KR20200040576A - 차량용 배터리 열화도 추정 방법 - Google Patents

차량용 배터리 열화도 추정 방법 Download PDF

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Abstract

차량 시동이 온 된 이후 오프될 때까지의 차량 운행 기간 마다 차량의 배터리의 전류에 대한 정보 및 상기 배터리의 온도 정보를 수집하는 단계; 차량 시동이 온 되면 상기 전류에 대한 정보, 상기 배터리의 현재 온도 및 상기 배터리의 단자 전압을 기반으로 상기 배터리의 분극전압을 연산하는 단계; 상기 연산된 분극전압을 기반으로 상기 배터리의 개방 회로 전압을 연산하고, 상기 연산된 개방 회로 전압을 기반으로 상기 배터리의 현재 충전 상태를 추정하고 저장하는 단계; 및 직전 차량 운행 기간에 저장된 상기 배터리의 충전 상태와 상기 현재 충전 상태 사이의 차이와 상기 직전 차량 운행 기간에 수집된 상기 배터리의 전류에 대한 정보에 기반하여 상기 배터리의 열화도를 추정하는 단계를 포함하는 차량용 배터리 열화도 추정 방법이 개시된다.

Description

차량용 배터리 열화도 추정 방법{METHOD FOR ESTIMATING DEGRADATION OF BATTERY FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 배터리 열화도 추정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 운행 중에 여러 배터리 관련 정보를 수집하여 배터리의 개방 회로 전압(Open Circuit Voltage: OCV)을 정확하게 추정하고 추정된 개방 회로 전압과 배터리의 용량 사이의 관계를 적용하여 시간이나 공간적 제약없이 정확하게 배터리의 열화도를 추정할 수 있는 차량용 배터리 열화도 추정 방법에 관한 것이다.
전기화학 반응을 일으키는 배터리는 사용 시간이 증가할 수록 그 내부에서 발생하는 비가역 반응에 의하여 열화가 진행된다. 배터리의 열화는 출력 성능 감소, 용량 감소 등의 형태로 나타나며 이로 인해 배터리를 적용한 차량의 가속성능이 저하되거나 차량의 운행 가능 거리가 감소되는 등의 문제가 발생하게 된다.
따라서, 차량에 적용되는 배터리의 열화도를 정확히 추정할 수 있다면, 차량의 운행 성능 및 운행 가능 거리를 정확하게 예측할 수 있으며 배터리의 상태에 따른 진단 기능을 적용하거나 배터리의 교체 주기에 대한 정보 제공이 가능하게 되므로 운전자의 차량 사용 편의성을 향상시킬 수 있다.
종래의 차량용 배터리의 열화도 추정 기법은 주로 정전류 조건, 즉 충전 등과 같이 배터리 전류가 일정한 경우에 국한하여 열화도를 추정할 수 있었다. 이 경우, 충전이 요구되지 않는 순수 하이브리드 차량이나 수소전지 차량 등은 배터리 열화도 추정이 불가능하였다. 또한, 정전류 조건하에서 열화도를 검출함에 있어서도 열화도 추정의 정확도를 향상시키기 위해, 초기 충전 상태(State Of Charge: SOC) 조건, 온도 조건, 충전 시간 조건 등 여러 조건이 충족되는 경우에만 열화도 검출이 가능한 제약이 있었다. 이러한 여러 제약 조건은 실제 차량을 사용하는 환경에 따라 충족되는 경우가 발생하지 않을 수도 있어 실제 열화도 연산이 거의 이뤄지지 않을 수도 있다.
