KR20210046548A - 배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하는 방법 및 검출 시스템 - Google Patents

배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하는 방법 및 검출 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 차량을 위한 배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하는 방법 및 이를 수행하는 검출 시스템(1)에 관한 것으로, 에너지 함량(energy content) 및 전력(power)의 지원을 결정하는 방법은, 배터리의 전압(Usys)을 측정하는 단계, 에너지 함량의 지원을 결정하기 위해, 전압(Usys)을 기 설정된 임계 전압(Ulim)과 비교하고, 전압(Usys)이 임계 전압(Ulim) 이상인지를 결정하는 단계, 배터리의 내부 저항(Rsys)을 결정하는 단계, 전력의 지원을 결정하기 위해, 내부 저항(Rsys)을 기 설정된 임계 저항(Rlim)과 비교하고, 내부 저항(Rsys)이 임계 저항(Rlim) 이하인지를 결정하는 단계, 및 전압(Usys)이 임계 전압(Ulim) 이상이고 내부 저항(Rsys)이 임계 저항(Rlim) 이하이면, 배터리의 에너지 함량 및 전력이 지원되는 것으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하는 방법 및 검출 시스템{METHOD AND DETECTION SYSTEM FOR DETERMINING SUPPORT OF ENERGY CONTENT AND POWER OF BATTERY}
본 발명은 배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하기 위한 검출 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 검출 시스템을 포함하는 전기 차량에 관한 것이다.
최근에, 전력을 동력원으로 사용하는 차량들이 개발되었다. 전기 차량은 전기 모터에 의해 이차 배터리들에 저장된 에너지를 사용하여 구동되는 차량이다. 전기 차량은 배터리들에 의해서만 전력을 공급받을 수 있거나, 또는 예를 들어 가솔린 발전기에 의해 동력을 공급받는 하이브리드(hybrid) 차량의 형태일 수 있다. 또한, 차량은 전기 모터와 종래의 연소 엔진의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로, 전기 차량용 배터리(electric vehicle battery, EVB) 또는 견인 배터리(traction battery)는 배터리 전기 차량(battery electric vehicle, BEV)의 추진력을 공급하는데 사용되는 배터리이다. 전기 차량용 배터리는, 지속되는 기간 동안 전력을 공급하도록 설계되었으므로, 시동(starting), 조명(lighting), 및 점화(ignition)용 배터리와 다르다. 이차(rechargeable 또는 secondary) 배터리는 충전과 방전을 반복적으로 할 수 있다는 점에서, 화학 에너지로부터 전기 에너지로 비가역적 변환만을 하는 일차 배터리(primary battery)와 다르다. 저용량의 이차 배터리는 셀룰러폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 소형 전자 디바이스용 전원으로서 사용되는 반면, 고용량의 이차 배터리는 하이브리드 차량 등을 위한 전원으로 사용된다.
이차 배터리들은, 높은 에너지 밀도를 제공하기 위해, 특히 하이브리드 차량의 모터 구동을 위해, 직렬 및/또는 병렬로 결합된 복수의 단위 배터리 셀로 형성된 배터리 모듈로서 사용될 수 있다. 배터리 모듈은 고출력의 이차 배터리를 구현하기 위해, 필요한 전력량에 따라 복수의 단위 배터리 셀의 전극 단자들을 연결하여 형성된다. 셀들은 원하는 전압, 용량 또는 전력 밀도를 제공하기 위해 직렬, 병렬 또는 이들의 혼합 방식으로 연결될 수 있다. 배터리 팩들의 구성요소들은 개별 배터리 모듈들과, 이들 간의 전기 전도성을 제공하는 인터커넥트(interconnect)들을 포함한다.
배터리의 전력 출력 및 충전에 대한 고정(static) 제어만으로는 배터리 시스템에 연결된 다양한 전기 소비자들의 동적 전력 수요를 충족시키기에 충분하지 않다. 따라서, 배터리 시스템과 전기 소비자의 제어기 사이에는 지속적인 정보 교환이 요구된다. 배터리 시스템과 전기 소비자의 제어기 사이에 교환되는 정보는, 전기 소비자의 실제/예측된 전력 수요나 잉여 전력뿐만 아니라, 배터리 시스템의 충전 상태(state of charge, SOC), 잠재적인 전기 성능, 충전 능력 및 내부 저항을 포함한다.
배터리 시스템은 통상적으로 전술한 정보들의 처리를 위해, 종종 배터리 관리 유닛(Battery management Unit, BMU) 및/또는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)으로 지칭되는, 배터리 제어 유닛을 포함한다. 배터리 제어 유닛은 다양한 전기 소비자들의 제어기들을 포함할 수 있고, 적절한 내부 통신 버스들, 예를 들어, CAN 또는 SPI 인터페이스를 포함할 수 있다. 배터리 제어 유닛은 각각의 배터리 서브 모듈, 특히 각 배터리 서브 모듈의 셀 감시 회로(Cell Supervision Circuit, CSC)와 통신할 수 있다. CSC는 각 배터리 서브 모듈의 배터리 셀들을 상호 연결할 수 있는 배터리 서브 모듈의 셀 연결 및 감지 유닛(Cell Connection and Sensing Unit, CCU)에 추가로 연결될 수 있다. 따라서, 배터리 제어 유닛은 배터리를 안전 동작 영역 외부에서 동작하는 것으로부터 보호하거나, 배터리의 상태 모니터링, 보조 데이터 산출, 데이터 보고, 배터리의 환경 제어, 배터리 인증, 및/또는 배터리 밸런싱 등에 의해, 배터리 팩을 관리하도록 제공된다. 통상적으로, 배터리 제어 유닛은 부하에 대한 릴레이를 제어할 수 있고 다양한 고장(fault) 상황에서 부하를 스위칭할 수 있다.
전기 차량들, 예를 들어, 배터리 전기 차량들 또는 플러그 하이브리드 전기 차량(plugin hybrid electric vehicle, PHEV)들을 위한 수많은 운전 보조 시스템(driving assistance system)들로 인해 최근 안전성과 관련하여 셀 모델링이 요구된다. 운전 보조 시스템들을 차량에 적용하는 것은, 차량 운전자를 지원하고 운전 안전을 더욱 향상시킬 수 있지만, 운전의 책임을 운전자로부터 운전 보조 시스템으로 점점 더 많이 인계하도록 한다. 이러한 운전 보조 시스템들의 기능은 소정 시간 동안 특정 전력 레벨과 함께 설정된 에너지 레벨을 보장하는 것이 필수적이다. 이에 따라 최근의 셀 모델링 연산들은, 예를 들어 ASIL B(automotive safety integrity level B) 요건과 같은 안전성 표준을 충족시키지 못하는 문제가 있다.
