KR20140052658A - 지능형 배터리 센서 및 이의 배터리 내부저항 연산방법 - Google Patents

지능형 배터리 센서 및 이의 배터리 내부저항 연산방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140052658A
KR20140052658A KR1020120119039A KR20120119039A KR20140052658A KR 20140052658 A KR20140052658 A KR 20140052658A KR 1020120119039 A KR1020120119039 A KR 1020120119039A KR 20120119039 A KR20120119039 A KR 20120119039A KR 20140052658 A KR20140052658 A KR 20140052658A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
internal resistance
current
sensor
calculating
Prior art date
Application number
KR1020120119039A
Other languages
English (en)
Inventor
김승현
Original Assignee
현대모비스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대모비스 주식회사 filed Critical 현대모비스 주식회사
Priority to KR1020120119039A priority Critical patent/KR20140052658A/ko
Publication of KR20140052658A publication Critical patent/KR20140052658A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • B60R16/033—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for characterised by the use of electrical cells or batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16528—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values using digital techniques or performing arithmetic operations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/1659—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 to indicate that the value is within or outside a predetermined range of values (window)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/08—Measuring resistance by measuring both voltage and current
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/374—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] with means for correcting the measurement for temperature or ageing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

본 발명은 차량의 지능형 배터리 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 내부저항을 단순하게 모델링함으로써 내부저항 연산량을 줄이고, 배터리 충/방전 시의 리플 전류 주파수를 사용하여 연산된 내부저항을 보상함으로써, 내부저항 연산의 정확도를 향상시킬 수 있는 내부저항 연산방법에 관한 것이다.