또한 종래의 차량용 배터리의 열화도 추정 기법 중 개방 회로 전압(OCV)을 이용하는 기법도 알려져 있었으나, 주로 단순히 배터리의 단자 전압을 측정한 값을 개방 회로 전압(OCV)으로 간주하여 배터리의 충전 상태를 도출하였다. 배터리의 단자 전압은 배터리를 적용한 차량의 이전 사용 환경 등에 따라 개방 회로 전압과의 차이가 발생하므로 열화도 추정의 정확성이 떨어지게 되는 문제를 가질 수 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2013-0064308 A KR 10-2015-0022345 A
이에 본 발명은, 차량의 운행 중에 여러 배터리 관련 정보를 수집하여 배터리의 개방 회로 전압을 정확하게 추정하고 추정된 개방 회로 전압과 배터리의 용량 사이의 관계를 적용하여 시간이나 공간적 제약없이 정확하게 배터리의 열화도를 추정할 수 있는 차량용 배터리 열화도 추정 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
차량 시동이 온 된 이후 오프될 때까지의 차량 운행 기간 마다 차량의 배터리의 전류에 대한 정보 및 상기 배터리의 온도 정보를 수집하는 단계;
차량 시동이 온 되면 상기 전류에 대한 정보, 상기 배터리의 현재 온도 및 상기 배터리의 단자 전압을 기반으로 상기 배터리의 분극전압을 연산하는 단계;
상기 연산된 분극전압을 기반으로 상기 배터리의 개방 회로 전압을 연산하고, 상기 연산된 개방 회로 전압을 기반으로 상기 배터리의 현재 충전 상태를 추정하고 저장하는 단계; 및
직전 차량 운행 기간에 저장된 상기 배터리의 충전 상태와 상기 현재 충전 상태 사이의 차이와 상기 직전 차량 운행 기간에 수집된 상기 배터리의 전류에 대한 정보에 기반하여 상기 배터리의 열화도를 추정하는 단계;
를 포함하는 차량용 배터리 열화도 추정 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리의 전류에 대한 정보는, 상기 차량 운행 기간 동안의 전류 적산량, 상기 차량 운행 기간의 차량 오프 직전 사전 결정된 기준시간 동안의 평균 전류 및 상기 차량 운행 기간의 차량 오프 직전 사전 결정된 기준시간 동안의 전류 적산량일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 수집하는 단계는, 상기 차량 운행 기간 동안 상기 배터리의 배터리의 전류를 측정하는 단계; 상기 측정한 배터리 전류를 적산하는 단계; 사전 결정된 기준시간이 경과할 때마다 해당 기준시간 동안의 평균 전류를 계산하는 단계; 상기 기준시간이 경과할 때마다 해당 기준시간 동안의 전류를 적산하는 단계; 상기 차량 운행 기간 동안의 전류 적산량과, 차량의 시동이 오프되기 직전에 계산된 상기 기준시간 동안의 전류 평균 및 상기 기준시간 동안의 전류 적산량과 상기 차량의 시동이 오프될 때 상기 배터리의 온도를 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 분극전압을 연산하는 단계는, 차량의 시동이 온되는 경우 상기 배터리의 온도, 상기 배터리의 단자 전압 및 차량의 외기온을 측정하는 단계; 직전의 차량 운행 기간이 종료된 이후 현재 차량의 시동이 온되는 동안의 시간인 차량 방치 시간을 연산하는 단계; 및 상기 연산된 차량의 방치 시간 동안 상기 배터리의 분극전압 감소량을 도출하여 상기 배터리의 분극전압을 연산하는 분극전압 도출 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 차량 방치 시간을 연산하는 단계는, 직전 차량 운행 기간의 종료 시 상기 배터리의 온도와 상기 측정하는 단계에서 측정된 현재 배터리 온도의 차와 상기 측정하는 단계에서 측정된 외기온을, 배터리의 외기온과 시간 경과에 따른 배터리의 온도 변화량을 사전에 저장한 온도 변화량 테이블에 적용하여 상기 차량 방치 시간을 연산할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 분극전압 도출 단계는, 직전 차량 운행 기간 중 저장된 시동 오프 직전에 사전 결정된 기준시간 동안의 전류 평균 및 전류 적산량을, 기준 시간 동안 배터리의 전류 평균 및 전류 적산량에 따른 분극전압을 사전에 도출하여 미리 저장해둔 분극량 테이블에 적용하여 직전 차량 운행 기간의 종료시 분극전압을 도출하고, 직전 차량 운행 기간의 종료시 분극전압과 상기 차량 방치 시간을 연산하는 단계에서 연산된 차량 방치 시간을 기반으로 분극전압 감소량을 계산하고, 직전 차량 운행 기간의 종료시 분극전압에 상기 계산된 분극전압 감소량을 차감하여 배터리의 현재 분극전압을 도출할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 