KR20160101323A - 배터리의 수명 예측시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리의 수명 예측시스템에 관한 것으로서, 본 발명은 배터리의 충전중 상태가 아닌 전압측정모드에서 하나 이상의 전지셀이 결합된 배터리에서 폐회로를 구성하여 설정된 레벨의 펄스를 출력 후 상기 폐회로를 통하여 입력되는 입력 펄스값을 비교하여 산출된 저항값으로 배터리의 잔여 수명을 산출할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리의 수명 예측시스템 및 그 방법{SYSTEM OF ESTIMATING STATE OF HEALTH FOR BATTERY AND METHOD THEREOF}
본 발명은 배터리의 수명 예측시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 펄스를 이용하여 배터리의 저항을 측정하고, 측정된 저항을 통하여 배터리의 수명을 예측할 수 있는 배터리의 수명 예측 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
최근에는 전기자동차와 하이브리드 차량에서 차량의 동력을 제공하는 배터리는 다 수개의 전지셀이 병렬 및 직렬 조합으로 조립되어 증가된 전력 또는 에너지를 제공하는 이차전지모듈로 제공된다.
이와 같이 전기자동차와 하이브리드 차량에 장착되는 전지모듈에서 각 전지셀의 병렬 및 직렬 셀 배치가 출력 가능한 전력과 저장가능한 에너지를 증가시킬 수 있다. 반면에 다 수개의 전지셀이 직렬/병렬로 정렬된 상황에서 가장 취약한 셀이 전체 시스템에 결함을 일으킬 수 있다. 그러므로 전지모듈의 각 셀 그룹의 감시는 배터리의 안정성, 시스템의 상태, 이용 가능한 에너지 및 전력 대한 작업 정보를 유지하는데 필요할 수 있다.
그러므로 전기 자동차, 하이브리드 차량에 대한 수요가 증가하는 최근의 시장동향에 따라서 배터리의 안정성에 대한 관심이 대두되고 있다.
특히 종래에는 전기자동차와 하이브리드 차량에 장착되는 배터리에서 전지셀의 과충전, 과방전되지 않거나, 특정 전압 범위 밖에서 동작하지 않도록 하는 상황에서 셀의 균형이 요구될 수 있다. 이와 같은 경우, 모든 셀이 고른 충전 상태가 되도록 (또는 동일하게 안전한 동작점에 있도록) 셀밸란싱을 유지하여야 한다.
종래에는 전지셀의 정상동작 유무 또는 고장유무와 배터리의 수명을 예측하기 위해서는 소프트웨어에 의한 배터리의 전압과 온도를 측정하여 고장유무 및 수명을 예측하는 기술이 제안되었다.
이중에서 종래에는 하나 이상의 전지셀로 이루어진 배터리에서 각 셀별로 스위치를 구비하고, 각 스위치를 온오프 시켜 해당 전지셀의 전압을 측정하여 배터리의 충전율을 감지하고, 저항을 감지하여 수명을 예측하는 방식을 채택하였다. 특히 종래의 배터리의 수명 예측 방법은 배터리가 충전중일 때 충전을 잠시 중단 후 저항을 측정하여 배터리의 수명을 예측하였다.
그러나 상기와 같은 종래기술은 충전중에 충전을 잠시 중단하고 저항을 측정한뒤에 다시 충전을 개시함에 따라 충전시간이 길어지는 불편한 문제점이 있었다.
또한 종래기술은 배터리의 저항값이 가장 낮은 시기인 충전중에 저항을 측정함에 따라 때문에 정확도가 높지 않고 오차범위가 크다. 따라서 사용자들은 상기와 같은 방식으로 측정되는 배터리의 수명에 따라 사용 가능한 배터리를 조기에 교체하거나, 또는 수명이 다되었는데도 불구하고 계속 사용하게 되어 주행중에 차가 정지하는 상황이 발생될 수 있는 문제점이 있었다.
특허 등록 제10-0839980호(2008.06.13)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리에서 저항값이 가장 높은 시기에 저항을 측정하여 배터리의 수명을 예측할 수 있는 배터리의 수명 예측시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 충전시간에 영향을 주지 않도록 충전율을 감지하는 전압측정모드중에 저항을 측정하여 배터리의 수명을 예측할 수 있는 배터리의 수명 예측시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함한다.