Description

지능형 배터리 센서 및 이의 배터리 내부저항 연산방법{INTELLIGENT BATTERY SENSOR AND BATTERY INTERNAL RESISTANCE ESTIMATION METHOD THEREOF}
본 발명은 차량의 지능형 배터리 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 내부저항을 단순하게 모델링함으로써 내부저항 연산량을 줄이고, 배터리 충/방전 시의 리플 전류 주파수를 사용하여 연산된 내부저항을 보상함으로써, 내부저항 연산의 정확도를 향상시킬 수 있는 내부저항 연산방법에 관한 것이다.
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.
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.
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.
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.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 배터리 내부저항을 단순하게 모델링함으로써 내부저항을 연산하는데 있어서 연산 속도 및 메모리 자원 관리에 이득을 얻을 수 있는 배터리 내부저항 연산방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 배터리 충/방전 시의 리플 전류 주파수를 사용하여 연산된 내부저항을 보상함으로써, 내부저항 연산의 정확도를 향상시킬 수 있는 배터리 내부저항 연산방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 배터리 내부저항 연산방법은 전압 센서 및 전류 센서를 이용하여 배터리의 전압 및 전류를 측정하는 측정 단계와, 상기 전압 측정값과 상기 전류 측정값을 이용하여 상기 배터리의 내부저항을 연산하는 단계와, 상기 배터리에 흐르는 내부전류에 대한 주파수 특성을 이용하여 상기 내부저항을 보상하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 배터리 내부저항 연산방법은 상기 내부저항을 연산하는 단계 이전에 상기 전류 센서의 정상 여부에 대한 신호를 출력하는 오동작 감지단계를 더 포함하되, 상기 오동작 감지단계는 상기 전류 센서로부터 입력된 상기 배터리의 전류 측정값이 기준값을 벗어나는 경우 상기 전류 센서의 오동작 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 측정 단계 및 상기 오동작 감지 단계는 상기 전류 센서에 대한 오동작 신호가 출력되지 않을 때까지 반복적으로 수행될 수 있다.
또한, 상기 보상하는 단계는 아래의 수힉식 1을 사용하여 상기 내부저항에 대한 보상을 수행한다.
[수학식 1]
RFreqCompensation=
Figure pat00001
Figure pat00002
: 주파수 보상된 내부저항,
Figure pat00003
: 내부저항,
Figure pat00004
: 실험적으로 얻어진 Gain, Period: 배터리 전류의 주기
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 면에 따른 배터리 센서는 배터리 전압을 측정하는 전압 센서와, 상기 배터리의 전류를 측정하는 전류 센서와, 상기 전류 센서의 정상 여부에 대한 신호를 출력하는 오동작 감지부와, 상기 전압 측정값 및 상기 전류 측정값을 이용하여 상기 배터리의 내부저항을 연산하고, 상기 배터리에 흐르는 내부전류에 대한 주파수 특성을 이용하여 상기 내부저항을 보상하는 제어부를 포함한다.
상기 오동작 감지부는 상기 전류 센서로부터 입력된 상기 배터리의 전류 측정값이 기준값을 벗어나는 경우 상기 전류 센서의 오동작 신호를 출력한다.
상기 제어부는 상기 오동작 신호가 출력된 경우, 상기 전류 센서에서 유효한 전류 센싱값이 획득될 때까지 상기 전류 센서가 새로운 전류 센싱값을 획득하도록 반복 제어를 한다.
또한, 상기 제어부는 아래의 수힉식 1을 사용하여 상기 내부저항에 대한 보상을 수행한다.
[수학식 1]
RFreqCompensation=
Figure pat00005
Figure pat00006
: 주파수 보상된 내부저항,
Figure pat00007
: 내부저항,
Figure pat00008
: 실험적으로 얻어진 Gain, Period: 배터리 전류의 주기
한편, 본 발명의 일 면에 따른 배터리 내부저항 연산방법은 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 저장될 수 있다.
본 발명에 따르면, 극히 단순한 수학적 모델링으로 배터리 내부저항을 1차로 연산함으로써, 연산량을 줄이고, 배터리 내부전류의 주파수 특성을 이용하여 상기 연산된 값을 보상함으로써 내부저항 연산값에 대한 신뢰성까지 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 배터리 센서 장치(100)에 대한 구성을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 배터리 내부저항 연산방법을 도시한 순서도.
