 방전 패턴이나, 실제 사용 중인 축전지(300)의 이전 방전 패턴이 모두 방전 곡선 데이터베이스(30)에 저장될 수 있다.
한편, 제1 잔여 사용 시간 산출부(20)는 방전 곡선 데이터베이스(30)에 저장된 다수의 기준 방전 전압 곡선 중 방전 전압 측정부(12)에 의해 측정된 방전 전압과, 축전지(300)의 방전 시간에 근접한 어느 하나를 추출한다.
도 2를 참조하여 설명하면, 기준 방전 전압 곡선은 축전지(300)의 방전 전압과 사용 시간에 대한 그래프로, 방전 전압 측정부(12)에 의해 측정된 현재 방전 전압과, 축전지(300)의 방전 시간이 만나는 포인트(P)에 해당하는 기준 방전 전압 곡선이나 가장 근접한 기준 방전 전압 곡선이 제1 잔여 사용 시간 산출부(20)에 의해 추출한다.
그리고, 제1 잔여 사용 시간 산출부(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 방전 곡선 데이터베이스(30)로부터 추출된 기준 방전 전압 곡선에서 기 설정된 종지 전압까지의 남은 시간을 제1 잔여 사용 시간(TR1)(TR1)으로 산출한다. 여기서, 본 발명에 따른 축전지(300)의 잔여 사용 시간 측정 장치(100)에서는 종지 전압을 최대 전압의 70% 레벨로 설정하는 것을 예로 한다.
한편, 제2 잔여 사용 시간 산출부(21)는 상기와 같이 추출된 기준 방전 전압 곡선을 이용하여 제2 잔여 사용 시간을 산출한다. 본 발명에 따른 제2 잔여 사용 시간 산출부(21)는 기준 방전 전압 곡선 상에서 기 설정된 측정 전압 범위 내에서 산출되는 축전지(300)의 잔존 용량에 기초하여 제2 잔여 사용 시간을 산출하는 것을 예로 한다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에서는 측정 전압 범위가 축전지(300)의 최대 전압의 90%에서 종지 전압까지로 설정되는 것을 예로 한다. 이 때, 종지 전압은 상술한 바와 같이, 최대 전압의 70%로 설정되는 것을 예로 한다. 그리고, 제2 잔여 사용 시간 산출부(21)는 [수학식 1]을 통해 제2 잔여 사용 시간을 산출한다.
[수학식 1]
LT = RC/i
여기서, LT는 제2 잔여 사용 시간이고, RC는 축전지(300)의 잔존 용량이다. 또한, i는 축전지(300)의 단위 시간당 방전 전류의 평균을 의미하며, 본 발명에서는 단위 시간으로 1분을 설정하여 사용하는 것을 예로 한다. 그리고, 축전지(300)의 잔존 용량은 상술한 바와 같이, 측정 전압 범위 내에서 산출되며, [수학식 2]를 통해 산출된다.
[수학식 2]
RC = TC -
Figure pat00003
여기서, TC는 측정 전압 범위 내에서의 축전지(300)의 총 용량이고, i는 축전지(300)의 방전시 샘플링된 방전 전류의 크기이다. 이 때, 축전지(300)의 방전 전류는, 도 1에 도시된 바와 같이, 방전 전류 측정부(13)에 의해 측정된다. 여기서, [수학식 2]에서, 축전지(300)의 총 용량은 측정 전압 범위 내에서 산출되는데, 측정 전압 범위 내에서 기준 방전 전압 곡선의 적분값에 의해 산출될 수 있다.
본 발명에서는 계산의 편의를 위해 측정 전압 범위 내에서의 기준 방전 전압 곡선을 선형화하고, 선형화된 직선에 대한 적분값을 총 용량으로 산출하는 것을 에로 한다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 측정 전압 범위와 기준 방전 전압 곡선과의 교점을 연결하는 삼각형의 넓이가 총 용량으로 산출된다. 여기서, 기준 방전 전압 곡선의 선형화는 다양한 곡선 핏팅(Curve Fitting) 기법, 예를 들어, 보간법, 추세선 기법, 최소자승법 등이 적용 가능함은 물론이다.