본 발명에 따른 배터리의 수명 예측시스템의 바람직한 실시예는 하나 이상의 전지셀이 결합된 배터리; 상기 배터리의 전압을 측정하는 전압센서; 상기 배터리 전체, 하나 이상의 전지셀로 조합된 그룹별 및 전지셀중 선택된 어느 하나의 저항값을 측정하여 수명을 감지하는 수명예측부; 상기 전지셀별로 연결되는 전원라인에 각각 연결되는 하나 이상의 스위치를 구비하여 상기 전압센서와 수명예측부에 연결되는 전원라인을 선택적으로 연결시켜 배터리와, 하나 이상의 전지셀로 조합된 그룹과, 각 전지셀별중 선택된 어느 하나와 폐회로를 구성하는 멀티플렉서; 상기 전압센서의 전압감지신호를 수신하는 전압측정모드중에 상기 배터리의 전체 전지셀과, 하나 이상으로 조합된 전지셀 그룹과, 각 전지셀중에서 선택된 하나와 상기 수명예측부간에 폐회로가 형성되도록 상기 멀티플렉서를 제어하고, 상기 수명예측부에서 측정된 저항값과 설정된 기준을 비교하여 상기 배터리의 수명을 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서 상기 수명예측부는 상기 폐회로에 설정된 레벨의 펄스를 출력하는 펄스출력수단; 상기 폐회로를 구성하도록 상기 멀티플렉서의 스위치를 절환시키는 스위치구동수단; 상기 폐회로에서 출력된 펄스가 입력되는 펄스입력수단; 및 상기 펄스 출력수단에서 출력된 출력 펄스와 상기 펄스입력수단에서 입력된 입력 펄스의 차이를 확인하여 상기 전지셀의 저항값을 산출하여 상기 제어부에 출력하는 저항연산수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리의 수명 예측시스템은 전압측정모드에서 저항측정모드로 전환됨에 따라 충전시간에 영향을 주지않고, 실시간으로 배터리의 상태나 수명을 감지 및 예측할 수 있어 충전시간이 단축됨과 동시에 안전성이 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 배터리 수명 예측시스템은 배터리에서 저항값이 가장 높은 시기에 저항을 측정하기에 배터리의 잔여 수명을 정확하게 예측할 수 있어 사용자에게 불필요한 지출이나 주행중 배터리의 이상으로 인한 불편함을 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리의 수명 예측시스템을 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리의 수명 예측시스템에서 수명예측부를 도시한 블럭도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 배터리의 수명 예측 시스템의 폐회로의 제1 내지 제3실시예를 도시한 간략도면이다.
도 4는 본 발명에 다른 배터리의 수명 예측방법에서 펄스를 이용한 저항측정의 예를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리의 수명 예측방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리의 수명 예측방법에서 저항측정모드를 도시한 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 배터리의 수명 예측 시스템 및 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리의 수명 예측시스템을 도시한 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리의 수명 예측 시스템은 하나 이상의 전지셀(11, 12)이 전기적으로 통전가능하도록 연결되는 배터리(10)와, 상기 배터리(10)의 전압 및 온도를 측정하여 이상 여부를 판단하는 제어부(90)와, 상기 배터리(10)의 전압을 감지하는 전압센서(40)와, 상기 배터리(10)의 전류를 감지하는 전류센서(60)와, 상기 배터리(10)의 전체 저항과, 하나 이상의 전지셀이 조합된 그룹별 저항과, 각 전지셀(11, 12)별 저항중 선택된 어느 하나를 측정하여 수명 및 상태 이상을 예측하는 수명예측부(50)와, 상기 배터리(10)와 하나 이상의 전지셀로 조합된 그릅과 각 전지셀(11, 12)중 선택된 어느 하나로 연결되는 전원라인과 제어부(90)와 수명예측부(50) 사이를 선택적으로 스위칭하는 멀티플렉서(20)와, 상기 배터리(10)의 충전전압과 온도 및 이상여부를 시각적으로 표시하는 디스플레이(70)와, 잔여 수명 및 고장 여부를 경보하는 경보부(80)와, 배터리(10)의 출력 전원라인을 차단하는 차단부(30)를 포함한다.
상기 배터리(10)는 하나 이상의 전지셀(11, 12)이 연결되어 전기자동차의 시동전압 및/또는 엔진의 구동 에너지를 출력한다. 여기서 상기 전지셀(11, 12)은 외부전원에 의하여 충전되는 리튬 이온계의 이차 전지셀(11, 12)이 적용된다.
상기 멀티플렉서(20)는 하나 이상의 스위치(21, 22)를 구비하여 상기 전지셀(11, 12) 별, 배터리 전체와, 또는 하나 이상의 전지셀이 조합된 그룹에 연결되는 전원라인과 상기 전압센서(40)와 상기 수명예측부(50) 사이의 전원라인을 스위칭하여 폐회로를 형성한다. 예를 들면, 상기 멀티플렉서(20)는 전압측정모드에서 상기 전지셀(11, 12)과 전압센서(40)간의 전원라인을 연결하고, 저항측정모드에서는 상기 전지셀(11, 12)과 수명예측부(50) 사이의 전원라인을 연결시킨다.
