KR20140087994A - 전동장치용 배터리의 전력모니터링 시스템 - Google Patents

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KR20140087994A
KR20140087994A KR1020130124650A KR20130124650A KR20140087994A KR 20140087994 A KR20140087994 A KR 20140087994A KR 1020130124650 A KR1020130124650 A KR 1020130124650A KR 20130124650 A KR20130124650 A KR 20130124650A KR 20140087994 A KR20140087994 A KR 20140087994A
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한연수
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Abstract

본 발명은, 전동장치의 배터리의 다수의 셀 각각의 특성값을 측정하는 측정부와; 상기 배터리의 외부 온도를 감지하는 감지부와; 상기 특성값으로부터 평가대상값을 산출하고, 상기 외부 온도에 대응되는 기준값을 선택하고, 상기 평가대상값과 상기 기준값을 비교하여 상기 다수의 셀 각각의 상태를 판단하는 중앙처리부를 포함하는 전동장치용 배터리의 전력모니터링 시스템을 제공한다.

Description

전동장치용 배터리의 전력모니터링 시스템{POWER MONITORING SYSTEM FOR BATTERY OF ELECTRO-MECHANICAL APPARATUS}
본 발명은 다수의 셀로 이루어지는 전동장치용 배터리의 전력모니터링 시스템 및 전력모니터링 방법에 관한 것이다.
전동장치용 배터리는 2차 전지의 일종으로서, 내부에 양극판과 음극판이 삽입되고 전해액이 충진된 다수의 셀의 조합으로 이루어지며, 자동차를 비롯한 전동카트나 전동지게차 등의 전동장치에서 전력을 공급하기 위하여 많이 사용되고 있다.
이러한 전동장치용 배터리는 기본적으로 전해액에 침지된 양극판과 음극판 사이에서 일어나는 화학 반응에 의한 화학적 에너지를 이용하여 전력을 발생하는 방전과, 외부에서 공급되는 전기적 에너지에 의해 전해액을 황산화하는 충전을 반복하면서 지속적으로 사용하게 된다.
이러한 전동장치용 배터리는 전동장치의 주동력원으로서 사용되기 때문에 기능에 문제가 발생하는 경우 전동장치의 가동이 불가능해진다.
따라서, 전동장치의 안정적인 사용을 위해서는 배터리의 성능 및 예상 수명 등을 주기적으로 체크함으로써 기능상에 문제가 발생하는 것을 사전에 방지하는 것이 무엇보다 중요하다고 볼 수 있다.
한편, 전동장치용 배터리는 전술한 바와 같이 화학에너지를 전기에너지로 변환하여 사용하는 특성상 온도에 따른 전기에너지의 방전량이 큰 차이를 보인다.
예를 들어, -17.8도인 경우에는 25도인 경우에 비하여 방전량이 50%로 감소하고, 측정되는 전압도 떨어지게 된다.
또한 25도를 초과하는 경우에는 더 많은 에너지를 방전할 수 있게 되나 배터리의 수명은 짧아지게 된다.
이러한 온도 특성으로 한국과 같이 사계절을 갖고 있거나, 온도의 변화가 많은 곳에서는 외기 온도나 배터리 온도를 고려하여 배터리의 상태를 판단하여야 한다.
예를 들어 골프장용 카트의 경우 영하로 떨어지는 날씨에는 배터리의 전압만 측정하여 불량이라 판단하게 되면, 영상의 날씨에서는 정상적으로 사용할 수 있음에도 불구하고 폐기될 우려가 있다.
한국의 골프장에서는 한 겨울에 18홀을 주행하지 못 하는 배터리도, 한 겨울을 넘기면 일반적으로 그 다음 해 가을까지 더 사용하고 있다.
표1은 만충전이 되어 있는 동일한 배터리(280AH/5HR)를 동일 부하(56A)로 방전했을 때 온도에 따른 Cell 전압 및 방전량(용량)의 상관관계 도표이다.
