KR20210133445A - 재사용 배터리 노화측정 시스템 - Google Patents

재사용 배터리 노화측정 시스템 Download PDF

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Abstract

경제성이 개선되도록, 본 발명은 복수개의 재사용 배터리가 선택적으로 보관되는 운송컨테이너; 각 상기 재사용 배터리에 각각 개별적으로 전원 연결되되 각 상기 재사용 배터리가 선택적으로 상호 병렬 연결되도록 절환되는 복수개의 직병렬전환접속모듈과, 각 상기 직병렬전환접속모듈을 절환 구동하도록 각 상기 직병렬전환접속모듈에 연결되는 전원절환부를 포함하는 복수개의 입출력모듈부; 각 상기 입출력모듈부에 전원 연결되며 각 상기 재사용 배터리에 노화측정을 위한 전원을 충방전하도록 구비되는 전원공급부; 상기 전원공급부에 회로 연결되며 상기 전원절환부에 통신 연결되되, 각 상기 입출력모듈부에 연결된 각 상기 재사용 배터리 간의 전위차가 평준화되도록 상기 전원절환부에 병렬연결신호를 선택적으로 인가하며, 각 상기 재사용 배터리에 전원을 충방전하도록 제어하는 제어부; 및 상기 입출력모듈부에 연결된 각 상기 재사용 배터리의 충방전의 반복 수행을 통해 전압을 측정하고, 측정된 각 상기 재사용 배터리의 전압을 기반으로 총 에너지 저장량을 산출하는 노화측정부를 포함하는 재사용 배터리 노화측정 시스템을 제공한다.

Description

재사용 배터리 노화측정 시스템{system for state of health assessment of reuse battery}
본 발명은 재사용 배터리 노화측정 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경제성이 개선되는 재사용 배터리 노화측정 시스템에 관한 것이다.
최근 전기자동차의 확산과 함께 1차 사용이 완료된 전기차의 배터리팩의 재활용을 위한 기술이 활발히 연구되고 있다.
여기서, 전기차 배터리팩의 원활한 재활용을 위하여는 1차 사용이 완료된 배터리팩의 건강상태를 적절히 진단하여 그 잔존 가치를 과학적으로 예측하여 알맞은 응용 분야에 제공하여 재활용하도록 하는 것이 매우 중요하다.
상세히, 전기자동차에서 사용이 완료된 배터리팩은 전기에너지를 충전하고 방전하는 총용량이 신규 배터리팩에 비교하여 줄어들지만, 여전히 많은 분야에서 안전하게 사용할 수 있는 만큼의 에너지 저장성능을 보유하고 있다. 이때, 재활용하고자 하는 배터리팩 내부에 저장 가능한 총 에너지 저장량을 측정하여 그 배터리의 활용도를 적절히 수치화하는 기술이 요구된다.
이때, 배터리의 총 에너지 저장량을 측정하는 방법에는 2가지 정도가 통상적으로 사용되고 있다.
첫 번째로는, 가장 보편적인 OCV 방법으로, 개방회로전압(Open Circuit Voltage, OCV)과 배터리의 충전상태(State of Charge, SOC)와의 상관관계를 이용하여 측정하는 방법이 있다. 여기서, OCV와 SOC의 상관 관계를 기록한 테이블이나 그래프는 배터리 생산업체에서 출하시 제공하고 있다. 이 방법은 비교적 간단한 방법이지만, 배터리가 노화되기 전인 비교적 건강한 상태이고 정확한 OCV 값을 측정한다면 그 측정정밀도가 우수하다. 다만, OCV를 정확히 측정하려면 긴 시간동안 배터리를 개방회로(Open Circuit) 상태로 안정시킨 후에 전압을 측정하여야 하므로, 실시간으로 사용하려면, 측정 정밀도가 상당히 낮을 수밖에 없다.