ASIL B 품질에 따른 안전성 표준에서 결과들을 생성하는 것은, 필요한 모든 입력들의 개연성 및 리던던시가 요구된다. 이는 측정 입력들뿐만 아니라 전체 결과를 형성하는 파트들을 제공하는 모델들 및 모델링 데이터들에도 적용된다.
셀 모델들은 측정되고, 적응되고, 보간된 데이터에 기초하여 셀 응답을 근사화하는 매우 복잡한 모델이므로, 이를 사용하여 ASIL B 품질 결과들을 생성하는 것은 매우 어렵거나 불가능하다.
본 발명의 실시 예들을 통해 해결하고자 하는 과제는, ASIL B 요건을 충족시키도록 동작 가능하고 높은 신뢰성을 가지는, 배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하기 위한 방법 및 검출 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양태에 따르면, 전기 차량을 위한 배터리의 에너지 함량(energy content) 및 전력(power)의 지원을 결정하는 방법이 제공된다. 전기 차량을 위한 배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하는 방법은, 에너지 함량의 지원을 결정하기 위한 단계들, 및 전력의 지원을 결정하기 위한 단계들을 포함할 수 있다. 에너지 함량의 지원을 결정하기 위한 단계들은, 배터리의 전압을 측정하는 단계, 측정된 전압을 기 설정된 임계 전압과 비교하는 단계，및 측정된 전압이 기 설정된 임계 전압 이상인지를 결정하는 단계를 포함한다. 전력의 지원을 결정하기 위한 단계들은, 배터리의 내부 저항을 결정하는 단계, 결정된 내부 저항을 기 설정된 임계 저항과 비교하는 단계, 및 내부 저항이 기 설정된 임계 저항 이하인지를 결정하는 단계를 포함한다. 배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하는 방법은, 측정된 전압이 기 설정된 임계 전압 이상이고, 결정된 내부 저항이 기 설정된 임계 저항 이하이면, 전기 차량의 배터리의 에너지 함량 및 전력이 지원되는 것으로 결정하는 단계를 더 포함한다.
여기서, 에너지 함량 및 전력이 지원되는 것으로 결정하는 것은，배터리의 에너지 함량 및 전력의 가용성이 충분한 것을 나타낸다. 측정된 배터리의 전압이 임계 전압보다 더 높으면，배터리의 에너지 함량이 충분히 지원 가능한 것으로 지시된다. 배터리의 내부 저항이 임계 저항 미만이면，배터리의 전력이 충분히 지원 가능한 것으로 지시된다. 배터리의 측정된 전압 및 내부 저항 모두가 전술한 조건들을 충족하는 때에만，배터리의 에너지 함량 및 전력이 완전히 지원 가능한 것으로 보장된다.
배터리 전압은 배터리를 형성하는 배터리 셀 스택의 시스템 전압일 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 측정된 배터리 전압은 배터리의 개방 루프(open－loop）전압일 수 있다. 내부 저항 및 배터리 전압, 즉 개방 루프 전압은 모두 시간에 의존적이고, 내부 저항은 방전 시 증가하고, 배터리의 전압은 방전 시 감소하므로, 두 값들 모두 배터리의 상태를 특정하는 중요한 지표들이다．
배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하는 방법은, 연관된 파라미터들의 측정 및 결정 외에도，지원이 충족되는지를 결정 또는 검증하기 위해, 간단한 수학적 연산들만 사용된다는 이점이 있다. 특히, 지원이 충족되는지를 결정 또는 검증하는 것은, 비교기와 간단한 논리 연산자를 사용하여 수행될 수 있다. 이 때, 입력 파라미터들로는 배터리의 내부 저항 및 배터리의 측정된 전압이 사용된다. 이들 파라미터들은 ASIL B 품질로 측정 또는 결정될 수 있기 때문에, 결과적으로 전력 및 에너지가 지원되는지에 대한 결정은 ASIL B 품질에서 검증될 수 있다. 전술한 바와 같이, 각 임계 값(임계 전압 또는 임계 저항)을 이용해 에너지 함량 또는 전력의 지원이 충족되는지를 결정 또는 검증하는 과정이 간단한 수학 연산에 의해 제공되므로, 복잡하고 많은 시간이 소요되는 셀 모델들을 회피할 수 있는 이점이 있다. 또한, 결과적인 오류를 획득하기 위해 입력 파라미터들의 측정 또는 결정 오류가 쉽게 모아질 수 있고, 이러한 이점은 종래 기술에서 알려진 셀 모델들에 의해 도달될 수 없다.
배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하는 방법은, 측정된 전압이 기 설정된 임계 전압보다 더 작거나, 결정된 내부 저항이 기 설정된 임계 저항보다 더 크면，전기 차량의 배터리의 에너지 함량 및 전력이 지원되지 않는 것으로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기에서도, 지원 부족을 식별하기 위해 간단한 논리 연산자가 사용될 수 있다. 논리 연산자는 AND-논리 유닛일 수 있으며, 각 비교기 유닛으로부터 에너지 함량 또는 전력의 지원 여부를 지시하는 신호들을 획득하고, 이들로부터 에너지 및 전력이 지원되는지 또는 지원되지 않는지를 지시하는 신호, 예를 들어 디지털 신호를 출력할 수 있다.
일 실시 예에서, 에너지 함량의 지원을 결정하기 위해 배터리의 전압을 측정하는 단계는, 배터리의 출력 전압이 일정한 전압을 유지하도록 제어되지 않는 휴지 기간 동안 전압을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 일반적으로, 배터리의 전압은 일정하고 고정된 출력 전압을 내도록 전기 차량의 제어 유닛에 의해 제어된다. 예를 들어, 배터리는 약 48V의 고정된 전압을 출력하도록 전기 차량의 제어 유닛에 의해 제어될 수 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 배터리의 실제 개방 루프 전압이 감소하더라도 배터리의 출력 전압 레벨을 일정하게 유지하기 위해, 제어 루프가 자주 사용될 수 있다. 그러나, 휴지 기간에서는, 배터리 출력 전압은 배터리의 실제 전압으로 완화(relaxation)되어(수렴하여), 배터리의 실제 전압의 측정이 가능해진다. 휴지 기간은, 예를 들어 10분의 빈도로 주기적으로 제공될 수 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 이 빈도는 전기 차량의 제어 유닛에 의해 결정될 수 있다.