표1과 같이 외부 온도에 따라 방전 초기전압(open V)의 편차는 0.01~0.04V 정도이지만, 부하가 걸렸을 때(방전 때)는 최고 0.13V까지 증가하게 된다. 이러한 이유로 방전 시의 최고전압과 최저전압, 또는 최저전압과 최고전압의 편차 등을 이용하여 배터리의 상태에 대한 판단을 하게 되면, 온도가 낮을 경우에는 배터리의 판단에 문제가 발생할 수 있게 된다.
Figure pat00001
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 측정된 셀의 전압과 외부 온도의 상관관계를 이용하여 배터리의 불량 여부와 열화 정도를 온도를 고려하여 판단할 수 있도록 하는 전동장치용 배터리의 전력모니터링 시스템을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여 본 발명은, 전동장치의 배터리의 다수의 셀 각각의 특성값을 측정하는 측정부와; 상기 배터리의 외부 온도를 감지하는 감지부와; 상기 특성값으로부터 평가대상값을 산출하고, 상기 외부 온도에 대응되는 기준값을 선택하고, 상기 평가대상값과 상기 기준값을 비교하여 상기 다수의 셀 각각의 상태를 판단하는 중앙처리부를 포함하는 전동장치용 배터리의 전력모니터링 시스템을 제공한다.
그리고, 상기 전동장치용 배터리의 전력모니터링 시스템은, 다수의 상기 외부 온도에 대응되는 다수의 상기 기준값에 대한 데이터를 저장하고, 상기 다수의 셀 각각의 상태에 대한 상태정보를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 특성값은, 상기 다수의 셀 각각의 전압 또는 전류일 수 있다.
그리고, 상기 기준값은, 상기 외부 온도에 따른 상기 다수의 셀 각각의 방전특성 변화를 고려하여 설정될 수 있다.
또한, 상기 평가대상값은, 상기 다수의 셀 각각의 최저전압, 최고전압, 최저전압과 최고전압의 편차(ripple), 방전전류, 방전량 중 적어도 하나일 수 있다.
여기서, 상기 평가대상값이 상기 다수의 셀 각각의 상기 최저전압인 경우, 상기 기준값은 상기 외부 온도에 따라 점점 낮아지도록 설정된 기준전압이며, 상기 최저전압이 상기 기준전압 이상이면 정상상태로 판단하고, 상기 최저전압이 상기 기준전압 미만이면 비정상상태로 판단할 수 있다.
그리고, 상기 평가대상값이 상기 다수의 셀 각각의 상기 편차인 경우, 상기 기준값은 상기 외부 온도에 따라 점점 커지도록 설정된 기준편차이며, 상기 편차가 상기 기준편차 이하이면 정상상태로 판단하고, 상기 편차가 상기 기준편차보다 크면 비정상상태로 판단할 수 있다.
또한, 상기 평가대상값이 상기 다수의 셀 각각의 상기 방전량인 경우, 상기 기준값은 상기 외부 온도에 따라 점점 작아지도록 설정된 기준량이며, 상기 방전량이 상기 기준량 이상이면 정상상태로 판단하고, 상기 방전량이 상기 기준량 미만이면 비정상상태로 판단할 수 있다..
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 전동장치용 배터리의 전력모니터링 시스템에 의하면, 기온변화가 심한 환경에서도 외부 온도를 고려하여 배터리의 상태를 보다 세밀하게 모니터링 가능하게 됨으로써, 배터리의 사용효율이 향상된다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력모니터링 시스템 및 전동장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력모니터링 시스템의 평가대상값 및 기준값을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력모니터링 방법을 도시한 흐름도.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 도면을 참조로 하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력모니터링 시스템 및 전동장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전력모니터링 시스템(100)은, 외부 온도를 감지하고, 감지된 외부 온도에 따라 전동장치(150)의 배터리(152)의 상태를 판단하여 배터리(152)를 관리한다.