현재 충전 상태를 추정하고 저장하는 단계는, 상기 분극전압을 연산하는 단계에서 연산된 분극전압과 상기 배터리 단자전압의 차에 해당하는 상기 배터리의 개방 회로 전압을 연산하는 단계; 및 상기 배터리의 개방회로 전압과 충전상태의 관계를 사전에 저장하는 SOC-OCV 테이블에 상기 배터리의 개방 회로 전압을 연산하는 단계에서 연산된 개방 회로 전압을 적용하여 상기 배터리의 현재 충전상태를 추정하고 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리의 열화도를 추정하는 단계는, 직전 차량 운행 기간에 저장된 상기 배터리의 충전 상태와 상기 추정된 현재 충전 상태 사이의 차이와 상기 직전 차량 운행 기간 동안의 전류 적산량의 비율에 기반하여 상기 배터리의 열화도를 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리의 열화도를 추정하는 단계는, 직전 차량 운행 기간에 저장된 상기 배터리의 충전 상태와 상기 추정된 현재 충전 상태 사이의 차이와 상기 직전 차량 운행 기간 동안의 전류 적산량의 비율을, 상기 배터리의 용량 변화량과 배터리 충전 상태 변화량의 비율과 배터리 열화도 사이의 관계를 사전에 저장한 열화도 테이블에 적용하여 열화도를 추정할 수 있다.
상기 차량용 배터리 열화도 추정 방법에 따르면, 배터리의 전류가 정전류인 조건 등과 같이 특정 조건에서만 열화도 추정이 가능한 종래 기술과는 달리 차량의 운행하는 경우에도 배터리의 열화도를 추정 가능하다.
이에 따라, 상기 차량용 배터리 열화도 추정 방법은, 실시간 배터리 열화 상태 예측을 통해 배터리의 내구/수명 진단의 정확도를 높일 수 있으며, 차량의 주행 시 배터리 열화도에 따른 차량 출력 및 주행 가능 거리 표시의 정확도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 열화도 추정 방법을 구현하기 위한 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 열화도 추정 방법 중 차량 운행 중에 이루어지는 배터리 정보 수집 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3은 도 2에 도시된 과정을 통해 수집된 정보 및 사전에 저장된 정보를 이용하여 구현되는 배터리 열화도 추정 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4 및 도 5는 배터리 단자 전압과 배터리 개방 회로 전압과의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6은 배터리 열화도와 배터리 개방 회로 전압 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 차량용 배터리 열화도 추정 방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 열화도 추정 방법을 구현하기 위한 시스템의 블록 구성도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 열화도 추정 방법을 구현하기 위한 시스템은, 차량용 배터리 열화도 추정을 위한 여러 연산을 수행하는 프로세서(11)와 차량용 배터리 열화도 추정에 필요한 각종 데이터와 테이블(131, 133, 135, 137)을 저장하는 메모리(13)를 포함하는 컨트롤러로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 열화도 추정 시스템 차량 내 배터리의 관리 및 제어를 수행하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System: BMS)의 형태로 구현될 수 있다.
프로세서(11)는 차량용 배터리 열화도 추정하기 위해 요구되는 여러 연산을 수행하는 요소로서, 차량용 배터리 열화도 추정에 필요한 배터리 정보인 배터리 전류, 배터리 전압, 배터리 온도, 차량의 외기온 등과 같은 정보들을 입력 받고 입력 받은 정보를 메모리(13)에 저장하거나 입력 받은 정보를 이용하여 필요한 연산(예를 들어, 배터리 전류의 적산)을 한 후 연산 결과를 메모리(13)에 저장할 수 있다.
또한, 프로세서(11)는 메모리(13)에 미리 저장된 테이블(131, 133, 135, 137)로부터 차량용 배터리 열화도 추정하기 위해 요구 값을 선택하여 제공받고 기 저장된 데이터들을 제공받으며, 외부로부터 입력받은 배터리 정보, 테이블(131, 133, 135, 137)에서 제공받은 정보 및/또는 메모리(13)에 저장된 데이터 들을 이용하여 차량용 배터리 열화도 추정을 위해 필요한 연산을 수행할 수 있다.