두 번째 방법은, 전류 적산법(Coulomb Counting Method)으로서, 배터리가 완충된 상태에서 사용되는 전류량을 계속 측정하여 적분한 뒤, 배터리 회사가 제공하는 총 에너지 저장량으로 나누어 SOC를 산출하는 방법이다. 실제로 사용하는 전류량을 적분하므로 사용된 에너지량을 측정하는 것을 비교적 정확하지만, 배터리 생산업체가 제공하는 총 에너지 저장량이 배터리의 노후에 따라 줄어들게 되므로, 배터리의 노후화를 적절히 측정하지 않으면 사용한 전기에너지량 대비 남아 있는 전기에너지량을 예측하는 것이 부정확하게 되는 단점이 있다. 전류 적산법을 사용할 때, 배터리의 총 에너지 저장량을 자주 측정하여 업데이트를 하게 되면 그 정확도를 높일 수 있으나, 실제 사용하고 있는 배터리에 대해 총 에너지 량을 측정하기 위하여는 최소 4~5시간 정도의 시간이 걸리므로 현실적으로 매우 힘든 일이 된다.
이와 같이, 종래 기술에 따른 배터리의 상태를 모니터링하는 방법은 많은 시간이 소요되어 실시간으로 사용되는 자동차에는 적합하지 않으면 비교적 짧은 시간내에 배터리의 상태를 측정할 수 있는 방법의 개발이 필요하다.
한편, 재사용 배터리를 대량으로 이송하기 위해 차량에 탑재되는 컨테이너가 연구 및 개발되고 있다. 여기서, 컨테이너에 재사용 배터리를 적재한 후 재사용 배터리의 배터리의 노후화를 검사하기 위한 장소로 이송되었다.
그러나, 종래의 컨테이너에는 재사용 배터리의 관리를 위한 냉각 기능이 구비되지 않아 재사용 배터리의 이상 발생으로 인한 폭발시 대응하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 재사용 배터리를 컨테이너에 적재한 후 노후화를 검사하기 위한 장소로 이송된 이후에야 노후화 검사가 진행되므로 운송 및 검사에 소요되는 총 시간이 길어 경제성이 저하되는 문제점이 있었다.
한국 등록특허 제10-2051009호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 경제성이 개선되는 재사용 배터리 노화측정 시스템을 제공하는 것을 해결과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 복수개의 재사용 배터리가 선택적으로 보관되는 운송컨테이너; 각 상기 재사용 배터리에 각각 개별적으로 전원 연결되되 각 상기 재사용 배터리가 선택적으로 상호 병렬 연결되도록 절환되는 복수개의 직병렬전환접속모듈과, 각 상기 직병렬전환접속모듈을 절환 구동하도록 각 상기 직병렬전환접속모듈에 연결되는 전원절환부를 포함하는 복수개의 입출력모듈부; 각 상기 입출력모듈부에 전원 연결되며 각 상기 재사용 배터리에 노화측정을 위한 전원을 충방전하도록 구비되는 전원공급부; 상기 전원공급부에 회로 연결되며 상기 전원절환부에 통신 연결되되, 각 상기 입출력모듈부에 연결된 각 상기 재사용 배터리 간의 전위차가 평준화되도록 상기 전원절환부에 병렬연결신호를 선택적으로 인가하며, 각 상기 재사용 배터리에 전원을 충방전하도록 제어하는 제어부; 및 상기 입출력모듈부에 연결된 각 상기 재사용 배터리의 충방전의 반복 수행을 통해 전압을 측정하고, 측정된 각 상기 재사용 배터리의 전압을 기반으로 총 에너지 저장량을 산출하는 노화측정부를 포함하는 재사용 배터리 노화측정 시스템을 제공한다.
상기의 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 1차 사용이 완료되어 운송컨테이너 내부에서 운송중인 재사용 배터리의 충방전 반복 수행을 통해 측정된 전압으로 총 에너지 저장량을 산출하여 노화상태를 판별하므로 재사용 배터리를 운송하는 시간을 재사용 가능한 배터리를 검사 및 선별하는 시간으로 사용하여 소요되는 총 시간이 최소화되므로 경제성이 현저히 개선될 수 있다.