이를 위하여, 전력모니터링 시스템(100)은, 중앙처리부(102), 측정부(104), 온도감지부(106) 및 저장부(108)를 포함한다.
전동장치(150)는, 제1 내지 제n셀로 이루어지는 배터리(152)를 포함하는데, 제1 내지 제n셀은 서로 직렬 연결되며, 제1 내지 제n셀 각각의 양극(+) 및 음극(-)의 특성값은 전력모니터링 시스템(100)의 측정부(104)에 의하여 측정될 수 있다.
여기서, 양극(+) 및 음극(-)의 특성값은 전압 및 전류 중 적어도 하나일 수 있다.
예를 들어, 측정부(104)는, 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 실시간 전압(방전전압) 또는 실시간 전류(방전전류, 부하전류)를 특성값으로 측정할 수 있다.
측정부(104)는, 측정된 특성값을 중앙처리부(102)에 전달하고, 중앙처리부(102)는 측정부(104)로부터 전달받은 특성값으로부터 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 평가대상값을 산출한다.
여기서, 평가대상값은, 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 방전 중 최저전압, 방전 중 최고전압, 방전 중 최저전압과 최고전압의 편차(ripple), 방전전류, 방전량(용량: capacity) 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 측정부(104)는, 측정된 특성값을 처리 가능한 범위의 전압 값으로 변환하여 중앙처리부(102)로 전달할 수 있으며, 중앙처리부(102)는 전달받은 아날로그 형태의 특성값을 디지털 형태로 변환하여 평가대상값을 산출할 수 있다.
온도감지부(106)는, 전동장치(150)의 배터리(152) 주변에 배치되어 외부 온도를 감지하여 중앙처리부(102)로 전달하는데, 전력모니터링 시스템(100)과 배터리(152)가 인접하게 배치되어 온도 편차가 크지 않을 경우, 온도감지부(106)는 전력모니터링 시스템(100)에 내장될 수도 있다.
예를 들어, 온도감지부(106)는, 서미스터(thermistor) 또는 박막트랜지스터(TFT)일 수 있으며, 그 외에도 다양한 형태의 온도센서로 이루어질 수 있다.
중앙처리부(102)는, 온도감지부(106)로부터 전달받은 외부 온도에 대응되는 기준값을 선택하고, 선택된 기준값을 산출된 평가대상값과 비교하여 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 상태를 판단한다.
저장부(108)는, 다수의 외부 온도에 대응되는 다수의 기준값을 룩업테이블(lookup table)의 형태로 저장할 수 있으며, 해당 외부 온도에 대응되는 기준값을 중앙처리부(102)에 전달한다.
여기서, 기준값은 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 정상상태 또는 비정상상태의 판단기준이 되는 값을 의미하는 것으로, 외부 온도에 따른 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 방전특성 변화를 고려하여 설정될 수 있다.
예를 들어, 평가대상값이 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 최저전압인 경우, 기준값은 외부 온도에 따라 점점 낮아지도록 설정된 기준전압일 수 있으며, 최저전압이 기준전압 이상이면 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각을 정상상태로 판단하고, 최저전압이 기준전압 미만이면 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각을 비정상상태로 판단할 수 있다.
그리고, 평가대상값이 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 최저전압과 최고전압의 편차인 경우, 기준값은 외부 온도에 따라 점점 커지도록 설정된 기준편차일 수 있으며, 최저전압과 최고전압의 편차가 기준편차 이하이면 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각을 정상상태로 판단하고, 최저전압과 최고전압의 편차가 기준편차보다 크면 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각을 비정상상태로 판단할 수 있다.
또한, 평가대상값이 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 방전량(용량)인 경우, 기준값은 외부 온도에 따라 점점 작아지도록 설정된 기준량일 수 있으며, 방전량이 기준량 이상이면 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각을 정상상태로 판단하고, 방전량이 기준량 미만이면 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각을 비정상상태로 판단할 수 있다.