도 3은 배터리 내부 전압 및 전류의 리플 주파수에 따른 위상차를 도시한 예시도.
도 4는 캐패시턴스 성분의 영향도를 나타내기 위한 배터리 전압 및 전류에 대한 리사쥬 도형을 도시한 예시도
도 5는 배터리 내부저항과 리플 주파수 사이의 관계를 도시한 예시도.
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.
이제 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 배터리 센서 장치(100)에 대한 구성을 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 배터리 내부저항 연산방법을 도시한 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 센서 장치(100)는 전압 센서(110), 전류 센서(120), 온도 센서(130), 오동작 감지부(140), 제어부(150), 및 메모리부(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전압 센서(110), 전류 센서(120) 및 온도 센서(130)는 배터리의 해당하는 전기적 내지 물리적 특성 정보를 센싱하는 기능을 수행하여(S21), 상기 센싱된 정보 내지 데이터는 후술되는 본 발명의 다른 구성으로 출력되어 배터리에 대한 SOC(State of charge; 배터리 충전 상태) 추정의 파라미터 값으로 이용된다.
일반적으로 이용되고 있는 SOC 추정 기법에 의할 경우, 상기 전압 센서(110) 및 전류 센서(120)에 의해 측정된 전압 또는/및 전류값만을 활용하여도 SOC 추정이 가능함은 물론이며, 온도 정보는 추정 연산된 SOC 값에 대한 보정(calibration)에 활용되거나 자체 SOC 연산에 직접적으로도 활용될 수 있으므로 온도 센서(130)를 포함하여 배터리의 정보가 센싱되도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다.
이차전지(배터리)의 전류값을 센싱하는 전류 센서(120)는 전자 소자의 특성에서도 기인될 수 있으나, 외부 전원에 의한 충전과 모터 등의 구동원으로 방전하는 과정이 무수히 반복 되풀이되는 프로세싱이 이루어지고, 이 과정에서 서지 전류가 쉽게 유입되는 등의 악조건에 노출되어 잘못된 전류 값이 센싱될 가능성이 높다고 할 수 있다.
또한, 차량 등에 장착되는 배터리(이차전지) 등은 일정 범위의 정전압 환경이 이루어져 전압에 대한 변동(fluctuation)은 크지 않으나, 이에 반해 전류 환경은 상당한 변동성을 가져 전류 센서 소자의 안정성에 영향을 미치게 되어 일시적 또는 반영구적인 오동작 내지 고장을 유발하기도 한다.
통상적으로 SOC는 충전된 상태를 %로 표현하는 정량 추정 결과로서 배터리의 용량 등을 감안하여 현재의 배터리 상태로 차량의 구동 가능한 거리 정보와 함수적으로 대응되는 수치에 해당한다. 충전과 방전이라는 실질적인 객체는 전하(전류)의 이동에 있으므로 전류를 기반으로 SOC를 추정하는 것이 전압을 기반으로 하는 SOC 추정 기법에 대비하여 상대적으로 정확성이 높다고 할 수 있다.
그러나 전류 센서(120)는 앞서 언급된 바와 같이 고장이 발생하거나 잘못된 센싱값을 출력할 가능성이 상대적으로 높다는 문제점을 가지고 있으므로 이러한 문제점을 해결하고자 본 발명은 전류 센서의 오동작 여부를 감지하기 위한 오동작 감지부(140)를 추가적으로 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 오동작 감지부(140)는 전류 센서(120)로부터 출력되는 센싱 전류값을 모니터링하여 상기 전류 센서(120)의 고장 내지 오동작 여부를 판단하고(S22), 상기 전류 센서의 정상 여부에 대한 신호를 후술되는 본 발명의 제어부(150)로 출력한다.
상기 전류 센서(120)의 오동작 여부 등을 판단하는 방법은 OFFSET 값에 대한 판단 또는 충전 내지 방전 과정에서 센싱되는 전류 크기가 기준 허용 범위를 초과하는지 여부, 적산된 전류의 특성 정보 등을 포함하여 당업자 수준에서 다양한 방법이 가능함은 물론이다.
본 발명의 제어부(150)는 상기 오동작 감지부(140)로부터 상기 전류 센서(120)가 정상이라는 결과 신호가 입력되면, 현재 전류 센서(120)의 센싱값을 유효한 값으로 신뢰할 수 있으므로, 현재 전류 센서(120)의 센싱값과 현재 전압 센서(110)의 센싱값을 이용하여 상대적으로 정확하고 정밀한 배터리 내부저항 값(이하, 제1 내부저항)을 연산한다(S23).