둘째, 복수개의 재사용 배터리의 전위차를 평준화하도록 제어부가 전원절환부에 병렬연결신호를 인가하고 전원공급부를 충전 또는 방전 제어하여 초기잔량이 기설정범위로 설정된 후 측정되는 재사용 배터리의 개방회로전압을 통해 배터리충전상태를 산출하므로 배터리 노화측정의 정확도가 현저히 개선될 수 있다.
셋째, 제어부가 전원절환부에 병렬연결신호를 인가하여 각 재사용 배터리 간의 전위차가 평준화되는 동안의 개방회로전압을 노화측정부가 측정한 후 각 재사용 배터리 간의 전위차가 평준화된 시점에 측정된 개방회로전압에 대한 특성 곡선의 기울기를 통해 배터리충전상태를 1차 산출하므로 측정정밀도가 개선될 수 있다.
넷째, 병렬 연결된 각 재사용 배터리 간의 전위차가 기설정범위로 평준화되면 제어부가 전원절환부에 직렬연결신호를 인가한 상태에서 노화측정부가 전원공급부의 충전 및 방전 실행에 따라 각 재사용 배터리의 전압을 순차적으로 개별 측정하여 각 재사용 배터리별 노화상태 판별이 상호 독립적으로 수행되어 검사정밀성이 현저히 개선될 수 있다.
다섯째, 전위차가 상호 병렬 평준화된 각 재사용 배터리의 초기잔량이 기설정범위로 설정되도록 각 재사용 배터리에 전원이 충전 또는 방전된 후 배터리의 노화가 측정되므로 배터리 노화 측정을 정확하게 실시하면서도 운송컨테이너에 적재된 재사용 배터리들의 총에너지량을 낮춰 운송시 안전성이 현저히 개선될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 재사용 배터리 노화측정 시스템을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 재사용 배터리 노화측정 시스템을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 재사용 배터리 노화측정 시스템에서 입출력모듈부를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 재사용 배터리 노화측정 시스템에서 제어부가 전원절환부에 병렬연결신호를 인가하여 각 재사용 배터리 간의 전위차가 평준화되는 동안 측정되는 개방회로전압을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 재사용 배터리 노화측정 시스템에서 재사용 배터리의 총 에너지 저장량 산출 방법을 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 재사용 배터리 노화측정 시스템을 상세히 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 재사용 배터리 노화측정 시스템을 나타낸 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 재사용 배터리 노화측정 시스템을 나타낸 블록도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 재사용 배터리 노화측정 시스템에서 입출력모듈부를 나타낸 예시도이다. 그리고, 도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 재사용 배터리 노화측정 시스템에서 제어부가 전원절환부에 병렬연결신호를 인가하여 각 재사용 배터리 간의 전위차가 평준화되는 동안 측정되는 개방회로전압을 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 재사용 배터리 노화측정 시스템에서 재사용 배터리의 총 에너지 저장량 산출 방법을 나타낸 그래프이다.
여기서, 재사용 배터리는 납축전지, 니켈카드뮴전지, 리튬폴리머전지, 리튬이온전지, 니켈수소전지 등과 같은 전자의 충전이 가능한 2차 전지를 포함한다. 또한, 상기 재사용 배터리는 배터리팩, 배터리모듈 및 배터리셀을 포괄하는 개념으로 사용됨으로 이해함이 바람직하다. 이때, 배터리모듈 또는 배터리셀은 배터리팩을 언로딩한 상태에서 사용될 수 있다.
그리고, 본 발명의 재사용 배터리 노화측정 시스템은 전기차 등에서 1차 사용이 완료된 배터리의 재활용을 위해 배터리를 운송함과 동시에 배터리의 건강상태를 검사하여 총 에너지 저장량을 산출한 후 재활용 가능한 재사용 배터리를 선별하기 위한 시스템이다.