메모리(13)는 차량용 배터리 열화도 추정을 위해 필요한 데이터들을 저장하는 요소이다.메모리(13)는 프로세서(11)에서 입력된 정보를 저장하거나 사전이 차량용 배터리 열화도 추정에 요구되는 값들을 저장한 여러 테이블(131, 133, 135, 137)을 저장할 수 있다.
메모리(13)에 저장되는 테이블은, 사전 설정된 기준 시간동안 측정된 배터리의 전류 적산량과 평균 전류의 크기에 따른 분극량을 저장한 분극량 테이블(131)과, 배터리의 외기온과 시간 경과에 따른 배터리의 온도 변화량을 저장한 온도 변화량 테이블(133)과, 배터리의 충전 상태(State of Charge: SOC)와 개방 회로 전압(Open Circuit Voltage)와의 관계를 저장한 SOC-OCV 테이블(135)과, 배터리의 충전 상태 변화와 배터리의 전류 적산량의 변화의 비율에 따른 열화도를 저장한 열화도 테이블(137)을 포함할 수 있다.
물론, 도시하지는 않았지만, 메모리(13)에는 배터리 전류 적산량, 기준 시간 동안의 배터리 평균 전류와 배터리 전류 적산량, 배터리 온도 등과 같이 프로세서(11)에서 입력되는 정보나 데이터를 저장하는 영역이 마련될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 열화도 추정 방법 중 차량 운행 중에 이루어지는 배터리 정보 수집 과정을 도시한 흐름도이며, 도 3은 수집된 정보 및 사전에 저장된 정보를 이용하여 구현되는 배터리 열화도 추정 과정을 도시한 흐름도이다.
먼저, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 열화도 추정 방법은, 도 2에 도시된 것과 같이 차량의 운행이 개시되면 배터리에 설치된 전류센서(미도시)에 의해 배터리의 전류를 검출한 신호를 프로세서(11)가 제공받아 배터리의 전류를 측정하고(S11), 측정한 배터리 전류를 적산하고(S121), 기준시간이 경과할 때마다 해당 기준시간 동안의 평균 전류를 계산하며(S122), 기준시간 동안의 전류를 적산한 후(S123), 그 결과를 메모리(13)에 저장할 수 있다(S13). 도 2에 도시된 배터리의 전류 정보를 측정하고 저장하는 과정은 차량 시동이 온 된 이후 오프될 때까지의 차량 운행 기간 마다 이루어질 수 있다.
특히, 데이터를 저장하는 단계(S13)는, 프로세서(11)가 기준시간이 경과할 때마다 계산한 전류 평균 및 전류 적산량 중 차량의 시동이 오프되기 직전에 계산된 기준시간 동안의 전류 평균 및 전류 적산량, 즉 차량 시동이 온된 상태에서 최종적으로 계산된 기준시간 동안의 전류 평균 및 전류 적산량일 수 있다.
또한, 데이터를 저장하는 단계(S13)에서는 프로세서(11)가 차량의 시동이 오프되기 직전에 측정된 배터리 온도를 메모리(13)에 저장할 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 차량의 시동이 온된 후 오프될 때까지 차량 배터리의 전류에 대한 정보들을 계산하여 저장하는 과정과 함께, 차량의 시동이 온되면 도 3에 도시된 것과 같은 차량 배터리의 열화도 추정 과정이 시작된다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 배터리 열화도 추정 기법은, 크게 차량 시동 시 차량 배터리의 분극전압을 연산하는 단계(S21, S22, S23)과, 연산된 분극전압을 기반으로 배터리의 현재 개방 회로 전압을 연산하고 연산된 개방 회로 전압을 기반으로 배터리의 현재 충전 상태를 추정하고 추정된 배터리의 현재 충전 상태를 저장하는 단계(S24, S25)와, 기저장된 배터리의 충전 상태와 추정된 현재 충전 상태의 차이와 직전 차량의 운행 중에 연산된 전류 적산량에 기반하여 배터리의 열화도를 추정하는 단계(S26)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 열화도 추정 기법 역시 차량 시동이 온 된 이후 오프될 때까지에 해당하는 차량 운행 기간이 시작될 때 마다, 즉 차량 시동이 온 될 때 마다 이루어 질 수 있다.