다른 실시 예에서, 에너지 함량의 지원을 결정하기 위해 배터리의 전압을 측정하는 단계는, 배터리 전류가 제로 레벨의 임계 전류 아래로 유지되도록 제어되는 휴지 기간 내에서 배터리의 전압을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 제로 레벨은, 예를 들어 100mA 이하의 전류 레벨을 나타낼 수 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 배터리 전류가 이와 같이 낮은 레벨로 감소되는 때, 배터리에 부하가 덜 인가되어 배터리 전압의 측정 정밀도를 크게 향상시킨다. 배터리 전류의 제어는 전기 차량의 전류 제어 유닛에 의해 작동될 수 있다. 배터리 전류는 휴지 기간 전체에 걸쳐 제로 레벨 임계 전류 밑으로 유지될 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 에너지 함량의 지원을 결정하기 위해 배터리의 전압을측정하는 단계는, 휴지 기간 내에 포함된 측정 시점에서 배터리의 전압을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 측정 시점은, 휴지 기간의 개시 시점을 기준으로 배터리의 완화 시간((relaxation time)이 경과한 시점 또는 그 이후에 위치할 수 있다. 여기서, 완화 시간은 배터리의 출력 전압이 자신의 실제 전압, 또는 개방 루프 전압으로 충분히 수렴하기까지의 시간 스케일을 나타낸다. 예를 들어, 완화 시간은 90초일 수 있다. 이 경우, 측정 시점은 휴지 기간의 개시 시점을 기준으로, 90초 이후에 위치할 수 있지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 완화 시간은 90 초 미만, 예를 들어 60 초 또는 40 초일 수도 있다. 또한, 완화 시간은 90초 보다 더 길 수 있으며, 예를 들어 120 초 또는 150 초, 또는 심지어 180 초 이상일 수도 있다. 이러한 완화 시간들은 예시들로, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 전술한 바와 같이, 완화 시간 이후에 배터리 전압의 측정이 수행되는 경우, 배터리 전압의 측정 정확성이 더욱 향상된다.
또 다른 실시 예에서는, 에너지 및 전력의 지원을 결정하는 방법은, 전력의 지원을 결정하기 위해, 배터리의 온도를 측정하는 단계, 및 측정된 온도에 대응하여 임계 저항을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 온도에 의존적으로 임계 저항을 결정하는 것은, 내부 저항이 온도에 의존적이라는 점을 고려할 때, 내부 저항의 측정 정확도를 향상시키기에 유리하다. 또한, 이러한 내부 저항의 온도 의존성을 고려하는 것은, 실시 예들에 따른 결정 방법이 다양한 온도에서 적용될 수 있게 한다.
또 다른 실시 예에서, 전력의 지원을 결정하기 위해 임계 저항을 결정하는 단계는, 측정된 온도에 대응하여 룩업 테이블(look-up table)로부터 임계 저항을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 룩업 테이블은 온도 값에 따라 다르게 설정된 임계 저항들을 포함하도록 설정된다. 룩업 테이블은 온도의 함수로서 임계 저항 값들을 저장할 수도 있다.
또 다른 실시 예에서, 배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하는 방법은, 온도가 최소 임계 온도보다 더 높은지를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 온도가 너무 낮은 경우(예를 들어 약 3℃, 4℃ 또는 5 ℃, 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다), 배터리의 전압 완화 시간이 매우 길어질 수 있고, 이로 인해 배터리 전압의 측정 정밀도가 감소할 수 있다. 따라서, 실제 온도가 최소 임계 온도보다 더 높은지 결정하는 단계를 통해, 내부 저항 또는 배터리 전압의 측정 정밀도를 확보할 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 전력의 지원을 결정하기 위해 내부 저항을 결정하는 단계는, 미리 정의된 테스트 시간 동안 배터리에 테스트 전류를 발생시키는 단계, 및 테스트 시간 동안의 배터리의 전압 변화(즉, 테스트 시간의 시작 시점에 측정된 배터리의 전압 및 테스트 시간의 종료 시점에 측정된 배터리의 전압 사이의 차이)를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 그리고, 이렇게 결정된 전압 변화를 배터리에서 발생된 테스트 전류로 나눔으로써(Rsys = ΔUsys/Itest) 내부 저항(Rsys)을 산출하는 단계를 더 포함한다. 테스트 전류는 방전 전류일 수 있고, 이 경우 배터리 전압은 테스트 시간의 시작 시보다 종료 시에 더 낮아진다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 테스트 전류를 충전 전류이고, 이에 따라 배터리 전압은 테스트 시간의 시작 시 보다 종료 시에 더 높아질 수도 있다. 테스트 시간은, 예를 들어, 전술한 완화 시간과 동일하거나 더 길 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 테스트 시간의 길이는 전술한 완화 시간과 상이할 수 있다. 시간 순서 상, 동일한 휴지 기간 내에서 전력의 지원을 결정하기 위한 단계들은, 적어도 일부가 에너지 함량의 지원을 결정하기 위한 단계들 이후에 수행될 수 있다. 테스트 시간의 시작에서 측정된 전압은, 전술한 완화 시간에서의, 또는 그 이후의 전압과 동일할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서는, 전기 차량을 위한 배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하기 위한 검출 시스템이 제공된다. 검출 시스템은, 에너지 함량의 지원을 결정하기 위한 제1 결정 유닛을 포함하고, 제1 결정 유닛은 배터리의 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정 유닛, 측정된 전압을 기 설정된 임계 전압과 비교하고 측정된 전압이 기 설정된 임계 전압 이상인지를 결정하도록 구성된 제1 비교기 유닛을 포함한다. 검출 시스템은 전력의 지원을 결정하기 위한 제２ 결정 유닛을 더 포함하고, 제2 결정 유닛은 배터리의 내부 저항을 결정하도록 구성된 저항 결정 유닛, 및 결정된 내부 저항을 기 설정된 임계 저항과 비교하고 내부 저항이 기 설정된 임계 저항보다 이하인지를 결정하도록 구성된 제２ 비교기 유닛을 포함한다. 검출 시스템은 측정된 전압이 기 설정된 임계 전압 이상이고 저항이 기 설정된 임계 저항 이하이면, 전기 차량의 배터리의 에너지 함량 및 전력이 지원되는 것으로 결정하도록 구성된 논리 유닛을 더 포함한다.