또한, 본 발명의 재사용 배터리 노화측정 시스템은 1차 사용이 완료된 후 회수되는 배터리를 운반하는 컨테이너에 온도 조절 기능이 구비되어 배터리의 안전한 운송을 보장할 수 있다.
도 1a 내지 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 재사용 배터리 노화측정 시스템(200)은 운송컨테이너(110), 입출력모듈부(120), 전원공급부(130), 제어부(140), 노화측정부(150)를 포함한다.
여기서, 상기 운송컨테이너(110)는 도 1a에 도시된 바와 같이 차량 운전석(111)의 후방에 연결된 상태에서 사용될 수 있으며, 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 운전석(111)으로부터 분리된 상태에서도 사용될 수 있도록 구비된다.
상세히, 상기 운송컨테이너(110)는 복수개의 재사용 배터리(1)가 선택적으로 보관되도록 내부에 수용공간이 형성된다. 여기서, 상기 운송컨테이너(110)는 내부에 상기 수용공간이 형성되는 몸체와, 상기 몸체에 연결되되 상기 수용공간이 선택적으로 개방되도록 구비되는 도어를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 일실시예에서 상기 운송컨테이너(110)가 화물차량에 구비되는 경우를 예로써 도시 및 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 각 상기 재사용 배터리(1)는 복수개로 구비되어 종방향, 횡방향 및 높이방향을 따라 상기 운송컨테이너(110)의 내부에 적재될 수 있다. 또한, 각 상기 재사용 배터리(1)는 상기 수용공간에 정렬 배치되되 고정수단(112)에 의해 선택적으로 고정될 수 있다.
이때, 상기 고정수단(112)은 상기 운송컨테이너(110)의 내부에 각 상기 재사용 배터리(1)가 보관되도록 ㄱ자 단면 형상의 복수개의 바(bar)로서 구비될 수 있다. 또한, 각 상기 고정수단(112)은 종방향, 횡방향 및 높이방향을 따라 상기 운송컨테이너(110)의 내부에 적재되는 각 상기 재사용 배터리(1)의 테두리가 배치되는 영역에 상호 이격되며 배치될 수 있다. 또한, 경우에 따라 상기 운송컨테이너(110)의 내부에는 상기 운송컨테이너(110)의 운송시 외부로부터의 충격이 흡수되도록 충격흡수수단(미도시)이 더 구비될 수도 있다.
한편, 상기 입출력모듈부(120)는 각 상기 재사용 배터리(1)에 각각 개별적으로 전원 연결되되 각 상기 재사용 배터리(1)가 선택적으로 상호 병렬 연결되도록 절환되는 복수개의 직병렬전환접속모듈(121)과, 상기 직병렬전환접속모듈(121)을 절환 구동하도록 각 상기 직병렬전환접속모듈(121)에 연결되는 전원절환부(122)를 포함함이 바람직하다.
여기서, 상기 입출력모듈부(120)는 복수개로 구비되어 상기 운송컨테이너(110)의 내부에 배치됨이 바람직하다. 또한, 각 상기 입출력모듈부(120)는 각 상기 재사용 배터리(1)가 케이블을 통해 각각 개별적으로 전원 연결 및 통신 연결되도록 일단에 각 상기 재사용 배터리(1)의 접속단에 대응되는 형상의 접속단자가 구비됨이 바람직하다.
그리고, 각 상기 재사용 배터리(1)가 각 상기 입출력모듈부(120)의 접속단자에 접속되면 각 상기 재사용 배터리(1)가 각 상기 직병렬전환접속모듈(121)에 전기적으로 연결됨이 바람직하다. 이때, 각 상기 직병렬전환접속모듈(121)은 각 상기 재사용 배터리(1)에 선택적으로 전기적으로 연결되며, 상기 전원공급부(130)에 각각 직렬연결케이블(128b)을 통해 전기적으로 연결되고, 상기 전원절환부(122)에 회로 연결됨이 바람직하다.