더욱 구체적으로, 배터리의 분극전압을 연산하는 단계는, 차량의 시동이 온되는 경우 배터리의 온도, 배터리의 단자 전압 및 차량의 외기온을 측정하는 단계(S21)와, 직전의 차량 운행 기간이 종료된 이후 현재 차량의 시동이 온되는 동안의 시간, 즉 차량의 방치 시간을 연산하는 단계(S22)와 차량의 방치 시간 동안 배터리의 분극전압 감소량을 연산하여 현재 배터리의 분극전압을 연산하는 단계(S23)을 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5는 배터리 단자 전압과 배터리 개방 회로 전압과의 관계를 도시한 도면이다.
배터리의 분극전압은 배터리의 단자 전압과 개방 회로 전압 사이의 차를 의미한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 배터리를 충전하는 경우 분극전압은 양의 값을 갖고 그 크기가 증가하여 배터리의 단자 전압과 개방 회로 전압 사이의 차가 커지고 충전이 종료되어 배터리를 방치하면 분극전압이 회복됨에 따라 배터리의 단자 전압이 개방 회로 전압에 수렴하게 된다.
이와 유사하게, 도 5에 도시한 바와 같이, 배터리를 방전하는 경우 분극전압은 음의 값을 갖고 그 크기가 증가하여 배터리의 단자 전압과 개방 회로 전압 사이의 차가 커지고 방전이 종료되어 배터리를 방치하면 분극전압이 회복됨에 따라 배터리의 단자 전압이 개방 회로 전압에 수렴하게 된다.
즉, 도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 분극전압은 배터리 충전 시 양의 값을 갖고 그 크기가 점진적으로 커지며 충전을 중단하게 되면 시간이 경과함에 따라 지수적으로 그 크기가 감소하게 된다. 마찬가지로, 분극전압은 배터리의 방전 시 음의 값을 갖고 그 크기가 점진적으로 커지며 방전을 중단하게 되면 시간이 경과함에 따라 그 크기가 지수적으로 감소하게 된다.
다시 말하면, 분극전압은 배터리의 전류 적산량, 배터리 평균 전류 및 방치 후 경과 시간에 의해 결정될 수 있다. 이러한 분극전압 특성은 배터리가 갖는 고유한 특성으로 배터리 마다 실험적인 기법에 의해 사전에 측정될 수 있다.
배터리의 분극전압을 연산하는 단계에서는 배터리의 방치 시간을 도출하고 직전 차량 운행 기간에 저장된 배터리 전류 정보를 이용하여 직전 차량 운행 기간의 종료 시의 배터리 분극전압을 도출한 후, 배터리의 방치 시간과 직전 차량 운행 기간의 종료 시의 배터리 분극전압을 기반으로 배터리의 현재 분극전압을 연산하게 된다.
배터리의 온도, 배터리의 단자 전압 및 차량의 외기온을 측정하는 단계(S21)는 배터리의 분극전압을 연산하기 위해 필요한 정보를 수집하는 과정이다.
직전의 차량 운행 기간이 종료된 이후 현재 차량의 시동이 온되는 동안의 시간, 즉 차량의 방치 시간을 연산하는 단계(S22)에서는 프로세서(11)가 메모리(13)에 저장된 온도 변화량 테이블(133)을 이용하여 차량의 방치 시간을 연산한다.
차량의 배터리는 차량 운행 시 그 온도가 상승한 후 차량 운행이 종료되면 온도가 다시 하강하게 된다. 차량 운행 종료 이후 배터리의 온도 변화는 외기온의 영향을 받게 된다. 단계(S22)에서 사용되는 온도 변화량 테이블(133)은, 차량의 외기온도 별로 차량의 방치 시 시간에 따른 배터리의 온도 변화를 사전에 미리 실험적으로 도출하여 저장해둔 테이블이다.