상기 전압센서(40)는 상기 멀티플렉서(20)를 통하여 각 전지셀(11, 12)의 전압을 측정하여 상기 제어부(90)에 인가한다.
상기 전류센서(60)는 상기 배터리(10)에서 출력되는 전체 전류값을 측정하여 상기 제어부(90)에 인가한다.
상기 디스플레이(70)는 상기 제어부(90)의 제어에 의하여 상기 배터리(10)의 전압과 온도를 표시하고, 시간이나 날짜 단위로서 상기 배터리(10)의 잔여 수명 및/또는 배터리(10)의 고장 여부를 문자나 기호 및 숫자로서 출력한다.
상기 경보부(80)는 상기 제어부(90)의 제어에 의하여 상기 배터리(10)의 이상여부(수명시간의 경과 및/또는 배터리(10)의 전원차단, 고장)를 발광표시하거나 청각신호로 출력한다.
상기 제어부(90)는 전기자동차의 충전모드가 아닌 전압측정모드중에 설정된 조건에 해당 되면, 상기 수명예측부(50)를 제어하여 상기 배터리(10)의 저항값을 산출하여 설정된 기준값과 비교하여 상기 배터리(10)의 수명을 예측하고, 각 전지셀(11, 12)별 이상여부를 판단한다.
상기 차단부(30)는 상기 제어부(90)의 제어에 의하여 상기 배터리(10)의 입출력 전원라인을 차단한다. 여기서 상기 차단부(30)는 상기 제어부(90)에서 배터리(10)의 충전율이나 이상 여부에 따라서 상기 배터리(10)의 출력 및 충전 전원라인을 차단한다.
상기 수명예측부(50)는 상기 제어부(90)의 제어에 의하여 펄스를 생성하여 상기 멀티플렉서(20)를 통하여 각 전지셀(11, 12)별 저항을 측정하여 상기 제어부(90)에 인가한다. 상기 수명예측부(50)의 상세구성은 도 2를 참조하여 후술한다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리의 수명 예측시스템에서 수명예측부를 도시한 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 상기 수명예측부(50)는 상기 제어부(90)의 제어에 의하여 펄스를 생성 및 출력하는 펄스출력수단(51)과, 상기 멀티플렉서(20)로부터 출력된 펄스를 수신하는 펄스입력수단(52)과, 상기 펄스출력수단(51)과 펄스입력수단(52)으로부터 각각 출력 및 수신된 펄스를 비교하여 저항값을 연산하는 저항연산수단(54)과, 상기 제어부(90)의 제어에 의하여 상기 멀티플렉서(20)의 스위치(21, 22)를 온오프 시키는 스위치구동수단(53)을 포함한다.
상기 펄스출력수단(51)은 상기 제어부(90)의 제어에 의하여 디지탈 신호를 아날로그신호로 변환시켜 상기 멀티플렉서(20)에 출력한다. 여기서 상기 펄스출력수단(51)은 설정된 기준전압의 펄스를 상기 멀티플렉서(20)에서 각 전지셀(11, 12)별로 연결되는 스위치(21)에 각각 출력한다.
상기 펄스입력수단(52)은 상기 제어부(90)의 제어에 의하여 상기 멀티플렉서(20)에서 출력된 펄스신호를 수신하여 이를 디지탈신호로 변환시켜 상기 저항연산수단(54)에 인가한다.
상기 스위치구동수단(53)은 상기 제어부(90)의 제어에 의하여 상기 멀티플렉서(20)에서 각 전지셀(11, 12)별로 연결되는 전원라인을 상기 전압센서(40)와 수명예측부(50)중 어느 하나로 연결시켜 폐회로를 형성한다. 상기와 같은 스위치구동수단(53)에 의한 폐회로는 도 3에서 그 일예가 도시되었다.
여기서 상기 수명예측부(50)는 도면에서 하나가 설치되어 전체 전지셀(11, 12)의 저항값을 산출하는 것으로 도시되었으나 이에 한정되지 않는다. 즉, 상기 수명예측부(50)는 하나 또는 그 이상이 설치됨도 가능하며 이는 사업자 또는 설계자의 의도에 따라서 다양한 형태의 실시예가 가능하다. 그중에서 일부의 예를 들면, 상기 수명예측부(50)는 전지셀(11, 12)과 1:1의 비율로 설치되거나, 또는 하나 이상의 전지셀(11, 12)로 조합된 전지셀(11, 12) 그룹과 1:1의 비율로서 설치될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 배터리의 수명 예측 시스템의 폐회로의 실시예를 도시한 간략도면이다.