검출 시스템은 전술한 결정 방법의 설명에서 언급된 이점들을 공유한다. 아래에서는, 검출 시스템의 이점들을 강조하기 위해 전술한 이점들 중 일부가 반복된다. 검출 시스템에서는, 파라미터의 측정 및 결정 외에, 에너지 함량 또는 전력의 지원을 결정하거나 검증하는 작업(예를 들어, 비교기와 논리 연산자에 의해 연산되는 작업들)들에서도, 간단한 수학 연산들만을 사용한다. 이 때, 사용되는 기본 입력 파라미터들은 전술한 바와 같이 결정/측정된 배터리의 내부 저항 및 전압이다. 배터리 전압은 ASIL B 품질로 측정될 수 있으므로, 배터리의 전력 및 에너지 함량이 지원되는지 여부는 ASIL B 품질에서 확인할 수 있다. 그리고, 각 임계 값(임계 저항/임계 전압)을 이용한 비교 작업들은 간단한 수학 연산들에 의해 제공된다. 따라서, 검출 시스템에서는 복잡하고 많은 시간이 소요되는 셀 모델들의 사용이 회피된다. 입력들의 측정 또는 결정 오류들은 결과 오류들이 얻어지도록 쉽게 누적될 수 있다.
검출 시스템에 대해 아래에서 열거되는 실시 예들의 다른 이점들은 전술한 결정 방법의 대응하는 단계에 관한 설명으로부터 얻을 수 있다.
일 실시 예에서, 논리 유닛은, 측정된 전압이 기 설정된 임계 전압보다 더 작거나, 결정된 내부 저항이 기 설정된 임계 저항보다 더 크면, 전기 차량의 배터리의 에너지 함량 및 전력이 지원되지 않는 것으로 결정하도록 구성될 수 있다. 논리 유닛은 AND-논리 유닛에 의해 구현될 수 있다.
다른 실시 예에서, 검출 시스템은 배터리의 전압이 일정한 전압을 유지하도록 제어되지 않는 휴지 기간 동안 배터리의 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정 유닛을 더 포함할 수 있다.
전압 측정 유닛은 휴지 기간 내에서의 측정 시점에서 배터리의 전압을 측정하도록 구성될 수 있으며, 이러한 측정 시점은 휴지 기간의 시작 시점을 기준으로 배터리의 완화 시간이 경과한 시점 또는 그 이후에 위치할 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 전압 측정 유닛은 배터리 전류가 제로 레벨 임계 전류 미만으로 유지되도록 제어되는 휴지 기간 내에서 전압을 측정하도록 구성될 수도 있다.
검출 시스템은, 배터리의 온도를 측정하도록 구성된 온도 측정 유닛을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제２ 비교기 유닛은 측정된 온도에 대응하여 결정된 임계 저항과 내부 저항을 비교하도록 구성된다.
검출 시스템은 룩업 테이블로부터 측정된 온도에 대응하는 임계 저항을 선택하도록 구성된 선택 유닛을 더 포함할 수 있다. 룩업 테이블은 온도 값에 따라서 다르게 설정된 임계 저항들을 포함한다.
검출 시스템은 측정된 온도를 최소 임계 온도와 비교하고 측정된 온도가 최소 임계 온도보다 높은지를 결정하도록 구성된 온도 비교 유닛을 더 포함할 수 있다.
검출 시스템은 미리 정의된 테스트 시간 동안 배터리에 테스트 전류를 발생시키도록 구성된 전류 제어 유닛을 더 포함할 수 있다. 전압 측정 유닛은, 테스트 시간의 시작 시점에 측정된 배터리의 전압과 테스트 시간의 종료 시점에 측정된 배터리의 전압 사이의 차이인, 전압 변화를 결정하도록 구성될 수 있으며, 결정된 전압 변화를 테스트 전류로 나눔으로써(Rsys = ΔUsys/Itest) 내부 저항(Rsys)을 산출하는 제수 유닛(divisor unit)을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 전기 차량은 전술한 실시 예들 중 하나에 따른 검출 시스템을 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 종속항들 또는 이하의 설명으로부터 알 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, ASIL B 요건을 충족시키도록 동작 가능하고 높은 신뢰성을 가지는, 배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하기 위한 방법 및 검출 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 차량을 위한 배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하기 위한 방법 및 검출 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라서 에너지 함량의 지원을 결정하기 위해 배터리 전압을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라서 전력의 지원을 결정하기 위해 내부 저항을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 실시 예들을 참조하여 상세하게 설명되며, 그 예들은 첨부 도면에 도시되어있다. 이하 첨부된 도면들을 참조하여 실시 예들의 효과 및 특징, 그리고 그 구현 방법을 상세히 설명한다. 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타내며, 그에 대한 중복되는 설명은 생략한다. 본 문서에서 "및/또는"이라는 용어는 관련되어 열거된 항목들 중 하나 이상의 임의의 및 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시 예들을 설명 시 "~할 수 있다", "~일 수 있다"를 사용하는 것은 본 발명의 하나 이상의 실시 예를 나타낸다.
본 문서에서 "제1", "제2", 등의 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 이러한 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이러한 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 대한 다음의 설명에서, 단수 형태의 용어는 문맥에 달리 명시되지 않는 한 복수 형태를 포함할 수 있다.