만약, 상기 오동작 감지부(140)로부터 상기 전류 센서(120)로부터 비정상 내지 오동작 등의 결과 신호가 입력되면, 전류 센서(120)를 현재 신뢰할 수 없는 상태로 간주할 수 있으므로, 본 발명의 제어부(150)는 상기 전류 센서(120)가 새로운 센싱값을 획득하도록 제어하고, 새롭게 센싱된 전류값은 다시 오동작 감지부(140)를 거쳐 센싱값의 유효성 여부에 대한 정보가 제어부(150)로 전달된다. 이와 같은 일련의 프로세스는 유효한 전류 센싱값이 획득될 때까지 반복되며, 이로 인해 제어부(150)는 유효 전류 센싱 값만을 사용하여 제1 내부저항을 연산하므로, 제1 내부저항 연산의 신뢰성이 담보될 수 있다.
한편, 차량은 엔진의 회전으로부터 얻어지는 동력을 이용하여 발전기를 동작시키고, 이를 통해 배터리의 충/방전이 이루어지게 된다. 발전기로부터 얻어지는 전류는 일정하지는 않지만 리플(Ripple)을 가지고, 그 결과 배터리는 충/방전 시, 일정한 직류 전류값이 아닌, 리플을 가진 값으로 충전된다. 이 과정에서 생기는 전류의 리플 주파수(Ripple Frequency)는 배터리 내부의 캐패시턴스(Capacitance) 성분에서 기인한 것으로서, 배터리 내부저항을 연산하는데 있어서 중요한 역할을 한다.
배터리 내부의 캐패시턴스 성분은 이상적인 사인파(Sine Wave)를 갖는 전류가 배터리 내부에 흐른다고 가정한다면, 도 3과 같이 배터리 전압과 전류 사이에 위상 차를 발생시키는 원인을 제공한다.
도 4는 캐패시턴스 성분의 영향도를 나타내기 위한 리사쥬 도형을 도시한 예시도이다. 도 4는 리플 주파수를 갖는 전류 및 전압 센싱 값을 배터리 저항 연산식 R=dV/dI에 대입한 것을 그래프로 나타낸 것이다. 여기서, X축은 전류, Y축은 전압을 의미한다.
도 4를 참조하면, 전압과 전류의 위상차가 커질수록 상기 리사쥬 도형은 원형에 가까워 지게 된다. 일 예로, 전압과 전류의 위상차가 정확하게 90°일 때, 리사쥬 도형은 원 형상을 가지게 된다.
실험적으로, 전류의 주파수가 커질수록 배터리 전압과 전류의 위상차는 작아지고, 이와 반대로 전류의 주파수가 작아질수록 전압과 전류의 위상차가 커지는 것을 확인할 수 있다.
다시 말해, S23 단계에서 제1 내부저항을 연산하기 위한 알고리즘을 R=dV/dI로 할 때, 전압 전류의 위상차가 커질수록 도 4의 리사쥬 도형의 기울기가 커지게 된다.
그 결과, 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리 전류의 리플 주파수와 배터리 내부저항은 서로 반비례 관계에 있다는 사실을 확인할 수 있다.
본 발명은 극히 단순한 수학적 모델링으로 인해 S23 단계에서 연산된 제1 내부저항의 신뢰성을 담보하기 위하여, 상술한 전류의 리플 주파수와 배터리 내부저항의 관계를 이용하여 제1 내부저항을 보상하는 프로세스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 극히 단순한 수학적 모델링으로 배터리 내부저항을 1차로 연산함으로써, 연산량을 줄이고, 배터리 내부전류의 주파수 특성을 이용하여 상기 연산된 값을 보상함으로써 내부저항 연산값에 대한 신뢰성까지 확보할 수 있게 되는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 제어부(150)는 S23 단계에서 연산된 제1 내부저항을 전술한 배터리 내부전류의 주파수 특성을 이용하여 보상하는 프로세스를 수행한다(S24).
상세하게는, 제어부(150)는 배터리로 유입되는 전류의 리플 주파수의 값을 계산하고, 이를 배터리 내부저항을 연산하기 위해 모델링된 리플 주파수와 배터리 내부저항 사이의 관계 모델, 또는 주기(Period)와 배터리 내부 저항 사이의 관계 모델에 적용하여 제1 내부저항에 대한 보상을 수행한다.
일 예로 제어부(150)는 아래의 수학식 1을 이용하여, 제1 내부저항에 대한 보상을 수행할 수 있다.
[수학식 1]
RFreqCompensation=
Figure pat00009
Figure pat00010
: 주파수 보상된 내부저항,
Figure pat00011
: 제1 내부저항,
Figure pat00012
: 실험적으로 얻어진 Gain, Period: 배터리 전류의 주기
즉, R=dV/dI로부터 계산된 제1 내부저항 값에 실험적으로 얻어진 Gain인
Figure pat00013
값을 곱한 주기(Period)를 나누어주면, 보상된 내부저항 값을 수학적으로 얻을 수 있다. 만약, Period가 0일 때, 즉 주파수가 무한대인 경우는 배터리 내부에 흐르는 전류는 직류라고 가정할 수 있으므로, 이 경우 배터리 내부저항은 주파수에 영향을 받지 않는다.
한편, 배터리 내부저항을 연산하기 위해 제어부에서 수행되는 각각의 프로세스는 코드로 작성된 소프트웨어로 만들어질 수 있으며, 메모리부(160)에 상기 소프트웨어, 배터리 내부저항을 연산하기 위해 모델링된 리플 주파수 - 배터리 내부저항 관계 모델, 또는 주기(Period)- 배터리 내부 저항 관계 모델이 저장된다.
상술한 본 발명에 따른 배터리 내부저항 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.
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.