단계(S22)에서는 직전 차량 운행 기간의 종료 시 저장된 배터리 온도와 차량 시동이 온되어 단계(S21)에서 측정한 외기온 및 현재 배터리 온도를 온도 변화량 테이블(133)에 적용하여 배터리 방치 시간을 구할 수 있다. 즉, 프로세서(11)는 직전 차량 운행 기간의 종료 시 저장된 배터리 온도와 현재 배터리 온도의 차와 측정된 외기온에 대응되는 방치 시간을 온도 변화량 테이블(133)에서 찾아내어 직전 차량 운행 기간 종료 이후 현재 차량 시동을 온 시킨 시점까지의 차량 방치 시간을 구할 수 있다.
차량의 방치 시간 동안 배터리의 분극전압 감소량을 연산하여 현재 배터리의 분극전압을 연산하는 단계(S23)에서는, 프로세서(11)가 직전 차량 운행 기간에 저장된 배터리 전류에 대한 정보를 기반으로 분극량 테이블(131)에 저장된 분극전압을 도출하고 도출된 분극전압과 단계(S22)에서 연산된 방치 시간을 적용하여 현재 배터리의 분극전압을 연산한다.
전술한 바와 같이, 분극전압은 배터리의 전류 적산량과 평균 전류에 의해 도출될 수 있다. 도 2에 도시된 직전 차량 운행 기간 동안 데이터를 저장하는 단계(S13)에서 프로세서(11)는 기준시간이 경과할 때마다 계산한 전류 평균 및 전류 적산량 중 차량의 시동이 오프되기 직전에 계산된 기준시간 동안의 전류 평균 및 전류 적산량을 저장한다는 것을 이미 설명한 바 있다. 또한, 분극량 테이블(131)은 기준 시간 동안 배터리의 전류 평균 및 전류 적산량에 따른 분극전압을 실험적으로 도출하여 미리 저장해둔 테이블이다.
단계(S23)에서, 프로세서(11)는 직전 차량 운행 기간 중 최종적으로 저장된 기준시간 동안의 전류 평균 및 전류 적산량을 메모리(13)로부터 제공받고 이 값들을 메모리(13)의 분극량 테이블(131)에 적용하여 분극전압을 도출할 수 있다. 여기서, 분극량 테이블(131)을 통해 도출되는 분극전압은 직전 차량 운행 기간이 종료할 때 배터리의 분극전압이 된다.
단계(S23)에서, 프로세서(11)는 분극량 테이블(131)을 통해 도출되는 직전 차량 운행 기간이 종료할 때 배터리의 분극전압과 단계(S22)에서 연산된 배터리 방치 시간을 이용하여 분극전압의 감소량을 도출할 수 있고 분극전압 감소량을 분극량 테이블(131)을 통해 도출된 분극전압에 차감함으로써 현재 배터리의 분극전압을 연산할 수 있다.
예를 들어, 분극전압의 감소량은 분극전압이 지수적으로 감소한다는 점을 이용하여 "분극전압 감소량 = 직전 차량 운행 기간의 종료 시 분극전압 Х (1-exp(-t))"과 같은 식으로 구할 수 있다.
이어, 단계(S24)에서 프로세서(11)는 분극전압과 현재 배터리 단자전압의 차를 구하여 배터리의 개방 회로 전압을 도출할 수 있으며, 단계(S25)에서 프로세서(11)는 배터리의 충전 상태와 개방 회로 전압과의 관계를 사전에 저장한 메모리(13)의 SOC-OCV 테이블(135)에 단계(S24)에서 도출한 개방 회로 전압을 적용하여 배터리의 현재 충전 상태를 추정할 수 있다.
배터리의 개방회로 전압(OCV)와 충전상태(SOC)의 관계 역시 배터리의 고유한 특성으로 거의 비례하는 관계를 갖는다. 배터리의 개방회로 전압(OCV)와 충전상태(SOC)의 관계는 배터리 마다 실험적인 방법 등으로 미리 결정되어 테이블의 형태(SOC-OCV 테이블(135))로 저장될 수 있다.
한편, 단계(S24)에서, 프로세서(11)는 추정한 현재 충전 상태를 메모리(13)에 저장하여, 다음 차량 운행 기간에서 배터리의 열화도를 측정하는데 이를 사용하게 할 수 있다.