"포함한다", "포함하는" 등의 용어들은 특성, 영역, 고정 수, 단계, 프로세스, 요소, 소자, 부품, 성분, 및 이들의 조합을 특정하는 것으로，다른 특성, 영역, 고정 수, 프로세스, 요소, 소자, 부품, 성분, 및 그들의 조합을 배제하지는 않는 것으로 이해될 것이다．
본 명세서에 기재된 본 발명의 실시 예들에 따른 검출 시스템 및/또는 임의의 다른 관련 장치 또는 구성 요소들은, 임의의 적합한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 어플리케이션-주문형 집적 회로), 소프트웨어 또는 소프트웨어의 조합에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 하나의 집적 회로(IC) 칩 또는 개별 IC 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 연성 인쇄 회로 필름, 테이프 캐리어 패키지(TCP), 인쇄 회로 기판(PCB), 또는 하나의 기판 상에 구현될 수 있다. 또한, 이들 장치들의 다양한 구성 요소들은 하나 이상의 컴퓨팅 장치에 포함된 하나 이상의 프로세서에서 실행되고, 컴퓨터 프로그램 명령을 실행하고, 본 문서에 설명된 다양한 기능을 수행하기 위해 다른 시스템 구성 요소와 상호 작용하는 프로세스 또는 스레드일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어는 예를 들어 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같이 표준 메모리 장치를 사용하는 컴퓨팅 장치에서 구현될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어 CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비휘발성 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수도 있다. 또한, 당업자라면 본 발명의 예시적인 실시 예의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 컴퓨터 장비들의 기능이 단일 컴퓨팅 장치에 결합 또는 통합될 수 있으며, 특정 컴퓨팅 장치의 기능이 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치들로 분산될 수 있음을 알 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 문서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 차량을 위한 배터리의 에너지 함량(energy content) 및 전력(power)의 지원을 결정하기 위한 방법을 도시하고, 도 1b는 도 1a의 결정 방법을 수행하는 검출 시스템(1)을 도시한다. 이하에서는, 도 1a 및 1b와 함께 도 2 및 도 3을 참조하여 검출 방법의 실시 예들의 예시들을 상세히 설명한다. 특히, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 에너지 함량의 지원 여부를 결정하기 위해 사용되는 배터리 전압을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 전력의 지원을 결정하기 위해 내부 저항을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 문서에서 에너지 함량 또는 전력의 지원을 결정하는 것은, 에너지 함량 또는 전력의 지원 가능 여부, 즉 가용성을 결정하는 것을 나타낸다.
이하에서는, 도 1a에 도시된 전기 차량을 위한 배터리의 에너지 함량 및 전력을 결정하는 방법에 대해, 도 1b에 예시적으로 도시된 검출 시스템(1)과 함께 설명될 것이다.
전기 차량을 위한 배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하는 방법은, 에너지 함량의 지원을 결정하기 위한 단계들(S11, S12)을 포함한다. 이에 따라 검출 시스템(1)은 이러한 단계들(S11, S12)을 수행하기 위해, 에너지 함량의 지원을 결정하도록 구성된 제1 결정 유닛(determination unit, 10)을 포함할 수 있다.
배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하는 방법(이하, 설명의 편의를 위해 '결정 방법'이라 명명하여 사용하기도 함)은, 에너지 함량의 지원을 결정하기 위해, 배터리의 전압(Usys)을 측정하는 단계(S11)를 포함한다. 전압(Usys)은 배터리 셀들의 스택을 포함하는 배터리의 스택 전압을 지칭할 수 있다. 따라서 검출 시스템(1)은 배터리의 전압(Usys)을 측정하기 위한 전압 측정 유닛(voltage measuring unit, 12)을 더 포함한다. 결정 방법은, 에너지 함량의 지원을 결정하기 위해, 측정된 배터리 전압(Usys)을 기 설정된 임계 전압(Ulim)과 비교하고, 측정된 전압(Usys)이 기 설정된 임계 전압(Ulim) 이상인지를 결정하는 단계(S12)를 더 포함한다. 따라서, 제1 결정 유닛(10)은 이러한 단계(S12)를 수행하기 위해 제1 비교기 유닛(comparator unit, 14)을 더 포함한다.
예를 들어, 제1 비교기 유닛(14)은 전압 측정 유닛(12)으로부터 전압 측정 유닛(12)에 의해 측정된 배터리의 전압(Usys)을 나타내는 아날로그 입력 신호를 수신할 수 있고, 이를 기 설정된 임계 전압(Ulim)과 비교할 수 있다. 그리고, 비교 결과 측정된 배터리의 전압(Usys)이 기 설정된 임계 전압(Ulim) 이상인지를 나타내는 디지털 신호를 출력할 수 있다.
전기 차량을 위한 배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하는 방법은 전력의 지원을 결정하기 위한 단계들(S21~S24)을 더 포함한다. 이에 따라 검출 시스템(1)은 이러한 단계들(S21~S24)을 수행하기 위해, 제２ 결정 유닛(30)을 더 포함할 수 있다.
결정 방법은, 전력의 지원을 결정하기 위해, 배터리의 내부 저항(Rsys)을 결정하는 단계(S23)를 포함한다. 제２ 결정 유닛(30)은 이러한 단계(S23)를 수행하기 위해 내부 저항(Rsys)을 결정하도록 구성된 저항 결정 유닛(resistance determination unit, 32)을 포함할 수 있다.
그리고, 결정 방법은, 전력의 지원을 결정하기 위해, 결정된 내부 저항(Rsys)을 기 설정된 임계 저항(Rlim)과 비교하고, 내부 저항(Rsys)이 기 설정된 임계 저항(Rlim) 이하인지를 결정하는 단계(S24)를 더 포함한다. 이에 따라 제２ 결정 유닛(30)은 이러한 단계(S24)를 수행하기 위해, 제２ 비교기 유닛(34)을 더 포함한다.
예를 들어, 제２ 비교기 유닛(34)은 저항 결정 유닛(32)으로부터 저항 결정 유닛(32)에 의해 결정된 내부 저항(Rsys)을 나타내는 아날로그 입력 신호를 수신할 수 있고, 이를 기 설정된 임계 저항(Rlim)과 비교할 수 있다. 그리고, 비교 결과 내부 저항(Rsys)이 기 설정된 임계 저항(Rlim) 이하인지를 나타내는 디지털 신호를 출력할 수 있다.
배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하는 방법은, 측정된 전압(Usys)이 기 설정된 임계 전압(Ulim) 이상이고 결정된 내부 저항(Rsys)이 기 설정된 임계 저항(Rlim) 이하이면, 전기 차량의 배터리의 에너지 함량 및 전력이 지원되는 것으로 결정하는 단계(S31)를 더 포함할 수 있다. 이러한 단계(S31)를 수행하기 위해, 검출 시스템(1)은 논리 유닛(50)을 더 포함할 수 있다. 논리 유닛(50)은 측정된 전압(Usys)이 기 설정된 임계 전압(Ulim) 이상인 조건과, 저항(Rsys)이 기 설정된 임계 저항(Rlim) 이하인 조건이 모두 충족되면, 두 조건이 모두 충족됨을 지시하는 디지털 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
전술한 결정 방법 및 이를 수행하는 검출 시스템(1)은, 관련된 파라미터의 측정 및 결정 이외에, 에너지 함량 또는 전력의 지원을 결정하기 위해 간단한 수학적 연산만이 사용된다는 이점을 갖는다. 각 임계 값(임계 전압(Ulim), 임계 저항(Rlim))을 이용한 비교 단계는, 간단한 수학적 연산들을 통해 오류를 보다 간단하게 추정할 수 있기 때문에, 입력 파라미터들이 ASIL B 품질로 측정될 수 있으며, 결과적으로, 셀 모델로는 달성될 수 없는 ASIL B 요구 사항에서 검증된다.