도 3a는 본 발명에서 수명예측 시스템에 의한 폐회로의 제1실시예를 도시한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 상기 스위치구동수단(53)은 전압측정모드에서 제1전지셀(11)의 양극측과 음극측에 각각 연결되는 전원라인에 연결되는 제1스위치(21)와 제2스위치(22)를 각각 전압센서(40)에 연결되는 제1단자(A)와 제3단자(A')로 스위칭한다. 따라서 전압센서(40)는 상기 제1전지셀(11)의 전압을 측정할 수 있다. 이와 같은 폐회로는 전지셀별로 저항을 측정하기 위한 것이다.
또는 상기 스위치구동수단(53)은 저항측정모드에서 상기 멀티플렉서(20)에서 제1스위치(21)와 제2스위치(22)를 제2단자(B)와 제4단자(B')로 스위칭 온되도록 구동시켜 상기 펄스출력수단(51)에서 상기 제1스위치(21)와, 제1전지셀(11)과 제2스위치(22)와 펄스입력수단(52)으로 연결되는 폐회로를 형성한다. 즉, 상기 스위치구동수단(53)은 저항측정모드에서 상기 펄스출력수단(51)에서 출력된 펄스가 상기 제1전지셀(11)을 거쳐 상기 펄스입력수단(52)으로 입력될 수 있도록 폐회로를 형성한다.
또한 본 발명은 도 3a와 같이 배터리의 각 전지셀별로 저항을 측정함도 가능하고, 하나 이상의 전지셀로 그룹을 형성하고, 그룹별로 저항을 측정하거나 전체 배터리 저항을 측정하여 수명을 예측함도 가능하다. 전지셀의 그룹별 저항 측정 폐회로는 도 3b, 전체 배터리의 저항측정 폐회로는 도 3c에 도시된 바와 같다.
도 3b는 본 발명에서 수명예측 시스템에 의한 폐회로의 제2실시예를 도시한 도면이다.
도 3b를 참조하면, 상기 스위치구동수단(53)은 전압측정모드에서 제1전지셀(11) 내지 제3전지셀(13)으로 이루어진 그룹에서 제1전지셀의 양극측과, 제3전지셀의 음극측에 각각 연결되는 전원라인에 연결되는 제1스위치(21)와 제3스위치(23)를 각각 전압센서(40)에 연결되는 제1단자(A)와 제5단자(A'')로 스위칭한다. 따라서 전압센서(40)는 상기 제1전지셀(11)의 전압을 측정할 수 있다. 이와 같은 폐회로는 전지셀별로 저항을 측정하기 위한 것이다.
또는 상기 스위치구동수단(53)은 저항측정모드에서 상기 멀티플렉서(20)에서 제1스위치(21)와 제3스위치(23)를 제2단자(B)와 제6단자(B'')로 스위칭 온되도록 구동시켜 상기 펄스출력수단(51)에서 상기 제1스위치(21)와, 제1전지셀(11) 내지 제3전지셀(13)과 제3스위치(22)와 펄스입력수단(52)으로 연결되는 폐회로를 형성한다. 즉, 상기 스위치구동수단(53)은 저항측정모드에서 상기 펄스출력수단(51)에서 출력된 펄스가 상기 제1전지셀(11) 내지 제3전지셀(13)을 거쳐 상기 펄스입력수단(52)으로 입력될 수 있도록 폐회로를 형성한다.
도 3c는 본 발명에서 수명예측 시스템에 의한 폐회로의 제3실시예를 도시한 도면이다.
도 3c를 참조하면, 상기 스위치구동수단(53)은 전압측정모드에서 제1전지셀(11) 내지 제N전지셀(1N)으로 이루어진 배터리에서 제1전지셀의 양극측과, 제N전지셀의 음극측에 각각 연결되는 전원라인에 연결되는 제1스위치(21)와 제N스위치(2N)를 각각 전압센서(40)에 연결되는 제1단자(A)와 제N단자(AN)로 스위칭한다. 따라서 전압센서(40)는 상기 제1전지셀(11) 내지 제N전지셀로 이루어진 배터리 전체 전압을 측정할 수 있다.
또는 상기 스위치구동수단(53)은 저항측정모드에서 상기 멀티플렉서(20)에서 제1스위치(21)와 제N스위치(2N)를 제2단자(B)와 제N단자(BN)로 스위칭 온되도록 구동시켜 상기 펄스출력수단(51)에서 상기 제1스위치(21)와, 제1전지셀(11) 내지 제N전지셀(1N)과 제N스위치(2N)와 펄스입력수단(52)으로 연결되는 폐회로를 형성한다. 즉, 상기 스위치구동수단(53)은 저항측정모드에서 상기 펄스출력수단(51)에서 출력된 펄스가 상기 제1전지셀(11) 내지 제N전지셀(1N)을 거쳐 상기 펄스입력수단(52)으로 입력될 수 있도록 폐회로를 형성한다.
이하에서는 상기 제1실시예의 구성을 일예로 들어 설명하나, 이에 한정되지 않는다.