Claims (9)

  1. 전압 센서 및 전류 센서를 이용하여 배터리의 전압 및 전류를 측정하는 측정 단계;
    상기 전압 측정값과 상기 전류 측정값을 이용하여 상기 배터리의 내부저항을 연산하는 단계; 및
    상기 배터리에 흐르는 내부전류에 대한 주파수 특성을 이용하여 상기 내부저항을 보상하는 단계
    를 포함하는 배터리 내부저항 연산방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부저항을 연산하는 단계 이전에 상기 전류 센서의 정상 여부에 대한 신호를 출력하는 오동작 감지단계를 더 포함하되,
    상기 오동작 감지단계는,
    상기 전류 센서로부터 입력된 상기 배터리의 전류 측정값이 기준값을 벗어나는 경우 상기 전류 센서의 오동작 신호를 출력하는 단계를 포함하는
    인 배터리 내부저항 연산방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 측정 단계 및 상기 오동작 감지 단계는 상기 전류 센서에 대한 오동작 신호가 출력되지 않을 때까지 반복적으로 수행되는 것
    인 배터리 내부저항 연산방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보상하는 단계는,
    아래의 수힉식 1을 사용하여 상기 내부저항에 대한 보상을 수행하는 것인 배터리 내부저항 연산방법.
    [수학식 1]
    RFreqCompensation=
    Figure pat00014

    Figure pat00015
    : 주파수 보상된 내부저항,
    Figure pat00016
    : 제1 내부저항,
    Figure pat00017
    : 실험적으로 얻어진 Gain, Period: 배터리 전류의 주기
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 내부저항 연산방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
  6. 배터리 전압을 측정하는 전압 센서;
    상기 배터리의 전류를 측정하는 전류 센서;
    상기 전류 센서의 정상 여부에 대한 신호를 출력하는 오동작 감지부;
    상기 전압 측정값 및 상기 전류 측정값을 이용하여 상기 배터리의 내부저항을 연산하고, 상기 배터리에 흐르는 내부전류에 대한 주파수 특성을 이용하여 상기 내부저항을 보상하는 제어부
    를 포함하는 배터리 센서.
  7. 제6항에 있어서, 상기 오동작 감지부는,
    상기 전류 센서로부터 입력된 상기 배터리의 전류 측정값이 기준값을 벗어나는 경우 상기 전류 센서의 오동작 신호를 출력하는 것
    인 배터리 센서.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 오동작 신호가 출력된 경우, 상기 전류 센서에서 유효한 전류 센싱값이 획득될 때까지 상기 전류 센서가 새로운 전류 센싱값을 획득하도록 반복 제어를 하는 것
    인 배터리 센서.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제어부는,
    아래의 수힉식 1을 사용하여 상기 내부저항에 대한 보상을 수행하는 것인 배터리 센서.
    [수학식 1]
    RFreqCompensation=
    Figure pat00018