결정 방법은, 측정된 배터리의 전압(Usys)이 기 설정된 임계 전압(Ulim)보다 작거나 결정된 내부 저항(Rsys)이 기 설정된 임계 저항(Rlim)보다 더 크면, 전기 차량의 배터리의 에너지 함량 및 전력이 지원되지 않는 것으로 결정하는 단계(S32)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 검출 시스템(1)의 논리 유닛(50)은 AND-논리 유닛일 수 있다. 논리 유닛(50)으로 입력되는 입력 신호들은, 후술하는 바와 같이, 동기적으로 수신되지 않고 순차적인 시간 순서로 수신될 수 있다. 따라서, 논리 유닛(50)은 다른 입력 신호가 수신될 때까지 먼저 수신된 입력 신호를 저장하기 위한 내부 스토리지를 포함할 수 있다. 그리고, 논리 유닛(50)은, 이러한 시간 지연 후에 즉, 모든 입력 신호들이 수신되기까지 대기한 후에 전술한 바와 같이 전기 차량의 배터리의 에너지 함량 및 전력이 지원되는지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다.
전술한 결정 방법에서 배터리 전압(Usys)을 측정하는 단계는, 배터리의 배터리 전압(Usys)(출력 전압)이 일정한 전압을 유지하도록 제어되지 않는 휴지 기간 동안 수행될 수 있다(도 2 참조).
일반적으로, 배터리 전압(Usys)은, 일정한 전압으로 고정된 출력을 내기 위해 특정 레벨로 유지되도록, 예를 들어 전기 차량의 제어 루프에 의해, 제어될 수 있다. 그러나, 배터리의 실제 배터리 전압 또는 실제 개방 루프 전압은 감소할 수 있다. 예를 들어, 배터리의 출력 전압이 48V이더라도, 배터리의 개방 루프 전압은 42V 또는 43V로 낮아질 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되지는 않는다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 휴지 기간(ΔTpause) 내에서, 배터리 전압(Usys)은 배터리의 실제 전압으로 완화 또는 수렵한다. 따라서, 휴지 기간(ΔTpause) 내에서는 배터리의 실제 전압(또는 개방 루프 전압)이 측정될 수 있다. 휴지 기간(ΔTpause)은, 예를 들어 10 분의 빈도로 주기적으로 제공될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되지는 않는다. 이러한 휴지 기간(ΔTpause)의 빈도는, 전기 차량의 제어 유닛에 의해 부여될 수 있다. 도 2에서, 초기 구간은 차량에 의해 제어되는 정전압 영역을 나타낸다. 이후, 휴지 기간(ΔTpause)이 되면, 배터리의 전압(Usys)은 개방 루프 전압으로 점차적으로 완화된다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 측정 시점(tmeas)은 휴지 기간(ΔTpause) 내에 있으며, 배터리 전압이 완화 및/또는 포화된 시점에 해당한다.
전술한 결정 방법의 배터리 전압(Usys)을 측정하는 단계(S11)는, 배터리 전류(Isys)가 제로 레벨인 임계 전류(Ilim) 미만으로 유지되도록 제어되는 휴지 기간(ΔTpause) 내에서 수행될 수도 있다. 휴지 기간(ΔTpause)에서는, 배터리 부하가 감소하며 전압(Usys) 측정의 정밀도가 향상될 수 있다. 배터리의 전류 제어는 전기 차량의 전류 제어 유닛(44)에 의해 작동될 수 있다. 제로 레벨 임계 전류는, 예를 들어 100mA 이하일 수 있지만, 본 발명이 이에 제한되지는 않는다. 도 2를 참조하면, 배터리 전류(Isys)는 휴지 기간(ΔTpause) 전체에 걸쳐 제로 레벨인 임계 전류(Ilim) 아래로 유지되며, 따라서 전압 측정의 정확성이 향상된다.
도 2를 참조하면, 배터리 전압(Usys)을 측정하는 단계(S11)는, 휴지 기간(ΔTpause) 내에 있는 측정 시점(tmeas)에서 배터리 전압(Usys)을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서. 측정 시점(tmeas)은 휴지 기간(ΔTpause)의 시작 시점을 기준으로, 배터리의 완화 시간(Trel1)이 경과한 시점 또는 그 이후에 위치할 수 있다. 이에 따라, 배터리 전압(Usys)이 충분히 포화되어 전압 측정의 정밀도가 향상된다. 도 2의 예시적인 실시 예에서, 휴지 기간(ΔTpause)의 시작 시점을 기준으로 하는 측정 시점(tmeas)까지의 대기 시간은, 완화 시간(Trel1)보다 길지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 다른 실시 예에서는, 휴지 기간(ΔTpause)의 시작 시점을 기준으로 측정 시점(tmeas)까지의 대기 시간이 완화 시간(Trel1)과 서로 동일할 수 있다. 완화 시간은 예를 들어, 90 초일 수 있지만, 본 발명이 이에 제한되지는 않는다. 완화 시간은 예를 들어, 130 초 또는 170 초, 또는 심지어 200 초 이상일 수도 있다.
전압 측정 유닛(12)은 전술한 실시 예들에 따라 배터리 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.
