KR20140049331A - Battery stste of charge estimation method using ultrasonic sensor - Google Patents

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KR20140049331A
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Abstract

The present invention relates to a method of calculating the charge state of the interior of a battery using an ultrasonic sensor instead of an additional battery sensor. The ultrasonic sensor system according to an aspect of the present invention includes: a transmitting part disposed on one side of a vehicle battery and transmitting an ultrasonic signal; and a receiving part disposed on the other side which opposes the one side thereof and receiving the ultrasonic signal. The receiving part calculates the transmission speed of the ultrasonic signal and estimates the charge state of the battery by calculating electrolytic density of the interior of the battery based on the transmission speed. [Reference numerals] (AA) Start; (BB) End; (S21) Calculate the transmission speed of an ultrasonic signal; (S22) Calculate electrolytic density of the interior of the battery; (S23) Estimate SOC based on the electrolytic density

Description

초음파 센서를 이용한 배터리 충전상태 연산방법{BATTERY STSTE OF CHARGE ESTIMATION METHOD USING ULTRASONIC SENSOR}Calculation method of battery charge state using ultrasonic sensor {BATTERY STSTE OF CHARGE ESTIMATION METHOD USING ULTRASONIC SENSOR}

본 발명은 차량 배터리 내부 충전상태 연산방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 별도의 배터리 센서를 대신하여 초음파 센서를 이용하여 배터리 내부 충전상태를 연산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of calculating an internal state of charge of a vehicle battery, and more particularly, to a method of calculating an internal state of charge of a battery using an ultrasonic sensor instead of a separate battery sensor.

현재 배터리 센서에 제공되는 기능에는 배터리의 양단 전압을 측정하는 전압 측정 기능, 배터리의 입출력 전류를 측정하는 전류 측정 기능, 배터리 내부 온도를 예측하기 위해 주변 온도를 측정하는 온도 측정 기능 등이 제공된다. 그리고, 배터리의 충전상태를 나타내는 SOC(State Of Charge)(%), 배터리의 상태를 나타내는 SOH(%), 시동시 배터리 전압 DROP 예상 전압을 나타내는 SOF(%) 등의 값을 제공한다.Current battery sensor features include a voltage measurement function that measures the voltage across the battery, a current measurement function that measures the battery's input and output current, and a temperature measurement function that measures the ambient temperature to predict the battery's internal temperature. Then, a value such as SOC (%) indicating the state of charge of the battery, SOH (%) indicating the state of the battery, and SOF (%) indicating the battery voltage DROP estimated voltage at the start are provided.

이때, SOC(%), SOH(%), SOF(%) 등은 현재 장착된 배터리의 용량을 기준으로 측정되는 값들인데 배터리 교체와 같이 배터리 용량의 변동을 대비하여 현재 장착된 배터리의 용량 예측하는 자가 적응(SELF- ADAPTATION) 시스템이 제공된다.At this time, SOC (%), SOH (%), SOF (%) are measured values based on the capacity of the battery currently installed, and to estimate the capacity of the currently installed battery in preparation for a change in battery capacity such as battery replacement. A self-adaptive (SELF-ADAPTATION) system is provided.

기존의 배터리 센서에 제공되는 자가 적응 로직에 따르면 배터리 내부 저항값을 이용하여, 배터리 용량 예측하게 된다. 하지만, 배터리의 내부 저항값 측정시, 차량의 레이아웃 제약 조건으로 와이어의 내부 저항값에 의해 정확한 값 측정이 불가능하고, 배터리 내부 저항값이 매우 작아 배터리 용량이 상이한 경우에도 유사한 내부 저항값을 갖는 경우 실제로 배터리 용량에 대한 자가 판단이 어려운 문제가 있다. According to the self-adaptive logic provided in a conventional battery sensor, the battery internal resistance value is used to predict the battery capacity. However, when measuring the internal resistance value of the battery, it is impossible to accurately measure the internal resistance value of the wire due to the layout constraint of the vehicle, and the internal resistance value of the battery is very small, There is a problem that self-determination of the battery capacity is difficult.