상기 저항연산수단(54)은 상기 펄스입력수단(52)에서 입력된 펄스값과 상기 펄스출력수단(51)에서 출력되는 설정된 출력값을 비교하여 그 차이에 따른 저항값을 연산하여 그 결과를 상기 제어부(90)에 인가한다. 이때 상기 출력 펄스값과, 입력펄스값은 도 4의 그래프에서 일예로 도시된 바와 같다.
도 4를 참조하면, 상기 출력 펄스값(A)은 상기 스위치구동수단(53)의 구동에 의하여 상기 멀티플렉서(20)의 스위치(21, 22)와 전지셀(11, 12) 및 수명예측부(50)로 연결되는 폐회로를 통하여 통전된다. 즉, 상기 출력 펄스값은 상기 멀티플렉서(20)의 스위치(21)를 통하여 전지셀(11)에 인가되면서 해당 전지셀(11)의 자체 저항으로 강하된다.
상기 펄스 입력값(B)은 상기 펄스입력수단(52)에서 상기 전지셀(11)을 통과하면서 자체 저항에 의해 강하되어 수신된 펄스이다.
따라서 상기 저항연산수단(54)은 출력 펄스값(A)과 입력 펄스값(B)의 차이에 따라 저항값을 연산하고, 그 결과를 상기 제어부(90)에 송신한다. 예를 들어, 출력펄스값와 입력 펄스값의 차이(A-B)가 설정된 기준값 보다 적을 수록 배터리(10)의 남은 수명이 짧은 시간으로서 산출되고, 클수록 배터리(10)의 잔여 수명이 긴 것으로 판단될 수 있다.
여기서 상기 저항연산수단(54)은 상기 배터리(10)에 포함된 다수개의 전지셀(11, 12)별로 저항값을 측정함에 따라 다 수개 중 어느 하나의 이상 여부 역시 판단할 수 있다. 즉, 상기 저항연산수단(54)은 전체 전지셀(11, 12)의 평균 저항값보다 어느 하나가 지나치게 높다면, 해당 전지셀(11, 12)의 이상감지신호를 송신할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 구성을 포함하며, 이하에서는 본 발명에 따른 상기와 같은 구성을 통하여 달성되는 배터리의 수명 예측방법을 첨부된 순서도를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리의 수명 예측방법을 도시한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리의 수명 예측 방법은 배터리(10)의 각 전지셀(11, 12)별 전압을 측정하는 전압측정 모드단계(S10)와, 상기 전압측정모드 단계(S10)에서 설정된 조건에 해당되는 지를 판단하는 설정조건 판단단계(S20)와, 상기 설정조건 판단단계(S20)에서 설정된 조건에 해당되면 각 전지셀(11, 12)별로 저항을 측정하여 수명 및 이상 여부를 측정하는 저항측정모드 단계(S30)와, 상기 저항측정모드 단계(S30)에서 수명 및 고장여부가 감지되는 지를 판단하는 이상감지 판단단계(S40)와, 상기 이상감지 판단단계(S40)에서 이상이 감지되면 경보를 발령하는 경보단계(S50)를 포함한다.
상기 전압측정모드 단계(S10)는 상기 제어부(90)가 상기 전압센서(40)를 통하여 각 전지셀(11, 12)별 전압감지신호를 수신하여 충전율을 감지하는 단계이다. 상기 제어부(90)는 스위치구동수단(53)을 제어하여 상기 배터리(10)에서 각 전지셀(11, 12)별 전원라인을 상기 전압센서(40)로 연결되도록 상기 멀티플렉서(20)의 스위치(21, 22)를 구동시킨다. 따라서 상기 전압센서(40)는 상기 전지셀(11, 12)별로 전압을 측정하여 상기 제어부(90)에 전압감지신호를 출력한다.
그러므로 상기 제어부(90)는 상기 전압센서(40)의 각 전지셀(11, 12)별, 그룹별, 또는 전체 배터리(10)의 전압감지신호를 수신 및 연산하여 전체 배터리(10)의 충전율을 확인할 수 있다. 여기서 상기 제어부(90)는 전류센서(60)의 전류감지신호와 상기 전압센서(40)의 전압감지신호를 확인하여 상기 배터리(10)가 설정된 충전율에 해당되면, 상기 차단부(30)를 구동시켜 배터리(10)의 출력 전원을 차단한 뒤에 상기 디스플레이(70)를 통하여 현재 충전율을 표시하여 충전을 요청하는 메세지를 출력한다.
상기 설정조건 판단단계(S20)는 상기 제어부(90)가 상기 저항측정모드로 구동되도록 설정된 조건인지를 판단하는 단계이다. 상기 설정조건은 충전중 상태가 아닌 상기 전압측정모드중에서 전환되도록 설정되고, 바람직하게로는 전압측정모드의 구동 이후부터 시간을 카운팅하여 설정된 시간에 해당되면 전압측정모드에서 저항측정모드로 전환되도록 설정됨이 바람직하다. 상기 설정시간은 24시간중 특정 시간으로 설정하거나, 또는 전압측정모드로 구동된 경과된 시간으로 설정됨이 바람직하다.
상기 저항측정모드 단계(S30)는 상기 제어부(90)가 상기 설정조건 판단단계(S20)에서 설정조건에 해당 되면, 상기 멀티플렉서(20)의 스위치(21, 2N)를 제어하여 전지셀(11, 12)별, 하나 이상의 전지셀(11, 12, 13)로 이루어진 그룹별, 전체 배터리(10)중 선택된 어느 하나와 상기 수명예측부(50)간에 폐회로를 형성하도록 하여 각 전지셀(11, 12)의 저항값을 측정하는 단계이다.
여기서 상기 제어부(90)는 측정된 저항값이나 수명을 상기 디스플레이(70)에 출력하도록 제어하는 것이 바람직하다. 상기 저항측정모드 단계(S30)의 상세한 설명은 도 6을 참조하여 후술한다. 아울러 상기 저항측정모드 단계(S30)는 각 전지셀별로 저항을 측정하는 제1실시예로서 설명하나 이에 한정되지 않는다.
상기 이상감지 판단단계(S40)는 상기 제어부(90)가 상기 저항측정모드 단계(S30)에서 측정된 각 전지셀(11, 12)별 저항값을 확인하여 산출된 배터리(10)의 잔여 수명과 전체 저항값과 개별 저항값을 비교하여 설정된 경보기준에 해당되는 지를 판단하는 단계이다.
상기 전지셀(11, 12)의 경보기준은 전체 배터리(10)의 평균 저항값 대비하여 전지셀(11, 12)의 개별 저항값이 설정된 범위 이상 또는 이하일 경우에 해당 전지셀(11, 12)에 고장이 발생된 것으로 판단한다.
상기 경보단계(S50)는 상기 이상감지 판단단계(S40)에서 상기 제어부(90)가 상기 배터리(10)의 수명 및 전지셀(11, 12)의 개별 저항값이 경보기준에 해당 되면 경보를 발령하는 단계이다. 여기서 경보는 상기 제어부(90)의 제어에 의해 상기 디스플레이(70)와 경보부(80)를 통하여 발령된다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리의 수명 예측방법에서 저항측정모드 단계를 도시한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 상기 저항측정모드 단계는 상기 제어부(90)의 제어에 의하여 상기 멀티플렉서(20)의 스위치(21, 22)를 절환시키는 스위치절환단계(S31)와, 상기 스위치절환단계(S31) 이후에 설정된 펄스를 출력하는 펄스출력단계(S32)와, 상기 펄스출력단계(S32) 이후에 상기 전지셀(11, 12)에서 출력된 펄스를 수신하는 펄스수신단계(S33)와, 출력 펄스값과 입력 펄스값의 차이에 따라 상기 전지셀(11, 12)의 저항값을 연산하여 상기 제어부(90)에 출력하는 연산 및 출력단계(S34)를 포함한다.
상기 스위치절환단계(S31)는 상기 수명예측부(50)가 상기 멀티플렉서(20)의 스위치(21, 22)를 절환시켜 각 전지셀(11, 12)과 폐회로를 형성하는 단계이다. 여기서 상기 스위치구동수단(53)은 상기 제어부(90)의 제어에 의하여 상기 배터리(10)이 다 수개의 전지셀(11, 12)별로 연결되는 전원라인에서 상기 전압센서(40)로 연결되도록 스위칭된 멀티플렉서(20)의 스위치(21, 22)를 절환시켜 상기 펄스출력수단(51)과 펄스입력수단(52)에 각각 연결되는 전원라인으로 절환시킨다.
예를 들면, 상기 스위치구동수단(53)은 상기 제1전지셀(11)의 양극에 연결되는 제1스위치(21)를 전압센서(40)가 연결된 제1단자(A)에서 상기 펄스출력수단(51)이 연결되는 제2단자(B)로 절환 시킨다. 또한 상기 스위치구동수단(53)은 상기 제1전지셀(11)의 음극에 연결되는 제2스위치(22)를 상기 전압센서(40)에 연결되는 제3단자(A')에서 상기 펄스입력수단(52)이 연결되는 제4단자(B')로 온되도록 절환시킨다.
상기 펄스출력단계(S32)는 상기 펄스출력수단(51)에서 상기 멀티플렉서(20)를 통하여 출력 펄스값으로 설정된 레벨의 펄스를 출력하는 단계이다. 상기 펄스출력수단(51)은 설정된 레벨을 갖는 펄스로 출력한다. 이때 출력된 펄스는, 예를 들면, 제2단자를 통하여 제1스위치(21, 22)를 거쳐 제1전지셀(11, 12)에서 입력된다.