여기서, 상기 입출력모듈부(120) 하나가 상기 재사용 배터리(1) 하나에 연결되되, 하나의 상기 입출력모듈부(120) 내부에 복수개의 상기 직병렬전환접속모듈(121)이 배치되고 하나의 전원절환부(122)가 배치됨으로 이해함이 바람직하다. 이러한 상기 입출력모듈부(120)가 복수개로 구비되어 복수개의 각 상기 재사용 배터리(1)에 각각 연결됨으로 이해함이 바람직하다.
그리고, 상기 입출력모듈부(120) 중 어느 하나의 내부에 배치된 상기 직병렬전환접속모듈(121)은 상기 입출력모듈부(120) 중 다른 하나의 내부에 배치된 상기 직병렬전환접속모듈(121)과 병렬연결케이블(128a)을 통해 병렬로 연결됨이 바람직하다. 물론, 경우에 따라 각 상기 직병렬전환접속모듈(121)이 상기 병렬연결케이블(128a) 이외의 수단을 통해 전기적으로 연결될 수도 있다.
여기서, 상기 병렬연결케이블(128a)은 복수개 구비되되. 각 상기 재사용 배터리(1)가 선택적으로 상호 병렬 연결되도록 각 상기 직병렬전환접속모듈(121)에 병렬 전원 연결됨이 바람직하다.
이때, 각 상기 직병렬전환접속모듈(121)은 상기 전원절환부(122)에 연결되어 연결 상태가 직렬 연결 및 병렬 연결 중 어느 하나로 선택적으로 절환될 수 있으며, 각 상기 재사용 배터리(1)에 전원의 충방전을 매개하도록 구비됨이 바람직하다.
그리고, 상기 전원절환부(122)는 각 상기 직병렬전환접속모듈(121)에 연결되어 각 상기 직병렬전환접속모듈(121)을 선택적으로 동시에 절환 구동하며, 상기 제어부(140)에 통신 연결되어 각 상기 재사용 배터리(1)의 전압 및 충방전상태에 대한 데이터를 상기 제어부(140) 및 상기 노화측정부(150)에 전송하도록 구비됨이 바람직하다.
이때, 상기 입출력모듈부(120)는 상기 입출력모듈부(120) 내부에 배치되되 각 상기 직병렬전환접속모듈(121) 및 상기 전원절환부(122) 사이에 각각 연결되며 각 상기 재사용 배터리(1)의 개방회로전압을 측정하는 복수개의 전류센서(123)를 더 포함함이 바람직하다.
또한, 상기 입출력모듈부(120)는 상기 입출력모듈부(120)의 내부에 배치되되 상기 제어부(140)에 통신 연결되며 상기 입출력모듈부(120) 내부의 온도 및 습도 정보를 실시간 측정하도록 구비되는 온습도센서(126)를 더 포함함이 바람직하다. 이때, 상기 온습도센서(126)는 각 상기 전원절환부(122)에 회로 연결될 수도 있으며 각 상기 재사용 배터리(1)의 온도를 측정하도록 상기 재사용 배터리(1)에 구비된 비엠에스부로부터 온도신호를 전송받도록 통신 연결될 수 있다.
그리고, 상기 입출력모듈부(120)는 상기 입출력모듈부(120)의 내부에 배치되되 상기 제어부(140)에 통신 연결되며 상기 재사용 배터리(1) 단자 이탈 및 배터리 충격 등을 감지하도록 구비되는 자이로센서(127)를 더 포함함이 바람직하다. 이때, 상기 온습도센서(126) 및 상기 자이로센서(127)를 통해 측정된 각 데이터가 상기 제어부(140)와 후술되는 디스플레이부(170)로 전송될 수 있다.