이 경우, 배터리 센서는 배터리의 공칭 용량을 잘못 판단하게 되고, 잘못 판단된 공칭 용량은 배터리 충전상태를 나타내는 SOC 계산에도 오차를 초래하게 된다. 이에 따라, 차량은 연비 저하될 수 있으며, ISG(Idle Stop & Go) 진입조건에도 오판이 생길 수 있다.In this case, the battery sensor makes a wrong determination of the nominal capacity of the battery, and the erroneously judged nominal capacity causes an error in the calculation of the SOC indicating the state of charge of the battery. As a result, the fuel efficiency of the vehicle may be lowered, and a false condition may occur in the entry condition of the ISG (Idle Stop & Go).

본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서. 별도의 배터리 센서를 대신하여 초음파 센서를 이용한 새로운 배터리 충전상태 연산방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in the technical background as described above. It is an object of the present invention to provide a new method of calculating the state of charge of a battery using an ultrasonic sensor instead of a separate battery sensor.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 초음파 센서 시스템은차량 배터리 일 면에 위치하여 초음파 신호를 송신하는 송신부와, 상기 일 면과 마주보는 타 면에 위치하여 상기 초음파 신호를 수신하는 수신부를 포함하되, 상기 수신부는 상기 초음파 신호의 전송 속도를 연산하고, 상기 전송 속도에 기초하여 상기 배터리 내부의 전해질 밀도를 연산하여 상기 배터리의 충전상태(이하, SOC)를 추정하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic sensor system for transmitting an ultrasonic signal located on one surface of a vehicle battery, and receiving the ultrasonic signal on another surface facing the one surface. And a receiver, wherein the receiver calculates a transmission speed of the ultrasonic signal, and calculates an electrolyte density inside the battery based on the transmission speed to estimate a state of charge (hereinafter, SOC) of the battery. .

상기 수신부는 일정 시간 간격을 갖는 클럭을 발생시키는 클럭 발생기와, 상기 클럭 발생기에 의해 측정된 상기 초음파 신호의 전송 시간을 이용하여 상기 전송 속도를 연산하고, 상기 배터리의 충전상태를 추정하기 위한 적어도 하나의 프로세서와, 상기 초음파 신호의 전송 속도 연산, 상기 배터리 내부의 전해질 밀도 연산, 및 상기 SOC 추정을 위한 프로그램, 파라미터를 저장하기 위한 내부 메모리를 포함한다.The receiving unit calculates the transmission rate by using a clock generator for generating a clock having a predetermined time interval and the transmission time of the ultrasonic signal measured by the clock generator, and at least one for estimating the state of charge of the battery. And a processor for calculating the transmission rate of the ultrasonic signal, calculating an electrolyte density in the battery, and a program for estimating the SOC, and an internal memory for storing parameters.

또한, 상기 수신부는 상기 배터리 내부의 전해질 밀도와 상기 전송 속도 사이의 반비례의 상관관계 및 상기 배터리 내부 전해질의 탄성계수를 이용하여 상기 배터리 내부의 전해질 밀도를 연산한다.The receiver calculates the electrolyte density inside the battery by using an inverse correlation between the electrolyte density inside the battery and the transfer speed and the elastic modulus of the electrolyte inside the battery.

또한, 상기 수신부는 상기 배터리 내부의 전해질 밀도를 전해질 밀도-SOC 관계 테이블과 비교하고, 상기 배터리 내부의 전해질 밀도에 매칭된 SOC를 추출한다.In addition, the receiver compares the electrolyte density inside the battery with an electrolyte density-SOC relationship table, and extracts an SOC matching the electrolyte density inside the battery.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 면에 따른 배터리 충전상태 연산방법은 초음파 신호의 전송 속도를 연산하는 단계와, 상기 전송 속도에 기초하여 상기 배터리 내부의 전해질 밀도를 연산하는 단계와, 상기 전해질 밀도에 기초하여 상기 배터리의 충전상태를 추정하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of calculating a state of charge of a battery according to another aspect of the present invention, comprising: calculating a transmission speed of an ultrasonic signal; calculating an electrolyte density inside the battery based on the transmission speed; Estimating the state of charge of the battery based on electrolyte density.

상기 전해질 밀도를 연산하는 단계는 아래의 수학식 1을 이용하여 상기 배터리 내부의 전해질 밀도를 연산한다.
In the calculating of the electrolyte density, the electrolyte density inside the battery is calculated using Equation 1 below.