중앙처리부(102)는, 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 정상상태 또는 비정상상태에 대한 상태정보를 저장부(108)에 저장할 수 있으며, 저장된 상태정보를 유선 또는 무선으로 차고지 등의 배터리처리부에 전달할 수 있다.
그리고, 배터리처리부는, 상태정보에 따라 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 중에서 비정상상태의 셀을 교체할 수 있으며, 추출된 비정상상태의 셀을 재생처리 하거나 폐기처리 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력모니터링 시스템이 최저전압을 이용하여 배터리의 상태를 판단하는 경우를 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력모니터링 시스템의 평가대상값 및 기준값을 도시한 도면으로서, 도 1을 함께 참조하여 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전력모니터링 시스템(100)은, 전동장치(150)의 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 특성값을 측정하고, 특성값으로부터 평가대상값으로 산출하는데, 특성값은 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각이 방전하는 동안의 다수의 실시간 전압일 수 있으며, 평가대상값은 측정된 다수의 실시간 전압 중 가장 작은 값인 최저전압일 수 있다.
예를 들어, 제1 내지 제6셀의 최저전압은 각각 약 11.07V, 약 11.35V, 약 11.32V, 약 8.20V, 약 11.12V, 약 11.34V일 수 있다.
여기서, 제1 내지 제6셀의 정상상태 또는 비정상상태를 판단하는 기준값인 기준전압은, 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 사양(specification)과 방전특성 변화를 고려하여 온도감지부(106)가 감지한 외부 온도에 따라 상이하게 설정된다.
예를 들어, 외부 온도가 약 25도, 약 0도, 약 -18도인 경우, 기준전압은 각각 10V, 9V, 8V로 설정될 수 있다.
따라서, 외부 온도가 약 25도 또는 약 0도인 경우에는, 기준전압인 10V 또는 9V이상의 최저전압을 갖는 제1 내지 제3셀, 제5셀, 제6셀을 정상상태로 판단할 수 있으며, 기준전압인 10V 또는 9V미만의 최저전압을 갖는 제4셀을 비정상상태로 판단할 수 있다.
그러나, 외부 온도가 약 -18도인 경우에는, 제1 내지 제6셀 모두가 기준전압인 8V이상의 최저전압을 가지므로, 제1 내지 제6셀을 정상상태로 판단할 수 있다.
즉, 상대적으로 낮은 외부 온도에서 산출된 제4셀의 최저전압에 대하여 외부 온도에 따라 보상된 상대적으로 낮은 기준전압을 적용함으로써, 제4셀의 상태를 정확하게 판단할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 전력모니터링 시스템의 모니터링 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력모니터링 방법을 도시한 흐름도로서, 도 1을 함께 참조하여 설명한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 온도 감지부(106)는, 배터리(152)의 외부 온도를 감지하고(st10), 감지된 외부 온도를 중앙처리부(102)로 전달한다.
중앙처리부(102)는, 온도감지부(106)로부터 전달받은 외부 온도에 대응되는 기준값을 선택하는데(st12), 저장부(108)에 저장된 다수의 외부 온도에 대응되는 다수의 기준값에 대한 데이터로부터 기준값을 선택할 수 있다.
한편, 측정부(104)는, 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 특성값을 측정하고(st14), 측정된 특성값을 중앙처리부(102)로 전달한다.
예를 들어, 측정부(104)는, 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 실시간 전압 또는 실시간 전류를 특성값으로 측정할 수 있다.
그리고, 중앙처리부(102)는, 특성값으로부터 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 평가대상값을 산출한다(st16).
예를 들어, 중앙처리부(102)는, 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 최저전압, 최고전압, 최저전압과 최고전압의 편차(ripple), 방전전류, 방전량(용량: capacity) 중 적어도 하나를 평가대상값으로 산출할 수 있다.
또한, 중앙처리부(102)는, 산출된 평가대상값과 외부 온도에 대응되도록 선택된 기준값을 비교하고(st18), 비교결과에 따라 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 상태를 판단한다(st20).