이어, 단계(S25)에서, 프로세서(11)는 메모리(13)에 저장된 직전 차량 운행 기간에 저장된 배터리의 충전 상태와 단계(S24)에서 추정된 배터리의 현재 충전 상태의 차이와 직전 차량 운행 기간에 저장된 전류 적산량의 비율에 기반하여 배터리의 열화도를 연산한다.
배터리는 열화될수록 배터리에 충전 가능한 용량이 줄어든다. 상대적으로 열화되지 않은 배터리는 상대적으로 더 열화된 배터리에 비해 전류를 저장할 수 있는 용량이 크기 때문에 동일한 전류량에 대한 배터리 충전 상태(SOC)의 변화가 적다. 이러한 관계는 도 6에 도시된다.
도 6은 배터리 열화도와 배터리 개방 회로 전압 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 배터리의 열화도가 증가할수록 배터리 용량 변화에 대응되는 배터리 개방 회로 전압(OCV)의 변화가 커진다. 전술한 바와 같이, 배터리 개방 회로 전압은 배터리의 충전 상태와 거의 비례하는 것으로 배터리 개방 회로 전압의 변화가 커지는 것은 곧 배터리의 충전 상태 변화가 커진다는 것으로 이해될 수 있다.
따라서, 배터리의 전류 적산량(배터리 용량 변화에 해당)과 배터리 충전 상태 변화량의 비율은 배터리의 열화도를 추정할 수 있는 지표가 될 수 있다.
메모리(13)에 저장된 열화도 테이블(137)은 배터리의 용량 변화량과 배터리 충전 상태 변화량의 비율과 배터리 열화도 사이의 관계를 사전에 실험적으로 도출하여 작성한 테이블이다. 단계(S25)에서 프로세서(11)는 메모리(13)에 저장된 직전 차량 운행 기간에 저장된 배터리의 충전 상태와 단계(S24)에서 추정된 배터리의 현재 충전 상태의 차이와 직전 차량 운행 기간에 저장된 전류 적산량의 비율을 연산하고, 메모리(13)에 저장된 열화도 테이블(137)에서 연산된 비율에 대응되는 열화도를 찾아 배터리의 열화도 추정을 완료하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 배터리 열화도 추정 방법은, 배터리의 전류가 정전류인 조건 등과 같이 특정 조건에서만 열화도 추정이 가능한 종래 기술과는 달리 차량의 운행하는 경우에도 배터리의 열화도를 추정 가능하다.
이에 따라, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 배터리 열화도 추정 방법은, 실시간 배터리 열화 상태 예측을 통해 배터리의 내구/수명 진단의 정확도를 높일 수 있으며, 차량의 주행 시 배터리 열화도에 따른 차량 출력 및 주행 가능 거리 표시의 정확도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
11: 프로세서 13: 메모리
131: 분극량 테이블 133: 온데 변화량 테이블
135: SOC-OCV 테이블 137: 열화도 테이블

Claims (9)

  1. 차량 시동이 온 된 이후 오프될 때까지의 차량 운행 기간 마다 차량의 배터리의 전류에 대한 정보 및 상기 배터리의 온도 정보를 수집하는 단계;
    차량 시동이 온 되면 상기 전류에 대한 정보, 상기 배터리의 현재 온도 및 상기 배터리의 단자 전압을 기반으로 상기 배터리의 분극전압을 연산하는 단계;
    상기 연산된 분극전압을 기반으로 상기 배터리의 개방 회로 전압을 연산하고, 상기 연산된 개방 회로 전압을 기반으로 상기 배터리의 현재 충전 상태를 추정하고 저장하는 단계; 및
    직전 차량 운행 기간에 저장된 상기 배터리의 충전 상태와 상기 현재 충전 상태 사이의 차이와 상기 직전 차량 운행 기간에 수집된 상기 배터리의 전류에 대한 정보에 기반하여 상기 배터리의 열화도를 추정하는 단계;
    를 포함하는 차량용 배터리 열화도 추정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리의 전류에 대한 정보는, 상기 차량 운행 기간 동안의 전류 적산량, 상기 차량 운행 기간의 차량 오프 직전 사전 결정된 기준시간 동안의 평균 전류 및 상기 차량 운행 기간의 차량 오프 직전 사전 결정된 기준시간 동안의 전류 적산량인 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열화도 추정 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 수집하는 단계는,
    상기 차량 운행 기간 동안 상기 배터리의 배터리의 전류를 측정하는 단계;
    상기 측정한 배터리 전류를 적산하는 단계;
    사전 결정된 기준시간이 경과할 때마다 해당 기준시간 동안의 평균 전류를 계산하는 단계;