    Figure pat00019
    : 주파수 보상된 내부저항,
    Figure pat00020
    : 제1 내부저항,
    Figure pat00021
    : 실험적으로 얻어진 Gain, Period: 배터리 전류의 주기
KR1020120119039A 2012-10-25 2012-10-25 지능형 배터리 센서 및 이의 배터리 내부저항 연산방법 KR20140052658A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120119039A KR20140052658A (ko) 2012-10-25 2012-10-25 지능형 배터리 센서 및 이의 배터리 내부저항 연산방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120119039A KR20140052658A (ko) 2012-10-25 2012-10-25 지능형 배터리 센서 및 이의 배터리 내부저항 연산방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140052658A true KR20140052658A (ko) 2014-05-07

Family

ID=50885861

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120119039A KR20140052658A (ko) 2012-10-25 2012-10-25 지능형 배터리 센서 및 이의 배터리 내부저항 연산방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20140052658A (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170007131A (ko) * 2015-07-10 2017-01-18 도요타 지도샤（주） 전지의 제어 시스템
KR20190099698A (ko) * 2018-02-19 2019-08-28 현대모비스 주식회사 지능형 배터리 센서 및 이의 배터리 내부 저항 연산방법
US10746804B2 (en) 2017-01-18 2020-08-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Battery management method and apparatus
US11498446B2 (en) * 2020-01-06 2022-11-15 Ford Global Technologies, Llc Plug-in charge current management for battery model-based online learning

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170007131A (ko) * 2015-07-10 2017-01-18 도요타 지도샤（주） 전지의 제어 시스템
US10746804B2 (en) 2017-01-18 2020-08-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Battery management method and apparatus
KR20190099698A (ko) * 2018-02-19 2019-08-28 현대모비스 주식회사 지능형 배터리 센서 및 이의 배터리 내부 저항 연산방법
US11498446B2 (en) * 2020-01-06 2022-11-15 Ford Global Technologies, Llc Plug-in charge current management for battery model-based online learning

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4772871B2 (ja) バッテリと関連する状態ベクトルを推定するシステム及び方法
Song et al. Current profile optimization for combined state of charge and state of health estimation of lithium ion battery based on Cramer–Rao bound analysis
JP4571000B2 (ja) 蓄電デバイスの残存容量演算装置
US6829515B2 (en) Method and device for determining changes in technical systems such as electric motors caused by ageing
JP6615011B2 (ja) 電池管理システム、電池システムおよびハイブリッド車両制御システム
US9035619B2 (en) Battery cell temperature detection
US9201119B2 (en) Battery fuel gauge
JP6234946B2 (ja) 電池状態推定装置
US20140055100A1 (en) Battery state estimation system, battery control system, battery system, and battery state estimation method
US20180156873A1 (en) Battery Deterioration Degree Estimating Apparatus and Estimating Method
US10649035B2 (en) Method for estimating the current and the state of charge of a battery pack or cell, without direct detection of current under operating conditions
JP6499075B2 (ja) 二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法
CN105634051B (zh) 电池余量预测装置以及电池组
CN104076283A (zh) 动力电池soc初值的计算方法及动力电池系统
JP5653881B2 (ja) 二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法
KR20150121526A (ko) 전기 자동차의 운행 중 배터리의 수명을 추정하는 장치 및 방법
CN104833921A (zh) 电池包荷电状态的计算方法和计算装置
KR20140052658A (ko) 지능형 배터리 센서 및 이의 배터리 내부저항 연산방법
CN102341722B (zh) 确定用于识别车载电网稳定性的特征量的方法和设备
JP6452403B2 (ja) 二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法
KR101960090B1 (ko) 지능형 배터리 센서 및 이의 반복 연산을 이용한 배터리 공칭 용량 추정방법
JP5174968B2 (ja) バッテリの充電状態を求める方法および制御装置
JP5428810B2 (ja) 余寿命推定方法及び余寿命推定システム
JP7264583B2 (ja) 電池制御装置及び電池システム
JP2016211923A (ja) 充電量推定方法及び充電量推定装置

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid