KR20170074131A - 배터리 열화 진단 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 열화 진단 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 전기자동차의 배터리에 관한 정보를 입수하는 입력부와; 배터리의 열화 상태를 출력하는 출력부와; 배터리에 관한 정보를 이용하여 배터리 저항을 산출하고, 배터리의 저항의 초기값과 산출된 값을 이용하여 배터리의 열화 상태를 진단하는 제어부를 포함하는 장치에 관한 것이다.

Description

배터리 열화 진단 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR MONITORING AGING OF BATTERY AND METHOD THEREOF}
본 발명은 배터리 열화 진단 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 정확하고 편리하게 배터리의 열화를 진단할 수 있는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
EV(Electronic Vehicle), HEV(Hybrid EV), PHEV(Plug-in Hybrid EV)용 고전압 배터리는 차량에서 사용되는 대부분의 에너지를 공급하기 때문에 배터리의 용량 및 상태에 따라 차량의 주행거리에 미치는 영향이 크다. 배터리는 지속적으로 사용하는 경우 자체 특성 때문에 열화현상에 의해 배터리의 용량이 감소된다. 배터리에 열화현상이 진행되면 동일한 SOC(State of charge)량을 표시하고 있어도 주행 가능한 거리가 감소하며 가속을 위한 출력이 저하되는 등의 현상이 나타나는데, 이를 제대로 검출하지 못하면 예기치 않은 여러가지 문제가 발생할 수 있다.
한편, 배터리의 열화 현상을 감지하기 위해 배터리의 내부저항을 측정하기 위한 별도의 내부저항 측정장치에 배터리를 연결하여 내부저항을 측정하거나, 배터리의 입력 전류에 대한 전압 출력을 모델링 해석을 통해 내부 저항을 추정하여 내부 저항의 증가 정도에 따라 배터리의 열화 상태를 판단하는 연구가 진행되었다. 그러나, 이와 같은 방식으로 배터리가 차량에 탑재된 상태에서 내부 저항 측정을 위하여 배터리를 탈거하는 것은 쉬운 일이 아니며, 시간 및 비용 등의 문제가 발생하고, 배터리 내부저항의 단순 변화만으로 각 셀의 열화 상태를 판단하면 정확도가 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 배터리의 열화 상태를 정확하고 편리하게 진단할 수 있는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 배터리의 내부저항 변화와 용량 변화와의 관계를 이용하여 배터리의 열화 상태를 진단할 수 있는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 전기자동차의 배터리에 관한 정보를 입수하는 입력부와; 상기 배터리의 열화 상태를 출력하는 출력부와; 상기 배터리에 관한 정보를 이용하여 상기 배터리 저항을 산출하고, 상기 배터리의 저항의 초기값과 상기 산출된 값을 이용하여 상기 배터리의 열화 상태를 진단하는 제어부를 포함하는 장치에 관한 것이다.
이때, 배터리에 관한 정보는 상기 배터리의 전압, 전류 및 온도를 포함할 수 있다.
또한, 제어부는 상기 배터리의 저항과 상기 배터리의 용량과의 미리 결정된 관계를 이용하여 상기 배터리의 용량을 산출하고, 상기 산출된 용량을 이용하여 상기 배터리의 열화 상태를 진단할 수 있다.
본 발명은 전기 자동차의 OBD 단자를 통해 전기 자동차의 정보를 입수하여 배터리의 열화 상태를 확인할 수 있으므로 편리하고 정확하게 배터리의 열화 상태를 진단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 열화 진단 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 열화 진단 장치에서 배터리의 열화 상태를 진단하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 열화 진단 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도.
이하, 본 발명의 실시예를 도면과 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 열화 진단 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명에서 배터리 열화 진단 장치는 전기 자동차에 장착되는 배터리의 열화를 진단하기 위한 장치이며, 전기 자동차는 전기를 에너지원으로 구동되는 모든 자동차를 포함한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 배터리 열화 진단 장치는 입력부(100), 출력부(110), 저장부(120) 및 제어부(140)를 포함하며, 통신부(130)를 더 포함할 수 있다.
입력부(100)는 전기 자동차의 OBD(On-Board Diagnotics) 단자에 연결되어 전기 자동자의 정보를 획득한다. 이때, 입력부(100)는 전기 자동차의 배터리의 셀 또는 팩의 전압, 전류 및 온도 등의 데이터를 획득할 수 있다.
출력부(110)는 입력부(100)에서 획득한 배터리에 관한 정보를 이용하여 배터리의 열화 상태를 진단한 후 진단결과를 출력한다. 이때, 출력부(110)는 진단결과를 디스플레이할 수 있으며, 종이 등에 출력할 수도 있다.
저장부(120)는 입력부(100)에 입수되는 전기 자동차의 정보, 배터리의 열화 상태에 대한 진단 결과등을 저장한다. 이러한 정보는 해당 차량에 대한 데이터 베이스로 정리되어 사용자가 편리하게 자동차에 관한 정보를 관리할 수 있도록 한다.
통신부(130)는 배터리의 열화 상태에 대한 진단 결과를 외부로 전송하거나, 사용자 등으로부터 소정의 요청을 수신하는 등 외부와 통신한다. 통신부(130)는 유선 통신방식 뿐만아니라 와이파이(Wi-Fi), 와이브로(WIBRO), 3G(Third Generation) WCDMA, LTE(Long Term Evolution) 및 4G(Four Generation) 통신방식 등으로 통신할 수 있다. 또한, 통신부(130)는 블루투스(Bluetooth), WLAN, Zigbee, IrDA, NFC 등과 같은 근거리 무선통신을 수행할 수 있다.
제어부(140)는 입력부(100)에 입수된 배터리에 관한 정보를 이용하여 배터리의 열화 상태를 진단하는 등 본 발명의 배터리 열화 진단 장치를 전반적으로 제어한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 열화 진단 장치에서 배터리의 열화 상태를 진단하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 배터리 열화 진단 장치는 배터리의 저항의 변화와 배터리의 용량 변화의 상관 관계를 이용하여 배터리의 열화 상태를 진단한다.
일 예로, 저항의 변화 범위를 일정한 공식으로 확보할 수 있는 특정 SOC구간에서 배터리 상태의 측정시마다 배터리의 전압, 전류 및 온도 데이터를 수집하여 그래프로 나타내면 도 2a와 같은 배터리 전압(V), 전류(I) 및 저항(R) 과의 관계를 얻을 수 있다. 전압(V)과 전류(I) 사이에서 기울기는 저항(R)에 해당되므로 저항값을 구할 수 있으며, 특정 SOC 구간에서 진행할 때는 미리 SOC와 저항의 비율 팩터(factor)를 저장하여 이용할 수 있다. 저항의 비율 팩터는 기준되는 SOC에서의 저항에 대한 팩터를 1로 기준하여 변화되는 SOC 영역의 저항 값의 변화를 기 알고 있는 일부 특정 SOC에서의 값을 확인함으로써 비율 패턴 값을 설정하여 저장부(120)에 저장한다.
저항을 산출하는 방법은 일 예로, 특정 SOC 에서 정지 중 N단에서의 Accelerator에 의한 부하상태 또는 다이노미터를 활용한 부하와 같은 자동차의 랜덤부하를 통해 유효 숫자 약 600개(100ms 단위의 계측이라면 약 1분 정도 내 전압, 전류 값)이상의 데이터를 활용하여 독립변수 전류에 대한 종속 변수 전압에 의한 최소자승법을 이용하여 기울기 R을 구할 수 있다.
도 2b는 배터리의 SOC에 따른 저항의 변화를 나타내는 도면인데, R1은 배터리가 열화되지 않은 초기 상태의 저항을 나타내는 것이며, R2는 배터리가 열화되면서 나타나는 저항이다. R1과 SOC 사이의 관계는 실험적으로 미리 결정되며, R2와 SOC 사이의 관계는 R2를 산출하여 결정될 수 있다. R1, R2 및 SOC 사이의 관계를 나타내면 도 2b와 같은 그래프가 생성될 수 있다.
도 2c는 도 2a와 같이 특정 SOC 또는 특정 SOC구간에서 배터리 저항과 배터리 용량과의 관계를 나타내는 도면이며, 각 저항에 대응하는 용량은 실험적으로 미리 결정된다. 즉, 배터리의 저항이 R1인 경우 배터리의 용량이 AH1이면, R2인 경우 배터리의 용량은 AH2가 된다. 따라서, 저항 R1과 R2를 알면 배터리의 용량을 알 수 있으며, 배터리의 용량 변화를 통하여 배터리의 열화 상태를 감지할 수 있다. 이때, R1은 배터리가 열화되지 않은 초기 상태의 저항이어서 그 값은 실험적으로 미리 결정된 값이므로 R2만 산출하면 배터리의 용량을 확인할 수 있다.
배터리의 용량 변화와 배터리의 열화 상태의 상관 관계는 R과 Ah를 변수로 하는 공식으로 나타낼 수 있으며, 정확도를 높이기 위해 1차 또는 2차 방정식을 고려하여 나타낼 수 있다. 일 예료, Ah = aR + b 또는 Ah = aR2+bR+c와 같이 나타낼 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 열화 진단 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 입력부(100)를 전기 자동차의 OBD에 연결한 후 자동차를 가속시키고(300), 자동차 배터리의 전류, 전압 및 온도 등에 관한 정보를 입수한다(310). 소정 시간이 경과하면(320의 예), 배터리의 내부 저항을 산출하고(330), 배터리의 내부 저항과 배터리의 용량과의 관계를 이용하여 배터리의 용량을 결정한다(340). 이때, 소정 시간은 60초 정도로 결정될 수 있다.
배터리의 용량이 결정되면, 초기 용량과의 관계를 이용하여 배터리의 열화 상태를 확인한다(350).
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 입력부 110: 출력부
120: 저장부 130: 통신부
140: 제어부

Claims (3)

  1. 배터리의 열화 상태를 진단하기 위한 장치에 있어서,
    전기자동차의 배터리에 관한 정보를 입수하는 입력부와;
    상기 배터리의 열화 상태를 출력하는 출력부와;
    상기 배터리에 관한 정보를 이용하여 상기 배터리 저항을 산출하고, 상기 배터리의 저항의 초기값과 상기 산출된 값을 이용하여 상기 배터리의 열화 상태를 진단하는 제어부를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리에 관한 정보는 상기 배터리의 전압, 전류 및 온도를 포함하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리의 저항과 상기 배터리의 용량과의 미리 결정된 관계를 이용하여 상기 배터리의 용량을 산출하고, 상기 산출된 용량을 이용하여 상기 배터리의 열화 상태를 진단하는 장치.
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