상기 펄스수신단계(S33)는 상기 펄스출력단계(S32) 이후에 상기 전지셀(11, 12)로부터 출력된 펄스가 입력되는 단계이다. 상기 펄스입력수단(52)은 상기 펄스출력수단(51)에서 출력된 펄스가 상기 멀티플렉서(20)와 전지셀(11, 12)을 거쳐 다시 멀티플렉서(20)를 통하여 출력된 펄스를 수신한다. 그리고 상기 펄스입력수단(52)은 수신된 입력 펄스값을 상기 저항연산수단(54)에 인가한다.
상기 저항 연산 및 출력단계(S34)는 상기 저항연산수단(54)에서 출력 펄스값과 입력 펄스값의 차이를 통하여 저항값을 연산하는 단계이다. 상기 저항연산수단(54)은 설정된 출력 펄스값과, 상기 펄스입력수단(52)으로부터 인가된 입력 펄스값의 차이를 연산하고, 그 차이에 따른 저항값을 산출한다. 그리고 상기 저항연산수단(54)은 그 결과를 상기 제어부(90)에 인가한다.
따라서 상기 제어부(90)는 상기 이상감지 판단단계(S40)에서 상기 수명예측부(50)로부터 산출된 저항값과 설정된 저항값을 비교하여 배터리(10)의 잔여 수명과 평균 저항값을 산출하여 각각이 경보기준에 해당되는 지를 판단 할 수 있다.
즉, 상기 제어부(90)는 전제 전지셀(11, 12)의 평균 저항값에 비하여 설정된 범위를 넘어서는 저항값을 갖는 전지셀(11, 12)이 있다면, 경보기준에 해당되는 것으로 판단하여 상기 디스플레이(70)를 통하여 해당 전지셀(11, 12)의 고장여부를 표시하도록 제어한다.
여기서 각각의 전지셀(11, 12)을 식별하기 위한 기술은 일반적으로 공지된 기술을 적용할 수 있다. 예를 들자면, 본 발명은 각 전지셀(11, 12)과 수명예측부(50)의 숫자를 1:1로 구성하고, 각 수명예측부(50)에 고유코드를 설정한다.
또는 본 발명은 수명예측부(50)에 고유코드를 설정하고, 각 전지셀(11, 12)을 하나 이상의 그룹으로 조합하여 조합된 전지셀(11, 12)그룹과 수명예측부(50)의 숫자를 1:1의 비율로서 구성한다.
그러므로 제어부(90)는 다 수개의 수명예측부(50)중 고장감지신호를 송신하는 해당 수명예측부(50)의 고유코드를 확인하여 고장난 전지셀(11, 12)그룹 또는 전지셀(11, 12)을 확인하여 디스플레이(70)를 통하여 고장난 전지셀(11, 12) 또는 전지셀(11, 12, 13) 그룹을 표시하여 교체하도록 안내문을 출력함도 가능하다.
또한 상기 제어부(90)는 상기 저항연산수단(54)으로부터 수신된 저항값과 설정된 배터리(10) 수명시간과 비교하여 배터리(10)가 구동가능한 잔여 수명을 산출할 수 있다. 이때 상기 제어부(90)는 경보기준으로 설정된 잔여 수명(예를 들면, 시간)에 해당되는 수명이 산출되거나 또는 경보기준에 해당 되지 않더라도 상기 디스플레이(70)에 상기 배터리(10)의 잔여 수명을 시간이나 날짜로 표시하도록 제어함도 바람직하다.