여기서, 상기 재사용 배터리 노화측정 시스템(100)은 복수개의 통신용 케이블과 복수개의 전원충방전용 고전압케이블을 포함할 수 있다. 상세히, 상기 입출력모듈부(120)는 각 상기 재사용 배터리(1)와 캔(CAN)통신 연결되도록 상기 전원절환부(122)와 상기 제어부(140) 사이에 각각 연결되는 복수개의 캔통신 입력부(124)를 포함함이 바람직하다. 또한, 상기 입출력모듈부(120)는 상기 전원절환부(122)에서 수집한 상기 전류센서(123)의 측정데이터를 상기 제어부(140)로 전달하도록 상기 전원절환부(122)와 상기 제어부(140) 사이에 각각 연결되는 복수개의 센서 통신 입력부(125)를 포함함이 바람직하다.
이를 통해, 각 상기 재사용 배터리(1)가 각 상기 직병렬전환접속모듈(121) 및 상기 전원절환부(122)를 거쳐 상기 캔통신 입력부(124) 및 상기 센서 통신 입력부(125)를 통해 상기 제어부(140)에 통신 연결되며, 각 상기 직병렬전환접속모듈(121)을 통해 상기 전원공급부(130)에 전원 연결될 수 있다.
한편, 상기 전원공급부(130)는 각 상기 입출력모듈부(120)에 전원 연결되며 각 상기 재사용 배터리(1)에 노화측정을 위한 전원을 충방전하도록 구비되는 공급배터리(132)를 포함함이 바람직하다. 이때, 상기 공급배터리(132)는 배터리팩으로서 구비될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 전원공급부(130)는 상기 공급배터리(132)와 상기 입출력모듈부(120)의 각 상기 직병렬전환접속모듈(121) 사이에 전원 연결되며, 상기 공급배터리(132)의 전원을 각 상기 입출력모듈부(120)를 통해 각 상기 재사용 배터리(1)로 공급하는 직류컨트롤러(131)를 더 포함함이 바람직하다. 이때, 상기 직류컨트롤러(131)와 각 상기 직병렬전환접속모듈(121)가 상기 직렬연결케이블(128b)을 통해 상호 전원 연결됨이 바람직하다. 이를 통해, 상기 공급배터리(132)에 저장된 전원을 배터리 노화측정을 위해 각 상기 재사용 배터리(1)에 충방전하여 각 상기 재사용 배터리(1)의 노화를 측정할 수 있다.
그리고, 상기 전원공급부(130)는 각 상기 입출력모듈부(120)에 전원 연결되되 각 상기 재사용 배터리(1)의 노화측정시 발생하는 방전 전기를 저장하는 버퍼배터리를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 버퍼배터리는 배터리팩으로서 구비될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 상기 버퍼배터리는 상기 직류컨트롤러(131)에 연결될 수 있으며 상기 직렬연결케이블(128b)을 통해 각 상기 재사용 배터리(1)에 전원 연결될 수 있다. 이를 통해, 상기 공급배터리(132)로부터 배터리 노화측정을 위해 각 상기 재사용 배터리(1)에 충전된 전기가 방전됨에 따라 상기 버퍼배터리에 저장된다. 이때, 상기 버퍼배터리는 각 상기 재사용 배터리(1)의 노화측정시 발생하는 방전 전기를 저장하여 후술되는 온도조절장치(160), 디스플레이부(170), 내부카메라(미도시) 등에 전원을 공급하도록 구비된다. 즉, 각 상기 재사용 배터리(1)의 노화 및 저장 가능한 총 에너지 저장량을 측정하는 데 있어서 반드시 필요한 과정인 각 상기 재사용 배터리(1)의 방전 전기를 상기 버퍼배터리에 일시 저장하여 상기 운송컨테이너(110) 내부의 적정온도 유지 기능으로 사용하고, 차량의 운전에 필요한 보조 전원으로 사용하며, 운반트럭이 전기자동차 또는 수소연료전지자동차인 경우에는 구동에너지의 일부를 지원할 수 있도록 하여 전기에너지의 낭비를 최소화할 수 있다.
여기서, 상기 전원공급부(130)는 차량 내부 배터리로서 구비될 수 있으며, 교체형 배터리 세트로서 구비될 수도 있으며, 차량에 구비되는 경우 차량엔진에 동력 연결된 발전기에 연결되어 전원을 공급받을 수도 있다.