전술한 결정 방법은, 전력의 지원을 결정하기 위해, 도 1a에 도시된 실시 예에서와 같이, 배터리(또는 그 주변 환경)의 온도(Tsys)를 측정하는 단계(S21), 및 측정된 온도(Tsys)에 대응하여 임계 저항(Rlim)을 결정하는 단계(S22)를 더 포함할 수 있다. 따라서 검출 시스템(1)은 이러한 단계들(S21, S22)을 수행하기 위해, 온도 측정 유닛(38)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 임계 저항(Rlim)은 온도에 따라 적절한 값이 선택될 수 있고, 이로 인해 검출 시스템(1)은 다양한 온도 조건에서 동작할 수 있다. 제２ 비교기 유닛(34)은 측정된 온도(Tsys)에 대응하는 임계 저항(Rlim)을 수신하도록 구성될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 임계 저항(Rlim)을 결정하는 단계(S22)가, 측정된 온도(Tsys)에 대응하여 임계 저항(Rlim)을 룩업 테이블(look-up table)(LUT, 36)로부터 선택하는 단계를 포함할 수도 있다. 룩업 테이블(36)은 온도 값들에 따라 다르게 설정된 임계 저항들(Rlim)을 포함하도록 설정될 수 있다.
다른 실시 예에서, 배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하는 방법은, 도 1a에 명시적으로 도시되지는 않았지만, 측정 온도(Tsys)가 최소 임계 온도보다 높은지를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 따라서, 검출 시스템(1)은 이를 수행하기 위해, 온도 측정 유닛(38)과 연결된 온도 비교기 유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 온도 비교기 유닛은 측정된 온도(Tsys)가 최소 임계 온도보다 높은지를 결정하도록 구성된다. 이러한 온도 조건이 충족되는 경우에만, 검출 시스템(1)은 전술한 배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하는 방법을 수행하도록 작동될 수 있다. 온도가 너무 낮은 경우(예를 들어, 약 3℃, 4℃ 또는 5 ℃인 경우이나, 본 발명이 이에 제한되지는 않는다), 휴지 기간에서 배터리의 완화 시간이 매우 길어질 수 있고, 이로 인해 전압 측정의 정밀도가 감소될 수 있다. 따라서, 실제 온도가 최소 임계 온도보다 더 높은지 결정하는 단계를 수행하여, 내부 저항 또는 배터리 전압의 측정 정밀도를 확보할 수 있다.
다른 실시 예에서, 결정 방법은, 전력의 지원을 결정하기 위해, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 미리 정의된 테스트 시간(ΔTtest) 동안 배터리에 테스트 전류(Itest)를 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 따라서, 검출 시스템(1)은, 이러한 단계를 수행하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 전기 차량의 전류 제어 유닛(44)을 포함할 수 있다. 도 3에서는, 테스트 전류(Itest)가 배터리의 전압 강하를 야기하는 방전 전류인 경우를 예시로서 도시하였지만, 본 발명이 이에 제한되지 않는다. 테스트 전류(Itest)는 충전 전류(Itest)일 수도 있다(아래 설명 참조).
결정 방법은, 전력의 지원을 결정하기 위해, 전압 측정 유닛(12)에 의해 전압 변화(ΔUsys)를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 전압 변화(ΔUsys)는 테스트 시간(ΔTtest)의 시작 시점(제1 측정 시점(tmeas1))에서 측정된 배터리의 전압과 테스트 시간(ΔTtest)의 종료 시점(제2 측정 시점(tmeas2))에서 측정된 배터리의 전압 사이의 차이에 해당한다. 이러한, 전압 변화(ΔUsys) 및 테스트 전류(Itest)는, 저항 결정 유닛(32)의 제수 유닛(divisor unit, 42)에 입력으로서 연속적으로 공급된다(도 1b 참조).
전술한 결정 방법에서 내부 저항을 결정하는 단계(S23)는, 위와 같이 측정된 전압 변화(ΔUsys)를 테스트 전류(Itest)를 통해 나눔으로써 내부 저항(Rsys)을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 내부 저항 결정 방법를 수식으로 표현하면, 내부 저항(Rsys)은 Rsys = ΔUsys /Itest로 나타내진다. 전술한 나눗셈을 수행하도록 구성된 제수 유닛(42)은, 결정된 내부 저항(Rsys)을 나타내는 신호를 제２ 비교기 유닛(34)에 입력으로 제공할 수 있다. 제수 유닛(42)은 또한, 방전 전류 또는 충전 전류인 테스트 전류(Itest)가 사용되는 때, 전류의 방향과 상관 없이 양(positive)의 값인 내부 저항을 산출하기 위해, ΔUsys = |Usys(tmeas1)- Usys(tmeas2)|를 취함으로써 부호를 계산할 수 있다. 테스트 시간(ΔTtest)은 완화 시간(Trel2)과 동일하거나 더 길 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되지 않으며, 테스트 시간(ΔTtest)은 완화 시간과 상이할 수 있다. 예를 들어, 테스트 시간(ΔTtest)은 완화 시간보다 더 길 수 있다.
시간 순서 상, 동일한 휴지 기간(ΔTpause) 내에서 전력의 지원을 결정하기 위해 내부 저항(Rsys)을 임계 저항(Rlim)과 비교하는 단계(S24)는, 에너지 함량의 지원을 결정하기 위해 배터리의 전압(Usys)을 임계 전압(Ulim)과 비교하는 단계(S12) 이후에 수행될 수 있다. 테스트 시간의 시작(tmeas1) 시에 측정된 전압은, 결과적으로 완화 시간(Trel1) 또는 그 이후, 또는 측정 시점(tmeas)에서의 배터리 전압(Usys)과 동일할 수 있다.
전술한 실시 예들에 따르면, 배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하는 방법, 및 이를 수행하는 검출 시스템(1)은, 에너지 함량 및 전력의 지원이 각각 충족되는지를 결정 또는 검증하기 위해 간단한 수학 연산들만을 사용한다는 이점을 갖는다. 특히 비교기와 간단한 논리 연산자들을 사용하여 결정 또는 검증 작업 수행될 수 있다. 이 때 필요한 모든 입력 파라미터(예를 들어, 온도, 전압 또는 셀 전압, 전류, 시간, 임계 저항들의 사전 측정치)들은 ASIL B 표준에 따라 수행될 수 있으며, 결과적으로 에너지 함량 및 전력에 대한 지원 검증은 기본 원칙에 따라 ASIL B 품질을 충족시킬 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같은, 제1 및 제２ 결정 유닛(10, 30)에 대응하는 측정 요소들, 온도 측정 유닛(38), 전류 제어 유닛(44), 전압 측정 유닛(12), 및 온도 비교 유닛의 포지셔닝은 단지 예시일 뿐이며, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 포지셔닝은 뒤바뀌거나 교환될 수 있다. 예를 들어, 측정 유닛들이 외부에 있을 수도 있다. 도 1b에서 각 구성 요소의 포지셔닝은 당업자가 쉽게 식별할 수 있도록 개략적으로 도시된다.