이후, 중앙처리부(102)는, 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 각각의 정상상태 또는 비정상상태에 대한 상태정보에 따라 해당 셀을 조치한다(st22).
예를 들어, 중앙처리부(102)는, 배터리(152)의 제1 내지 제n셀 중에서 비정상상태의 셀을 교체할 수 있으며, 추출된 비정상상태의 셀을 재생처리하거나 폐기처리할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 전동장치용 배터리의 전력모니터링 시스템에 의하면, 온도에 따른 배터리 전압의 특성을 이용하여, 측정된 전압과 온도의 상관관계를 대입하여 온도에 따른 배터리의 불량 여부와 열화 정도를 판단할 수 있게 된다.
또한 사용 중 최저 전압을 이용하여, 배터리 상태를 판단할 때도, 이러한 온도에 대한 전압의 상관관계를 대입하여 배터리 상태에 대해 판단이 가능하게 된다.
또한 배터리의 전압 편차를 이용하여 배터리 상태를 나타내는 것도 가능하지만 배터리마다 전동장치의 사용 중 최저 전압에 따라서 상태에 대한 체크도 가능하게 된다.
그리고, 온도에 대한 방전량(용량)의 상관관계를 고려하여 외부 온도에 따라 전동장치 관리를 할 수 있게 된다.
100: 전력모니터링 시스템 102: 중앙처리부
104: 측정부 106: 온도감지부
108: 저장부 150: 전동장치
152: 배터리

Claims (8)

  1. 전동장치의 배터리의 다수의 셀 각각의 특성값을 측정하는 측정부와;
    상기 배터리의 외부 온도를 감지하는 감지부와;
    상기 특성값으로부터 평가대상값을 산출하고, 상기 외부 온도에 대응되는 기준값을 선택하고, 상기 평가대상값과 상기 기준값을 비교하여 상기 다수의 셀 각각의 상태를 판단하는 중앙처리부
    를 포함하는 전동장치용 배터리의 전력모니터링 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    다수의 상기 외부 온도에 대응되는 다수의 상기 기준값에 대한 데이터를 저장하고, 상기 다수의 셀 각각의 상태에 대한 상태정보를 저장하는 저장부를 더 포함하는 전동장치용 배터리의 전력모니터링 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 특성값은, 상기 다수의 셀 각각의 전압 또는 전류인 전동장치용 배터리의 전력모니터링 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준값은, 상기 외부 온도에 따른 상기 다수의 셀 각각의 방전특성 변화를 고려하여 설정되는 전동장치용 배터리의 전력모니터링 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 평가대상값은, 상기 다수의 셀 각각의 최저전압, 최고전압, 최저전압과 최고전압의 편차(ripple), 방전전류, 방전량 중 적어도 하나인 전동장치용 배터리의 전력모니터링 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 평가대상값이 상기 다수의 셀 각각의 상기 최저전압인 경우, 상기 기준값은 상기 외부 온도에 따라 점점 낮아지도록 설정된 기준전압이며, 상기 최저전압이 상기 기준전압 이상이면 정상상태로 판단하고, 상기 최저전압이 상기 기준전압 미만이면 비정상상태로 판단하는 전동장치용 배터리의 전력모니터링 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 평가대상값이 상기 다수의 셀 각각의 상기 편차인 경우, 상기 기준값은 상기 외부 온도에 따라 점점 커지도록 설정된 기준편차이며, 상기 편차가 상기 기준편차 이하이면 정상상태로 판단하고, 상기 편차가 상기 기준편차보다 크면 비정상상태로 판단하는 전동장치용 배터리의 전력모니터링 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 평가대상값이 상기 다수의 셀 각각의 상기 방전량인 경우, 상기 기준값은 상기 외부 온도에 따라 점점 작아지도록 설정된 기준량이며, 상기 방전량이 상기 기준량 이상이면 정상상태로 판단하고, 상기 방전량이 상기 기준량 미만이면 비정상상태로 판단하는 전동장치용 배터리의 전력모니터링 시스템.
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