그리고, 상기 재사용 배터리 노화측정 시스템(200)은 상기 버퍼배터리에 상기 직류-교류 인버터(162)를 거쳐 전원 연결되어 상기 방전 전기를 공급받아 상기 노화측정부(150)와 상호 독립적으로 구동되며 상기 운송컨테이너(110) 내부의 온도가 기설정범위의 온도로 유지되도록 선택적으로 냉각 및 가열하는 상기 온도조절장치(160)를 더 포함함이 바람직하다.
또한, 상기 온도조절장치(160)는 상기 전원공급부(130)의 버퍼배터리의 출력단에 입력단이 연결되어 상기 버퍼배터리에서 공급되는 고전압 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 직류-교류 인버터(162)를 더 포함함이 바람직하다.
여기서, 상기 온도조절장치(160)는 온도측정부(161), 냉각장치(160b), 히터(160c), 상기 상기 직류-교류 인버터(162) 및 온도제어부를 포함함이 바람직하다. 상세히, 상기 온도측정부(161)는 상기 운송컨테이너(110) 내부의 온도를 직접 측정하는 온도센서로서 구비될 수 있다. 그리고, 상기 온도측정부(161)를 통해 측정된 각 상기 재사용 배터리(1)의 온도데이터가 상기 온도제어부 및 후술되는 디스플레이부(170)로 전송될 수 있다.
그리고, 상기 온도제어부는 상기 온도측정부(161)에서 측정된 상기 운송컨테이너(110) 내부의 온도가 기설정범위의 온도로 유지되도록 상기 냉각장치(160b) 및 상기 히터(160c)를 선택적으로 냉각 및 가열 제어하도록 구비됨이 바람직하다.
또한, 상기 냉각장치(160b)는 상기 운송컨테이너의 내부에 구비되되, 상기 버퍼배터리로부터 상기 직류-교류 인버터(162)를 거쳐 공급되는 전원을 통해 구동됨이 바람직하다. 또한, 상기 히터(160c)는 상기 직류컨트롤러(131)에 전원 연결되어 구동됨이 바람직하다.
여기서, 상기 온도제어부는 상기 온도측정부(161)에서 측정된 상기 운송컨테이너(110) 내부의 온도가 기설정온도를 초과하는 경우 상기 냉각장치(160b)에 구동신호를 인가할 수 있다. 이에 따라, 상기 온도제어부가 상기 온도측정부(161)에서 측정된 상기 운송컨테이너(110) 내부의 온도가 기설정온도를 초과하는 경우 상기 냉각장치(160b)에 구동신호를 인가하여 상기 냉각장치(160b)가 구동됨에 따라 상기 재사용 배터리(1)가 화재 위험으로부터 보호될 수 있다.
또한, 상기 온도제어부가 상기 온도측정부(161)에서 측정된 상기 운송컨테이너(110) 내부의 온도가 기설정온도 미만인 경우 상기 히터(160c)에 구동신호를 인가할 수도 있다. 이에 따라, 겨울 등의 외부저온환경에서 상기 운송컨테이너(110) 내부의 온도가 기설정온도 이상의 온도범위로 유지되어 상기 재사용 배터리(1)가 안전하게 운송될 수 있다.