수학식 1Equation 1

v=

Figure pat00001
, v: 전송 속도v =
Figure pat00001
, v: baud rate

상기 배터리의 충전상태를 추정하는 단계는 상기 배터리 내부의 전해질 밀도를 전해질 밀도-SOC 관계 테이블과 비교하고, 상기 배터리 내부의 전해질 밀도에 매칭된 SOC를 추출한다. In estimating the state of charge of the battery, the electrolyte density inside the battery is compared with an electrolyte density-SOC relationship table, and the SOC matching the electrolyte density inside the battery is extracted.

한편, 본 발명에 따른 배터리 충전상태 연산방법은 프로그램으로 작성되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다.On the other hand, the method for calculating the battery charge state according to the present invention may be written in a program and recorded on a computer-readable recording medium.

본 발명에 따르면, 별도의 배터리 센서에 의해 측정된 배터리 전류, 전압, 온도 등의 여러 파라미터를 사용하여 배터리 내부 충전상태를 연산하는 방식에서 벗어나, 초음파 센서에서 측정된 배터리 내부 전해질 농도를 이용하여 충전상태를 연산함으로써, 연산 속도가 향상될 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, apart from the method of calculating the internal state of charge of the battery using various parameters such as battery current, voltage, and temperature measured by a separate battery sensor, the battery is charged using the electrolyte concentration measured in the ultrasonic sensor. By computing the state, there is an advantage that the operation speed can be improved.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 배터리 내부 충전상태를 연산하기 위한 초음파 센서 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 배터리 내부 충전상태 연산방법을 도시한 순서도.
도 3은 배터리 충전상태에 따른 배터리 내부 전해질 밀도 농도 변화의 일 예를 도시한 도면.
도 4는 밀도-SOC 관계의 일 예를 도시한 도면.
1 is a block diagram of an ultrasonic sensor system for calculating a state of charge inside the battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method for calculating an internal state of charge of a battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an example of a change in density of an electrolyte density inside a battery according to a state of charge of a battery;
4 illustrates an example density-SOC relationship.

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 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 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 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms " comprises, " and / or "comprising" refer to the presence or absence of one or more other components, steps, operations, and / Or additions.

이제 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 배터리 내부 충전상태를 연산하기 위한 초음파 센서 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 배터리 내부 충전상태 연산방법을 도시한 순서도이다.1 is a configuration diagram of an ultrasonic sensor system for calculating an internal state of charge of a battery according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of calculating an internal state of charge of a battery according to an exemplary embodiment of the present invention. to be.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 센서 시스템은 배터리(10), 상기 배터리(10)의 일 면에 위치하여 초음파 신호를 송신하는 송신부(20)와, 상기 배터리(10)의 일 면과 마주보는 타 면에 위치하여 상기 초음파 신호를 수신하는 수신부(30)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 1, the ultrasonic sensor system according to the present invention includes a battery 10, a transmitter 20 positioned on one surface of the battery 10 to transmit an ultrasonic signal, and one of the batteries 10. It may be configured to include a receiver 30 for receiving the ultrasonic signal located on the other surface facing the surface.

상기 초음파 센서 시스템은 현재 배터리 센서를 대신하여 배터리의 충전상태를 나타내는 SOC(State Of Charge)(%)를 측정할 수 있는 새로운 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 초음파 센서 시스템은, 기존의 배터리 센서에서 SOC를 연산하기 위해 필요한 배터리 전압, 온도, 전류 등의 정보를 요구하지 않고, 배터리 내부를 통과하는 초음파 신호의 전송 속도와, 배터리 내부의 전해질 농도-SOC 상관관계만을 이용하여 SOC를 추출한다. The ultrasonic sensor system provides a new method for measuring a state of charge (%) representing the state of charge of a battery in place of the current battery sensor. The ultrasonic sensor system according to the present invention does not require information such as battery voltage, temperature, and current required to calculate an SOC in a conventional battery sensor, and transmits an ultrasonic signal passing through the battery and the electrolyte inside the battery. The SOC is extracted using only the concentration-SOC correlation.

즉, 본 발명에 따른 초음파 센서 시스템은 배터리 내부의 충전상태를 나타내는 SOC를 산출하기 위한 새로운 플랫폼을 제공하는 것이고, 새로운 플랫폼 하에서 SOC 연산 속도는 극적으로 향상될 수 있다. 이와 같은 기능이 구현된 초음파 센서 시스템을 아래에 구체적으로 설명한다.That is, the ultrasonic sensor system according to the present invention is to provide a new platform for calculating the SOC representing the state of charge inside the battery, the SOC operation speed can be dramatically improved under the new platform. An ultrasonic sensor system in which such a function is implemented will be described in detail below.

일반적으로 초음파는 음파가 지닌 성질을 거의 갖고 있으나 매질이 다른 경계 면에서 반사하는 빛(전자기파)의 성질도 일부 지니고 있다. 이러한 초음파의 특성을 정리하면, In general, ultrasonic waves have almost the same properties of sound waves, but also have some properties of light (electromagnetic waves) that the medium reflects at different boundary surfaces. To summarize the characteristics of these ultrasounds,

① 고체, 액체, 기체를 통하여 전달되는 종파이며, 진공 중에서는 전달되지 않는다. ① It is a longitudinal wave transmitted through solid, liquid, and gas. It is not transmitted in vacuum.

② 강도와 직진성이 강하여 물질 내부에서 전달이 잘된다. ② It has strong strength and straightness, so it can be transferred inside the material.

③ 방향에 따른 감응 또는 감도의 변화, 즉, 지향성이 좋다.(3) A change in sensitivity or sensitivity along the direction, that is, directivity is good.

④ 진행거리가 비교적 길며, 매질이 다른 경계면이나 불연속면에서는 반사 한다.④ The traveling distance is relatively long and the medium reflects at different boundary or discontinuous surfaces.

⑤ 조건에 따라서 파형변이가 일어난다. ⑤ Waveform variation occurs depending on the condition.

등이다. 이러한 초음파만이 갖는 고유한 특성 때문에 수중탐지, 초음파 탐상기. 초음파 가공, 의학의 응용 등에 가장 널리 사용되고 있는데, 본 발명은 초음파 탐상의 원리를 이용한다. . Underwater and ultrasonic flaw detectors because of the unique properties of these ultrasounds. Although it is most widely used in ultrasonic processing, medical applications, etc., the present invention uses the principle of ultrasonic flaw detection.

초음파 탐상 검사는 초음파(0.1~25MHz)를 물체 내부로 보내어 물체의 두께 측정 및 물체 내에 존재하는 불연속을 검출하는 방법이다. 물체의 두께를 측정하고자 한다면 초음파 빔을 물체에 수직으로 입사시키면 반대 면에서 초음파가 반사되는데 이때, 초음파가 입사하여 되돌아오는 시간, 또는 초음파의 진행속도를 알면 물체의 두께를 쉽게 측정할 수 있다. Ultrasonic flaw detection is a method of measuring the thickness of an object and detecting discontinuities in the object by sending ultrasonic waves (0.1-25 MHz) into the object. If the thickness of the object is to be measured, when the ultrasonic beam is incident perpendicularly to the object, the ultrasonic wave is reflected from the opposite side. At this time, the thickness of the object can be easily measured by knowing the time when the ultrasonic wave is incident and returning, or the speed of the ultrasonic wave.

또한, 물체의 내부에 결함이 존재한다면 탐촉자(Prob : 초음파 송수신하는 장치)를 물체위로 이동시키면 결함이 존재하는 부위와 결함이 없는 부위에서의 초음파를 송수신하는 시간 간격 및 반사되는 에너지의 양이 달라진다. 이와 같은 초음파의 송수신 시간 간격 및 반사에너지 양의 차이를 적절한 표준자료와 비교하면 결함의 위치와 크기를 알 수 있다. 이와 같은 검사방법을 펄스반사법(Pulse-Reflection)법이라고 한다.Also, if there is a defect inside the object, moving the transducer (Prob: ultrasonic transmitting and receiving device) on the object will change the time interval and the amount of reflected energy to transmit and receive the ultrasonic wave in the region where the defect is present and the defect-free region. . By comparing the difference between the transmission and reception time interval and the amount of reflected energy of the ultrasonic wave with the appropriate standard data, the location and size of the defect can be known. This inspection method is called pulse-reflection method.

상기 수신부(30)는 상기와 같은 초음파 신호의 특성 및 초음파 탐상 검사를 이용하여 배터리(10) 내부를 통해 송신부(20)에서 전송된 초음파 신호의 전송 속도를 연산한다(S21).The receiver 30 calculates the transmission speed of the ultrasonic signal transmitted from the transmitter 20 through the inside of the battery 10 by using the characteristics of the ultrasonic signal and the ultrasonic flaw test (S21).

일반적으로, 음파는 매질의 압축(밀한 부분)과 팽창(소한 부분)에 의해 전달되는 종파(압축파)로서 그 속도(v)는 매질의 종류와 온도에 따라 달라진다. 매질의 온도가 증가하면 음속은 커져 그 속도를 아래 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.In general, sound waves are longitudinal waves (compressed waves) transmitted by the compression (dense part) and expansion (small part) of the medium, and the speed v depends on the type and temperature of the medium. As the temperature of the medium increases, the speed of sound increases, and the speed can be expressed by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00002
(Tc : 섭씨온도)
Figure pat00002
(Tc: Celsius temperature)

이후, 수신부(30)는 S21 단계에서 연산된 초음파 신호의 전송 속도에 기초하여 상기 배터리 내부의 전해질 밀도를 연산한다(S22).Thereafter, the receiver 30 calculates the electrolyte density inside the battery based on the transmission speed of the ultrasonic signal calculated in step S21 (S22).

매질의 종류에 의한 음속은 매질의 밀도, 탄성계수에 따라 결정 된다. 일반적으로 밀도가 작을수록, 탄성계수가 클수록 음속은 커지며 보통 아래와 같은 수학식 2로 나타낸다.The speed of sound by the type of medium is determined by the density of the medium and the elastic modulus. In general, the smaller the density, the larger the elastic modulus, the larger the speed of sound, and is generally represented by Equation 2 below.

[수학식 2]&Quot; (2) "

v=

Figure pat00003
, v: 전송 속도v =
Figure pat00003
, v: baud rate

여기서, 탄성계수는 매질이 힘(압력)을 받았을 때 압축이 되는 정도를 나타내는 상수로서 그 값이 클수록 잘 압축되지 않는 매질이다. 즉, 음속은 주파수에 관계없이 일정한 온도에서는 매질의 종류에만 관련된다.Here, the modulus of elasticity is a constant indicating the degree of compression when the medium is subjected to a force (pressure), and the larger the value, the less the compression becomes. That is, the speed of sound only relates to the type of medium at a constant temperature regardless of frequency.

수학식 3은 상기 수학식 2를 초음파가 통과하는 매질과 초음파의 전송 속도 사이의 관계를 명확하게 보여주기 위해 변형한 것이다.Equation 3 is modified to clearly show the relationship between the medium through which the ultrasound passes and the transmission speed of the ultrasound.

[수학식 3] &Quot; (3) "

Figure pat00004
Figure pat00004

수학식 3에서 알 수 있듯이, 매질의 통과하는 초음파 신호의 전송 속도는 매질의 밀도와 반비례 관계를 가진다. As can be seen from Equation 3, the transmission speed of the ultrasonic signal passing through the medium is inversely related to the density of the medium.

이후, 수신부(30)는 S22 단계에서 연산된 전해질 밀도에 기초하여 배터리 내부의 충전상태(SOC, State Of Charge)를 추정한다(S23).Thereafter, the receiver 30 estimates a state of charge (SOC) inside the battery based on the electrolyte density calculated in step S22 (S23).

일 실시예로서, 수신부(30)는 상기 배터리 내부의 전해질 밀도를 전해질 밀도-SOC 관계 테이블과 비교하고, 상기 배터리 내부의 전해질 밀도에 매칭된 SOC를 추출한다. 전해질 밀도-SOC 관계 테이블은 배터리 내부의 전해질 밀도와 배터리 충전상태 사이의 상관관계를 나타내는 것으로서, 실험을 통해 산출된 데이터가 룩-업 테이블(Look-Up table)로 작성될 수 있다.As an example, the receiver 30 compares the electrolyte density inside the battery with an electrolyte density-SOC relationship table, and extracts an SOC matched to the electrolyte density inside the battery. The electrolyte density-SOC relationship table represents a correlation between the electrolyte density inside the battery and the state of charge of the battery, and data calculated through experiments may be prepared as a look-up table.

배터리 내부의 전해질 밀도와 배터리 충전상태 사이의 상관관계를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 도 3은 배터리 충전상태에 따른 배터리 내부 전해질 밀도 농도 변화의 일 예를 도시한 도면이다(방전율 = C/10). The correlation between the electrolyte density inside the battery and the state of charge of the battery will be described with reference to FIGS. 3 and 4. 3 is a diagram illustrating an example of a change in density of an electrolyte density inside a battery according to a state of charge of a battery (discharge rate = C / 10).

도 3에 도시된 바와 같이 방전 초기에는 배터리 상층부의 전해액이 반응에 참여하다가, 방전이 진행되면서 배터리 하층부의 전해액이 반응에 참여하는 것으로 예측된다. 배터리 하층부의 전해액 농도가 진한 것은, 황산이 물로 변하면서 비중의 차이로 인해 상대적으로 가벼운 물은 위쪽으로 이동하고, 상대적으로 무거운 황산은 아래쪽으로 이동하는 것에 기인한다. 또한, PbO2 전극 쪽의 전해액 농도가 Pb 전극 쪽의 전해액 농도보다 빠르게 감소하는 것으로 예측된다. 이것은 Pb 전극이 PbO2 전극보다 전기전도도가 높으므로, 활물질 이용도가 커져서 옴 손실이 작아지기 때문이다. 격리판에서는 전하이동저항이 거의 없기 때문에, 농도 차이가 없다.As shown in FIG. 3, the electrolyte in the upper part of the battery participates in the reaction at the initial stage of discharging, and the electrolyte in the lower part of the battery is expected to participate in the reaction as the discharge proceeds. The concentration of electrolyte in the lower part of the battery is due to the shift of sulfuric acid to water, and relatively light water moves upward and relatively heavy sulfuric acid moves downward due to the difference in specific gravity. In addition, it is predicted that the electrolyte concentration on the PbO2 electrode side decreases faster than the electrolyte concentration on the Pb electrode side. This is because the Pb electrode has higher electrical conductivity than the PbO 2 electrode, and thus the ohmic loss is reduced due to the increased utilization of the active material. Since there is little charge transfer resistance in the separator, there is no difference in concentration.

도 4는 배터리 내부의 SOC 분포 변화를 나타내는 등고선 그래프이다(방전율 = C/10). 방전이 진행됨에 따라 SOC 값이 감소하고, PbO2 전극의 SOC 값이 Pb 전극의 SOC 값보다 느리게 감소하며, 배터리 상층부의 SOC 값이 낮고 셀 하층부의 SOC 값이 높은 것으로 예측된다. 방전 초기에는 배터리 상층부의 활물질부터 소모되기 때문이다. 격리판에서는 전하 이동저항이 없어서 SOC 값이 0이다.4 is a contour graph showing the change in SOC distribution inside the battery (discharge rate = C / 10). As the discharge proceeds, the SOC value decreases, the SOC value of the PbO2 electrode decreases slowly than the SOC value of the Pb electrode, the SOC value of the upper battery layer is low, and the SOC value of the cell lower layer is expected to be high. This is because at the initial stage of discharge, the active material is consumed from the upper portion of the battery. In the separator, there is no charge transfer resistance, so the SOC value is zero.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 내부 전해질 밀도와 SOC 사이의 상관관계는 시험을 통해 데이터가 구축될 수 있으며, 본 발명의 수신부(30)는 상기 데이터를 활용하여 연산된 전해질 밀도와 매칭되는 SOC를 추출한다.As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the correlation between the electrolyte density inside the battery and the SOC may be constructed through testing, and the receiver 30 of the present invention may calculate the electrolyte density calculated using the data. Extract the matching SOC.

한편, 상기와 같은 일련의 프로세스를 수행하기 위하여 수신부(30)는 일정 시간 간격을 갖는 클럭을 발생시키는 클럭 발생기와, 상기 클럭 발생기에 의해 측정된 상기 초음파 신호의 전송 시간을 이용하여 상기 전송 속도를 연산하고, 상기 배터리의 충전상태를 추정하기 위한 적어도 하나의 프로세서와, 상기 초음파 신호의 전송 속도 연산, 상기 배터리 내부의 전해질 밀도 연산, 및 상기 SOC 추정을 위한 프로그램, 파라미터를 저장하기 위한 내부 메모리를 포함할 수 있다.On the other hand, in order to perform the series of processes as described above, the receiver 30 generates a clock using a clock generator for generating a clock having a predetermined time interval and the transmission time of the ultrasonic signal measured by the clock generator. At least one processor for calculating a state of charge of the battery, calculating a transmission speed of the ultrasonic signal, calculating an electrolyte density in the battery, and calculating a program for the SOC and an internal memory for storing parameters. It may include.

상술한 본 발명에 따른 배터리 충전상태 연산방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 멀티미디어 장치에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 멀티미디어 장치에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.The above-described method for calculating a state of charge of a battery according to the present invention may be implemented as computer readable codes on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording media storing data that can be decoded by the multimedia device. For example, there may be a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a magnetic tape, a magnetic disk, a flash memory, an optical data storage device and the like. In addition, the computer-readable recording medium can be distributed and executed as a code that can be distributed to multimedia devices connected to a computer network and read in a distributed manner.

이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
While the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that the invention is not limited to the above-described embodiments. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, Of course, this is possible. Accordingly, the scope of protection of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the description of the following claims.

Claims (8)

차량 배터리 일 면에 위치하여 초음파 신호를 송신하는 송신부와, 상기 일 면과 마주보는 타 면에 위치하여 상기 초음파 신호를 수신하는 수신부를 포함하는 초음파 센서 시스템에 있어서,
상기 수신부는 상기 초음파 신호의 전송 속도를 연산하고, 상기 전송 속도에 기초하여 상기 배터리 내부의 전해질 밀도를 연산하여 상기 배터리의 충전상태(이하, SOC)를 추정하는 것
인 초음파 센서 시스템.
In the ultrasonic sensor system comprising a transmitter for transmitting the ultrasonic signal located on one surface of the vehicle battery, and a receiver for receiving the ultrasonic signal located on the other surface facing the one surface,
The receiver calculates a transmission speed of the ultrasonic signal, and calculates an electrolyte density inside the battery based on the transmission speed to estimate a state of charge (hereinafter, SOC) of the battery.
Ultrasonic sensor system.
제1항에 있어서, 상기 수신부는,
일정 시간 간격을 갖는 클럭을 발생시키는 클럭 발생기와,
상기 클럭 발생기에 의해 측정된 상기 초음파 신호의 전송 시간을 이용하여 상기 전송 속도를 연산하고, 상기 배터리의 충전상태를 추정하기 위한 적어도 하나의 프로세서와,
상기 초음파 신호의 전송 속도 연산, 상기 배터리 내부의 전해질 밀도 연산, 및 상기 SOC 추정을 위한 프로그램, 파라미터를 저장하기 위한 내부 메모리를 포함하는 것
인 초음파 센서 시스템.
The method of claim 1, wherein the receiving unit,
A clock generator for generating clocks having a predetermined time interval,
At least one processor for calculating the transmission rate by using the transmission time of the ultrasonic signal measured by the clock generator and estimating the state of charge of the battery;
And a program for calculating the transmission rate of the ultrasonic signal, calculating the electrolyte density in the battery, and estimating the SOC, and an internal memory for storing parameters.
Ultrasonic sensor system.
제1항에 있어서, 상기 수신부는,
상기 배터리 내부의 전해질 밀도와 상기 전송 속도 사이의 반비례의 상관관계 및 상기 배터리 내부 전해질의 탄성계수를 이용하여 상기 배터리 내부의 전해질 밀도를 연산하는 것
인 초음파 센서 시스템.
The method of claim 1, wherein the receiving unit,
Calculating the electrolyte density inside the battery using an inverse correlation between the electrolyte density inside the battery and the transfer rate and the elastic modulus of the electrolyte inside the battery
Ultrasonic sensor system.
제1항에 있어서, 상기 수신부는,
상기 배터리 내부의 전해질 밀도를 전해질 밀도-SOC 관계 테이블과 비교하고, 상기 배터리 내부의 전해질 밀도에 매칭된 SOC를 추출하는 것
인 초음파 센서 시스템.
The method of claim 1, wherein the receiving unit,
Comparing the electrolyte density inside the battery with an electrolyte density-SOC relationship table and extracting an SOC matched to the electrolyte density inside the battery
Ultrasonic sensor system.
차량 배터리 일 면에 위치하여 초음파 신호를 송신하는 송신부와, 상기 일 면과 마주보는 타 면에 위치하여 상기 초음파 신호를 수신하는 수신부를 포함하는 초음파 센서 시스템에서의 배터리 충전상태 연산방법에 있어서,
상기 초음파 신호의 전송 속도를 연산하는 단계;
상기 전송 속도에 기초하여 상기 배터리 내부의 전해질 밀도를 연산하는 단계; 및
상기 전해질 밀도에 기초하여 상기 배터리의 충전상태를 추정하는 단계
를 포함하는 배터리 충전상태 연산방법.
A method of calculating a state of charge of a battery in an ultrasonic sensor system comprising: a transmitter positioned on one surface of a vehicle battery and transmitting an ultrasonic signal; and a receiver positioned on the other surface facing the one surface to receive the ultrasonic signal.
Calculating a transmission rate of the ultrasonic signal;
Calculating an electrolyte density inside the battery based on the transfer rate; And
Estimating the state of charge of the battery based on the electrolyte density
Battery charging state calculation method comprising a.
제5항에 있어서, 상기 전해질 밀도를 연산하는 단계는,
아래의 수학식 1을 이용하여 상기 배터리 내부의 전해질 밀도를 연산하는 단계를 포함하는 것인 배터리 충전상태 연산방법.
수학식 1
v=
Figure pat00005
, v: 전송 속도
The method of claim 5, wherein calculating the electrolyte density comprises:
Computing a state of charge of the battery comprising the step of calculating the electrolyte density inside the battery using the equation (1) below.
Equation 1
v =
Figure pat00005
, v: baud rate
제5항에 있어서, 상기 배터리의 충전상태를 추정하는 단계는,
상기 배터리 내부의 전해질 밀도를 전해질 밀도-SOC 관계 테이블과 비교하고, 상기 배터리 내부의 전해질 밀도에 매칭된 SOC를 추출하는 단계를 포함하는 것
인 배터리 충전상태 연산방법.
The method of claim 5, wherein estimating the state of charge of the battery,
Comparing the electrolyte density inside the battery with an electrolyte density-SOC relationship table, and extracting an SOC matched to the electrolyte density inside the battery.
How to calculate the battery charge status.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 충전상태 연산방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the battery charge state calculating method according to any one of claims 5 to 7.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160039079A (en) * 2014-09-30 2016-04-08 현대중공업 주식회사 Secondary Battery
CN107742753A (en) * 2017-09-08 2018-02-27 侬泰轲(昆山)检测科技有限公司 A kind of encapsulating structure of battery, method for packing and detection method
CN111679214A (en) * 2020-06-24 2020-09-18 东莞新能安科技有限公司 Apparatus and method for predicting state of charge of battery
CN114415035A (en) * 2022-03-30 2022-04-29 华北电力大学 Lead storage battery capacity online measurement device and method based on reflected ultrasound

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160039079A (en) * 2014-09-30 2016-04-08 현대중공업 주식회사 Secondary Battery
CN107742753A (en) * 2017-09-08 2018-02-27 侬泰轲(昆山)检测科技有限公司 A kind of encapsulating structure of battery, method for packing and detection method
CN107742753B (en) * 2017-09-08 2024-06-07 侬泰轲(昆山)检测科技有限公司 Battery packaging structure, battery packaging method and battery detection method
CN111679214A (en) * 2020-06-24 2020-09-18 东莞新能安科技有限公司 Apparatus and method for predicting state of charge of battery
CN114415035A (en) * 2022-03-30 2022-04-29 华北电力大学 Lead storage battery capacity online measurement device and method based on reflected ultrasound

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