명시적으로 도시되지 않은 본 발명의 다른 양태에서는, 전기 차량이 개시되는데, 전기 차량은 전술한 다양한 실시 예들에서 설명된 바와 같은 검출 시스템(1)을 포함한다.
1: 검출 시스템
10: 제1 결정 유닛
12: 전압 측정 유닛
14: 제1 비교기
30: 제2 결정 유닛
32: 저항 결정 유닛
34: 제2 비교기
36: 룩업 테이블
38: 온도 측정 유닛
42: 제수 유닛
44: 전류 제어 유닛
50: 논리 유닛
Usys: 배터리 전압
Ulim: 임계 전압
Δ Usys: 전압 변화
Isys: 배터리 전류
Ilim: 제로 레벨 임계 전류
Itest: 테스트 전류
Tsys: 온도
ΔTpause: 휴지 기간
tmeas: 측정 시점
Trel1: 완화 시간
Rsys: 내부 저항
Rlim: 임계 저항
ΔTtest: 테스트 시간
tmeas1: 제1 측정 시점
tmeas2: 제2 측정 시점
Trel2: 완화 시간

Claims (15)

  1. 전기 차량을 위한 배터리의 에너지 함량(energy content) 및 전력의 지원을 결정하는 방법으로서,
    상기 배터리의 전압을 측정하는 단계,
    상기 에너지 함량의 지원을 결정하기 위해, 상기 전압을 기 설정된 임계 전압과 비교하고, 상기 전압이 상기 임계 전압 이상인지를 결정하는 단계,
    상기 배터리의 내부 저항을 결정하는 단계,
    상기 전력의 지원을 결정하기 위해, 상기 내부 저항을 기 설정된 임계 저항과 비교하고, 상기 내부 저항이 상기 임계 저항 이하인지를 결정하는 단계, 및
    상기 전압이 상기 임계 전압 이상이고 상기 내부 저항이 상기 임계 저항 이하이면, 상기 에너지 함량 및 상기 전력이 지원되는 것으로 결정하는 단계를 포함하는, 결정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압이 상기 임계 전압 미만이거나, 상기 내부 저항이 상기 임계 저항보다 크면, 상기 에너지 함량 및 상기 전력이 지원되지 않는 것으로 결정하는 단계를 더 포함하는, 결정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전압을 측정하는 단계는, 상기 배터리의 출력 전압이 일정한 전압으로 유지되도록 제어되지 않는 휴지 기간 내에 수행되는, 결정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전압을 측정하는 단계는, 상기 배터리 전류가 임계 전류 미만으로 유지되도록 제어되는 휴지 기간 내에서 수행되는, 결정 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 전압을 측정하는 단계는, 상기 휴지 기간 내에 있는 측정 시점에서 상기 전압을 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 측정 시점은 상기 휴지 기간의 시작 시점을 기준으로, 상기 배터리의 완화 시간이 경과한 시점 또는 상기 완화 시간이 경과한 이후에 위치하는, 결정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 온도를 측정하는 단계, 및
    상기 온도에 대응하여 상기 임계 저항을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 임계 저항을 결정하는 단계는, 룩업 테이블로부터 상기 온도에 대응하여 상기 임계 저항을 선택하는 단계를 포함하고,
    상기 룩업 테이블은 온도 값에 따라 다르게 설정된 임계 저항들을 포함하는, 결정 방법
  8. 제6항에 있어서,
    상기 온도가 최소 임계 온도보다 높은지를 결정하는 단계를 더 포함하는, 결정 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 내부 저항을 결정하는 단계는,
    미리 정의된 테스트 시간 동안 상기 배터리에 테스트 전류를 발생시키는 단계,
    상기 테스트 전류에 의한 전압 변화를 결정하는 단계, 및
    상기 전압 변화를 상기 테스트 전류로 나누어 상기 내부 저항을 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 전압 변화는은, 상기 테스트 시간의 시작 시 측정된 상기 배터리의 전압과 상기 테스트 시간의 종료 시 측정된 상기 배터리의 전압 사이의 차이인, 결정 방법
  10. 전기 차량을 위한 배터리의 에너지 함량 및 전력의 지원을 결정하기 위한 검출 시스템으로서,
    상기 에너지 함량의 지원을 결정하기 위한 것으로서, 상기 배터리의 전압을 측정하도록 구성된 측정 유닛, 및 상기 전압을 기 설정된 임계 전압과 비교하고, 상기 전압이 상기 임계 전압 이상인지를 결정하도록 구성된 제1 비교기 유닛을 포함하는, 제1 결정 유닛,
    상기 전력의 지원을 결정하기 위한 것으로서, 상기 배터리의 내부 저항을 결정하도록 구성된 저항 결정 유닛, 및 상기 내부 저항을 기 설정된 임계 저항과 비교하고 상기 내부 저항이 상기 임계 저항 이하인지를 결정하도록 구성된 제２ 비교기 유닛을 포함하는 제２ 결정 유닛, 그리고
    상기 전압이 상기 임계 전압 이상이고 상기 내부 저항이 상기 임계 저항 이하이면, 상기 에너지 함량 및 상기 전력이 지원되는 것으로 결정하도록 구성된 논리 유닛을 포함하는 검출 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 논리 유닛은, 상기 전압이 상기 임계 전압 보다 작거나, 상기 내부 저항이 상기 임계 저항보다 크면, 상기 에너지 함량 및 상기 전력이 지원되지 않는 것으로 결정하도록 구성된, 검출 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 결정 유닛은, 상기 전압이 일정 전압을 유지하도록 제어되지 않는 휴지 기간 동안 상기 전압을 결정하도록 구성된, 검출 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 결정 유닛은, 상기 휴지 기간 내에 있는 측정 시점에서 상기 전압을 결정하도록 구성되고, 상기 측정 시점은 상기 휴지 기간의 시작 시점을 기준으로 상기 배터리의 완화 시간이 경과한 시점 또는 상기 완화 시간이 경과한 이후의 시점인, 검출 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 결정 유닛은, 상기 배터리의 전류가 임계 전류 이하로 유지되는 휴지 기간 내에 있는 측정 시점에서 상기 전압을 결정하도록 구성된, 검출 시스템.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 검출 시스템을 포함하는 전기 차량.
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