상기와 같이, 제1 잔여 사용 시간 산출부(20)에 의해 제1 잔여 사용 시간(TR1)이 산출되고, 제2 잔여 사용 시간 산출부(21)에 의해 제2 잔여 사용 시간이 산출되면, 메인 제어부(40)는 제1 잔여 사용 시간(TR1)과 제2 잔여 사용 시간의 평균값을 산출하여 평균 잔여 사용 시간을 산출한다.
본 발명에 따른 메인 제어부(40)는 평균 잔여 사용 시간에 기초하여 최종 잔여 사용 시간을 산출할 때, 축전지(300)의 사용 상태 가중치와 축전지(300)의 사용 환경 가중치 중 적어도 어느 하나를 제1 잔여 사용 시간(TR1)과 제2 잔여 사용 시간의 평균값, 즉 평균 잔여 사용 시간에 반영하여 최종 잔여 사용 시간을 산출하는 것을 예로 한다.
여기서, 사용 상태 가중치는 축전지(300)의 사용에 따른 축전지(300)의 상태 변화를 반영하는 것으로, 축전지(300)의 임피던스의 변화에 따른 임피던스 가중치, 축전지(300)의 충전 및 방전 사이클에 따른 충방전 사이클 가중치, 그리고, 축전지(300)의 과충전 및 과방전 회수에 대한 과충방전 가중치 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
축전지(300)의 임피던스의 변화는 축전지(300)의 효율에 영향을 미치게 되며, 이는 축전지(300)의 사용 시간에도 영향을 미치게 된다. 일 예로 축전지(300)의 임피던스가 2배로 증가하면 축전지(300)의 효율이 80% 정도로 저하되는 바, 임피던스 가중치는 축전지(300)의 임피던스 변화에 따른 축전지(300)의 잔여 사용 시간의 변화를 반영하게 된다.
여기서, 축전지(300)의 임피던스는, 도 1에 도시된 바와 같이, 임피던스 측정부(11)에 의해 측정되며, 메인 제어부(40)가 임피던스 측정부(11)에 의해 측정된 임피던스에 대응하는 임피던스 가중치를 최종 잔여 사용 시간의 산출에 반영하게 된다.
마찬가지로, 축전지(300)의 충전과 방전의 반복은 축전지(300)의 효율을 저하시키게 되며, 축전지(300)의 방전 및 충전 사이클에 대한 충방전 사이클 가중치는 이를 축전지(300)의 잔여 사용 시간의 산출에 반영하게 된다. 여기서, 메인 제어부(40)는 축전지(300)의 사용에 따른 충전 및 방전 사이클을 기록하고, 기록된 충전 및 방전 사이클에 대응하는 충방전 사이클 가중치를 최종 잔여 사용 시간의 산출에 반영하게 된다.
또한, 축전지(300)의 과충전이나 과방전의 반복은 축전지(300)의 효율을 저하시키는 원인이며, 축전지(300)의 과충전 및 과방전에 대한 과충방전 가중치는 이를 축전지(300)의 잔여 사용 시간의 산출에 반영하게 된다. 이 때, 메인 제어부(40)는 축전지(300)의 사용에 따른 과충전 및 과방전 횟수를 기록하고, 기록된 횟수에 대응하는 과충방전 가중치를 최종 잔여 사용 시간의 산출에 반영하게 된다.
한편, 최종 잔여 사용 시간 산출에 반영되는 사용 환경 가중치는 축전지(300)의 외부 온도에 대한 외부 온도 가중치를 포함할 수 있다. 축전지(300)는 통상 상온에서의 사용을 기준으로 그 방전 특성을 가지며, 외부 온도의 변화에 따른 사용 가능 시간이 변하는 바, 외부 온도 가중치는 이를 최종 잔여 사용 시간의 산출에 반영시킨다.