    상기 기준시간이 경과할 때마다 해당 기준시간 동안의 전류를 적산하는 단계;
    상기 차량 운행 기간 동안의 전류 적산량과, 차량의 시동이 오프되기 직전에 계산된 상기 기준시간 동안의 전류 평균 및 상기 기준시간 동안의 전류 적산량과 상기 차량의 시동이 오프될 때 상기 배터리의 온도를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열화도 추정 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 분극전압을 연산하는 단계는,
    차량의 시동이 온되는 경우 상기 배터리의 온도, 상기 배터리의 단자 전압 및 차량의 외기온을 측정하는 단계;
    직전의 차량 운행 기간이 종료된 이후 현재 차량의 시동이 온되는 동안의 시간인 차량 방치 시간을 연산하는 단계; 및
    상기 연산된 차량의 방치 시간 동안 상기 배터리의 분극전압 감소량을 도출하여 상기 배터리의 분극전압을 연산하는 분극전압 도출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열화도 추정 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 차량 방치 시간을 연산하는 단계는,
    직전 차량 운행 기간의 종료 시 상기 배터리의 온도와 상기 측정하는 단계에서 측정된 현재 배터리 온도의 차와 상기 측정하는 단계에서 측정된 외기온을, 배터리의 외기온과 시간 경과에 따른 배터리의 온도 변화량을 사전에 저장한 온도 변화량 테이블에 적용하여 상기 차량 방치 시간을 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열화도 추정 방법.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 분극전압 도출 단계는,
    직전 차량 운행 기간 중 저장된 시동 오프 직전에 사전 결정된 기준시간 동안의 전류 평균 및 전류 적산량을, 기준 시간 동안 배터리의 전류 평균 및 전류 적산량에 따른 분극전압을 사전에 도출하여 미리 저장해둔 분극량 테이블에 적용하여 직전 차량 운행 기간의 종료시 분극전압을 도출하고,
    직전 차량 운행 기간의 종료시 분극전압과 상기 차량 방치 시간을 연산하는 단계에서 연산된 차량 방치 시간을 기반으로 분극전압 감소량을 계산하고,
    직전 차량 운행 기간의 종료시 분극전압에 상기 계산된 분극전압 감소량을 차감하여 배터리의 현재 분극전압을 도출하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열화도 추정 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 현재 충전 상태를 추정하고 저장하는 단계는,
    상기 분극전압을 연산하는 단계에서 연산된 분극전압과 상기 배터리 단자전압의 차에 해당하는 상기 배터리의 개방 회로 전압을 연산하는 단계; 및
    상기 배터리의 개방회로 전압과 충전상태의 관계를 사전에 저장하는 SOC-OCV 테이블에 상기 배터리의 개방 회로 전압을 연산하는 단계에서 연산된 개방 회로 전압을 적용하여 상기 배터리의 현재 충전상태를 추정하고 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열화도 추정 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 배터리의 열화도를 추정하는 단계는,
    직전 차량 운행 기간에 저장된 상기 배터리의 충전 상태와 상기 추정된 현재 충전 상태 사이의 차이와 상기 직전 차량 운행 기간 동안의 전류 적산량의 비율에 기반하여 상기 배터리의 열화도를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열화도 추정 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 배터리의 열화도를 추정하는 단계는,
    직전 차량 운행 기간에 저장된 상기 배터리의 충전 상태와 상기 추정된 현재 충전 상태 사이의 차이와 상기 직전 차량 운행 기간 동안의 전류 적산량의 비율을, 상기 배터리의 용량 변화량과 배터리 충전 상태 변화량의 비율과 배터리 열화도 사이의 관계를 사전에 저장한 열화도 테이블에 적용하여 열화도를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열화도 추정 방법.
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