이와 같이 본 발명은 배터리(10)의 충전중 상태가 아닌 전압측정모드에서 저항측정모드로 변환되어 배터리(10)의 잔여 수명 및 고장 여부를 감지함에 따라 충전중에 충전을 중단하여 배터리(10)의 이상 여부나 수명을 산출하고 다시 충전을 진행하는 종래기술에 비하여 충전시간이 짧고, 저항값이 가장 높은 상태에서 측정하기에 오차가 발생 되지 않아 상술한 종래기술의 문제점을 모두 해소하였다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 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 11, 12 : 전지셀
20 : 멀티플렉서 21, 22 : 스위치
30 : 차단부 40 : 전압센서
50 : 수명예측부 51 : 펄스출력수단
52 : 펄스입력수단 53 : 스위치구동수단
54 : 저항연산수단 60 : 전류센서
70 : 디스플레이 80 : 경보부
90 : 제어부

Claims (8)

  1. 하나 이상의 전지셀이 결합된 배터리;
    상기 배터리의 전압을 측정하는 전압센서;
    상기 배터리 전체, 하나 이상의 전지셀로 조합된 그룹별 및 전지셀중 선택된 어느 하나의 저항값을 측정하여 수명을 감지하는 수명예측부;
    상기 전지셀별로 연결되는 전원라인에 각각 연결되는 하나 이상의 스위치를 구비하여 상기 전압센서와 수명예측부에 연결되는 전원라인을 선택적으로 연결시켜 배터리와, 하나 이상의 전지셀로 조합된 그룹과, 각 전지셀별중 선택된 어느 하나와 폐회로를 구성하는 멀티플렉서;
    상기 전압센서의 전압감지신호를 수신하는 전압측정모드중에 상기 배터리의 전체 전지셀과, 하나 이상으로 조합된 전지셀 그룹과, 각 전지셀중에서 선택된 하나와 상기 수명예측부간에 폐회로가 형성되도록 상기 멀티플렉서를 제어하고, 상기 수명예측부에서 측정된 저항값과 설정된 기준을 비교하여 상기 배터리의 수명을 산출하는 제어부를 포함하는 배터리의 수명 예측 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수명예측부는
    상기 폐회로에 설정된 레벨의 펄스를 출력하는 펄스출력수단;
    상기 폐회로를 구성하도록 상기 멀티플렉서의 스위치를 절환시키는 스위치구동수단;
    상기 폐회로에서 출력된 펄스가 입력되는 펄스입력수단; 및
    상기 펄스 출력수단에서 출력된 출력 펄스와 상기 펄스입력수단에서 입력된 입력 펄스의 차이를 확인하여 상기 전지셀의 저항값을 산출하여 상기 제어부에 출력하는 저항연산수단;을 포함하는 배터리의 수명 예측 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부의 제어에 의하여 상기 배터리의 잔여 수명과 전지셀의 고장유무를 출력하는 디스플레이; 및
    상기 제어부의 제어에 의하여 고장 및 배터리의 수명을 경보하는 경보부를 더 포함하는 배터리의 수명 예측 시스템.
  4. 하나 이상의 전지셀이 결합된 배터리의 전압과 각 전지셀별 전압을 측정하는 전압측정 모드단계;
    상기 전압측정모드 단계에서 설정된 조건에 해당되는 지를 판단하는 설정조건 판단단계;
    상기 설정조건 판단단계에서 설정된 조건에 해당 되면, 하나 이상의 전지셀로 조합된 그룹별, 각 전지셀별 및 전체 배터리중 선택된 어느 하나에 구성된 폐회로에 펄스를 출력하고, 상기 폐회로에서 출력된 입력펄스를 수신하여 출력 펄스값과 입력 펄스값의 차이로서 저항을 산출하여 배터리의 잔여 수명을 측정하는 저항측정모드 단계;
    상기 저항측정모드 단계에서 잔여 수명을 확인하여 설정된 경보기준에 해당되는 지를 판단하는 이상감지 판단단계; 및
    상기 이상감지 판단단계에서 상기 배터리의 잔여 수명이 설정된 경보 기준에 해당되면 경보를 발령하는 경보단계를 포함하는 배터리의 수명 예측 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 설정조건은
    상기 배터리에 외부전원이 인가되어 충전되는 충전중 상태가 아닌 상기 배터리의 전압을 측정하는 전압측정모드 단계중에 설정된 시간인 것을 특징으로 하는 배터리의 수명 예측 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 저항측정모드 단계는
    배터리, 전지셀별, 또는 하나 이상의 전지셀로 조합된 그룹과 폐회로를 구성하도록 스위치를 절환시키는 스위치절환단계;
    상기 스위치 절환단계 이후에 형성된 상기 폐회로에 설정된 레벨의 펄스를 출력하는 펄스출력단계;
    상기 펄스출력단계 이후에 상기 멀티플렉서를 통하여 출력되는 펄스를 수신하는 펄스수신단계; 및
    상기 펄스출력단계에서 출력된 설정된 레벨의 출력 펄스값과, 상기 펄스수신단계에서 수신된 입력 펄스값의 차이를 연산하고, 그 차이에 따른 상기 전지셀의 저항값을 산출하는 저항값 연산단계;를 포함하는 배터리의 수명 예측방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 이상감지 판단단계는
    상기 저항측정모드 단계에서 측정된 저항값을 확인하여 상기 배터리의 잔여 수명을 산출하여 경보기준에 해당되는 지를 판단하고,
    상기 경보단계는 상기 이상감지 판단단계에서 상기 배터리의 잔여 수명과 상기 전지셀의 개별 저항값이 경보기준에 해당 되면 경보를 발령하는 것을 특징으로 하는 배터리의 수명 예측 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 이상감지 판단단계는
    전체 전지셀의 평균 저항값과 각 전지셀의 저항값을 비교하여 설정된 경보기준에 해당되는 지를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 수명예측 방법.

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