본 발명에 따른 축전지(300)의 잔여 사용 시간 측정 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 외부 온도를 감지하는 외부 온도 감지부(14)를 포함하며, 메인 제어부(40)는 외부 온도 감지부(14)에 의해 감지된 외부 온도에 기초하여, 감지된 외부 온도에 대응하는 외부 온도 가중치를 최종 잔여 사용 시간의 산출에 반영하게 된다.
여기서, 상술한 외부 온도 가중치, 임피던스 가중치, 충방전 사이클 가중치 및 과충방전 가중치는, 도 1에 도시된 가중치 데이터베이스(50)에 저장되며, 메인 제어부(40)는 평균 잔여 사용 시간이 산출되면, 상술한 가중치를 반영하여 최종 잔여 사용 시간을 산출하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 메인 제어부(40)는 기 설정된 갱신 주기로 기준 방전 전압 곡선을 갱신한다. 보다 구체적으로 설명하면, 메인 제어부(40)는 기 설정된 갱신 주기, 예를 들어, 5 내지 10분 단위로 방전 전압 측정부(12)에 의해 측정된 현재 방전 전압과, 현재 방전 시간에 근접한 기준 방전 전압 곡선을 방전 곡선 데이터베이스(30)로부터 추출하고, 추출된 기준 방전 전압 곡선에 기초하여 상술한 바와 같이, 제1 잔여 사용 시간(TR1) 및 제2 잔여 사용 시간이 산출되도록 제1 잔여 사용 시간 산출부(20) 및 제2 잔여 사용 시간 산출부(21)를 제어하고, 산출된 제1 잔여 사용 시간(TR1) 및 제2 잔여 사용 시간을 이용하여 최종 잔여 사용 시간을 산출한다.
이에 따라, 다수의 기준 방전 전압 곡선 중 축전지(300)의 현재 상태에 가장 근접한 기준 방전 전압 곡선이 최종 잔여 사용 시간의 산출에 적용됨으로써, 보다 정확한 잔여 사용 시간의 산출이 가능하게 된다.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 축전지(300)의 잔여 사용 시간 측정 방법에 대해 설명한다.
먼저, 방전 전압 측정부(12), 임피던스 측정부(11), 방전 전류 측정부(13) 및 외부 온도 측정부를 통해 측정 데이터가 취득된다(S40). 그런 다음, 상술한 바와 같이, 방전 곡선 데이터베이스(30)로부터 기준 방전 전압 곡선이 추출된다(S41). 여기서, 기준 방전 전압 곡선의 선택은 방전 전압 측정부(12)에 의해 측정된 방전 전압과 축전지(300)의 방전 시간에 기초하여 선택됨은 상술한 바와 같다.
그런 다음, 제1 잔여 사용 시간 산출부(20)에 의해 제1 잔여 사용 시간(TR1)이 산출되고(S42), 제2 잔여 사용 시간 산출부(21)에 의해 제2 잔여 사용 시간이 산출된다(S43). 여기서, 제1 잔여 사용 시간(TR1) 및 제2 잔여 사용 시간의 산출 과정은 상술한 바와 같은 바, 그 설명은 생략한다.
제1 잔여 사용 시간(TR1) 및 제2 잔여 사용 시간이 산출되면, 메인 제어부(40)는 제1 잔여 사용 시간(TR1)과 제2 잔여 사용 시간의 평균값으로 평균 잔여 사용 시간을 산출한다(S44). 그리고, 메인 제어부(40)는 상술한 바와 같이, 임피던스 측정부(11), 방전 전류 측정부(13) 및 외부 온도 감지부(14)로부터 취득된 측정 데이터에 대응하는 가중치들, 즉 상술한 임피던스 가중치, 충방전 사이클 가중치, 과충방전 가중치 및 외부 온도 가중치를 가중치 데이터베이스(50)로부터 추출하고, 추출된 가중치를 반영하여 최종 잔여 사용 시간을 산출한다(S45).
그런 다음, 축전지(300)의 방전이 중단되는지 여부, 즉 부하 시스템(500)의 작동이 종료되는지 여부를 판단하고(S46), 부하 시스템(500)의 작동이 종료된 경우 방전 전압 측정부(12)에 의해 측정되었던 방전 전압에 기초하여 방전 전압 곡선을 생성하여 새로운 기준 방전 전압 곡선으로 방전 곡선 데이터베이스(30)에 등록한다(S47).
반면, S46 단계에서, 부하 시스템(500)의 작동이 계속되는 것으로 판단되면, 상술한 갱신 시간이 경과하는지 여부를 판단한다(S48). 여기서, 갱신 시간이 경과되지 않는 경우, 다시 측정 데이터를 취득하여(S49) 상술한 S42 단계 내지 S45 단계를 반복 수행하여 축전지(300)의 최종 잔여 사용 시간을 산출한다. 반면, 갱신 시간이 경과된 경우, 측정 데이터를 취득한 후(S50) 상술한 S41 단계, 즉 기준 방전 전압 곡선의 추출 과정으로부터 S45 단계를 반복 수행하여 축전지(300)의 최종 잔여 사용 시간을 산출한다.
여기서, 도 5를 참조하여 설명한 본 발명에 따른 축전지(300)의 잔여 사용 시간 측정 과정은 본 발명의 기술적 사상에 기초한 하나의 실시예이며, 도 5에 도시된 기술적 사상에 기초하여 당업자라면 그 측정 순서를 변경하여 적용할 수 있음은 물론이다.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
100 : 잔여 사용 시간 측정 장치 300 : 축전지
500 : 부하 시스템 11 : 임피던스 측정부
12 : 방전 전압 측정부 13 : 방전 전류 측정부
14 : 외부 온도 측정부 20 : 제1 잔여 사용 시간 산출부
21 : 제2 잔여 사용 시간 산출부 30 : 방전 곡선 데이터베이스
40 : 메인 제어부 50 : 가중치 데이터베이스

Claims (18)

  1. 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치에 있어서,
    상기 축전지의 방전 전압을 측정하는 방전 전압 측정부와;
    다수의 기준 방전 전압 곡선이 저장된 방전 곡선 데이터베이스와;
    상기 다수의 기준 방전 전압 곡선 중 상기 방전 전압 측정부에 의해 측정된 상기 방전 전압과 상기 축전지의 방전 시간에 근접한 어느 하나를 추출하고, 상기 추출된 기준 방전 전압 곡선에서 기 설정된 종지 전압까지의 남은 시간을 제1 잔여 사용 시간으로 산출하는 제1 잔여 사용 시간 산출부와;
    상기 추출된 기준 방전 전압 곡선 상에서 기 설정된 측정 전압 범위 내에서 산출되는 상기 축전지의 잔존 용량에 기초하여 제2 잔여 사용 시간을 산출하는 제2 잔여 사용 시간 산출부와;
    상기 제1 잔여 사용 시간과 제2 잔여 사용 시간의 평균값에 기초하여 상기 축전지의 최종 잔여 사용 시간을 산출하는 메인 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어부는 기 설정된 갱신 주기로 상기 다수의 기준 방전 전압 곡선 중 현재 방전 전압과 현재 방전 시간에 근접한 어느 하나가 추출되어 갱신되도록 상기 제1 잔여 사용 시간 산출부를 제어하는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 잔여 사용 시간 산출부는 수학식 LT = RC/i (여기서, LT는 상기 제2 잔여 사용 시간이고, i는 단위 시간당 방전 전류의 평균이고, RC는 상기 축전지의 잔존 용량이다)에 의해 상기 제2 잔여 사용 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 축전지의 잔존 용량은 수학식 RC = TC -
    Figure pat00004
    (여기서, TC는 상기 기 설정된 측정 전압 범위 내에서의 상기 축전지의 총 용량이고, i는 상기 축전지의 방전시 샘플링된 전류의 크기이다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 축전지의 상기 총 용량은 상기 측정 전압 범위 내에서 상기 추출된 기준 방전 전압 곡선이 선형화되고, 상기 선형화된 직선에 대한 적분값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 측정 전압 범위는 상기 축전지의 최대 전압의 90%에서 상기 종지 전압까지로 설정되는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 제어부는 상기 축전지의 사용 상태 가중치와 상기 축전지의 사용 환경 가중치 중 적어도 어느 하나를 상기 평균값에 반영하여 상기 최종 잔여 사용 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 사용 상태 가중치는 상기 축전지의 임피던스의 변화에 따른 임피던스 가중치와, 상기 축전지의 충전 및 방전 사이클에 따른 충방전 사이클 가중치와, 상기 축전지의 과충전 및 과방전 회수에 대한 과충방전 가중치 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 사용 환경 가중치는 상기 축전지의 외부 온도에 대한 외부 온도 가중치를 포함하는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 장치.
  10. 축전지의 잔여 사용 시간 측정 방법에 있어서,
    (a) 다수의 기준 방전 전압 곡선을 등록하는 단계와;
    (b) 상기 축전지의 방전 전압을 측정하는 단계와;
    (c) 상기 다수의 기준 방전 전압 곡선 중 상기 측정된 방전 전압과 상기 축전지의 방전 시간에 근접한 어느 하나를 추출하는 단계와;
    (d) 상기 추출된 기준 방전 전압 곡선에서 기 설정된 종지 전압까지의 남은 시간을 제1 잔여 사용 시간으로 산출하는 단계와;
    (e) 상기 추출된 기준 방전 전압 곡선 상에서 기 설정된 측정 전압 범위 내에서 산출되는 상기 축전지의 잔존 용량에 기초하여 제2 잔여 사용 시간을 산출하는 단계와;
    (f) 상기 제1 잔여 사용 시간과 제2 잔여 사용 시간의 평균값에 기초하여 상기 축전지의 최종 잔여 사용 시간을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서 추출되는 상기 기준 방전 전압 곡선은 상기 등록된 다수의 방전 전압 곡선 중 기 설정된 갱신 주기로 현재 방전 전압과 현재 방전 시간에 근접한 어느 하나가 추출되어 갱신되는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서 상기 제2 잔여 사용 시간은 수학식 LT = RC/i (여기서, LT는 상기 제2 잔여 사용 시간이고, i는 단위 시간당 방전 전류의 평균이고, RC는 상기 축전지의 잔존 용량이다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 축전지의 잔존 용량은 수학식 RC = TC -
    Figure pat00005
    (여기서, TC는 상기 기 설정된 측정 전압 범위 내에서의 상기 축전지의 총 용량이고, i는 상기 축전지의 방전시 샘플링된 전류의 크기이다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 축전지의 상기 총 용량은 상기 측정 전압 범위 내에서 상기 추출된 기준 방전 전압 곡선이 선형화되고, 상기 선형화된 직선에 대한 적분값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 측정 전압 범위는 상기 축전지의 최대 전압의 90%에서 상기 종지 전압까지로 설정되는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 방법.
  16. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (f) 단계에서는 상기 축전지의 사용 상태 가중치와 상기 축전지의 사용 환경 가중치 중 적어도 어느 하나가 상기 평균값에 반영하여 상기 최종 잔여 사용 시간이 산출되는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 사용 상태 가중치는 상기 축전지의 임피던스의 변화에 따른 임피던스 가중치와, 상기 축전지의 충전 및 방전 사이클에 따른 충방전 사이클 가중치와, 상기 축전지의 과충전 및 과방전 회수에 대한 과충방전 가중치 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 사용 환경 가중치는 상기 축전지의 외부 온도에 대한 외부 온도 가중치를 포함하는 것을 특징으로 하는 축전지의 잔여 사용 시간 측정 방법.
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