한편, 상기 재사용 배터리 노화측정 시스템(200)은 상기 운송컨테이너(110) 내부에 배치되어 상기 운송컨테이너(110) 내부에 대한 이미지데이터를 실시간 획득 및 전송하는 내부카메라(미도시)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 내부카메라(미도시)는 상기 운송컨테이너(110)의 내벽면에 장착되어 상하 좌우 방향 전환이 가능하도록 구비될 수 있으며, 후술되는 외부디스플레이부에 상기 이미지데이터를 실시간 전송함이 바람직하다. 이때, 상기 이미지데이터는 상기 운송컨테이너(110) 내부 모습에 대한 이미지데이터와 각 상기 재사용 배터리(1)의 보관 모습에 대한 이미지데이터를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 재사용 배터리 노화측정 시스템(200)은 상기 온도측정부(161)에서 측정된 상기 운송컨테이너(110) 내부의 온도데이터가 표시되는 디스플레이부(170)를 포함할 수 있다. 상세히, 상기 디스플레이부(170)는 상기 운동컨테이너(110) 외부에 배치되는 외부디스플레이부와 상기 운송컨테이너(110) 내부에 배치되는 내부디스플레이부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 외부디스플레이부에는 상기 온도측정부(161)에서 측정된 상기 운송컨테이너(110) 내부의 온도데이터가 표시되며, 상기 내부카메라(미도시)에서 획득되는 상기 이미지데이터가 표시되고, 상기 노화측정부(150)에서 산출된 전압데이터가 표시될 수 있다. 이때, 상기 외부디스플레이부는 차량의 운전석(111) 등에 설치될 수 있다. 또한, 상기 외부디스플레이부에는 조작부(170c)가 더 구비되어 상기 내부카메라(미도시)의 방향 전환을 선택적으로 조절할 수 있다. 그리고, 상기 내부디스플레이부에는 상기 온도측정부(161)에서 측정된 상기 운송컨테이너(110) 내부의 온도데이터가 표시되며, 상기 노화측정부(150)에서 산출된 전압데이터가 표시될 수 있다. 더욱이, 상기 외부디스플레이부 및 상기 내부디스플레이부에는 상기 운송컨테이너(110) 내부의 온도가 기설정온도를 초과하는 경우 상기 온도제어부로부터 전송되는 경고신호가 표시될 수 있다.
한편, 상기 재사용 배터리 노화측정 시스템(200)은 상기 운송컨테이너(110)의 내부에 배치되되 각 상기 재사용 배터리(1) 사이에 인접하게 배치되고 상기 전원절환부(122)에 연결되어 상기 제어부(40)에 의해 제어되며 화재 발생시 급속 냉각용 가스 소화액을 분사하도록 구비되는 소화장치(172)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부(40)는 상기 온습도센서(26)에서 측정된 온도가 안전온도를 초과하는 경우 상기 소화장치(172)를 구동 제어할 수 있으며, 상기 온도측정부(161)에서 측정된 상기 운송컨테이너(110) 내부의 온도가 안전온도를 초과하는 경우 상기 소화장치(172)를 구동 제어할 수도 있다. 이와 동시에, 상기 제어부(40)는 상기 운송컨테이너(110) 내부의 온도가 안전온도를 초과하는 경우 상기 외부디스플레이부에 화재경고신호를 전송할 수 있다.
이에 따라, 각 상개 재사용 배터리(1)의 과열로 인해 상기 운송컨테이너(110) 내부의 온도가 안전온도 초과시 급속 냉각용 가스 소화액이 각 상기 배터리(1)로 자동 분사되어 화재를 초기에 진압할 수 있어 사용안전성이 개선될 수 있다. 물론, 경우에 따라 상기 소화장치(172)는 상기 외부디스플레이부의 조작부(170c)의 수동 조작에 의해 수동으로 구동 제어될 수도 있다.
한편, 상기 제어부(140)는 상기 전원공급부(130)에 회로 연결되며 상기 전원절환부(122)에 통신 연결되되, 각 상기 입출력모듈부(20)에 연결된 각 상기 재사용 배터리(1) 간의 전위차가 평준화되도록 상기 전원절환부(122)에 병렬연결신호를 선택적으로 인가하며, 각 상기 재사용 배터리(1)에 전원을 충방전하도록 제어하도록 구비됨이 바람직하다.
그리고, 상기 노화측정부(150)는 각 상기 입출력모듈부(120)에 연결된 각 상기 재사용 배터리(1)의 충방전의 반복 수행을 통해 전압을 순차적으로 개별 측정하고, 측정된 전압을 기반으로 총 에너지 저장량을 산출함이 바람직하다. 이때, 각 상기 재사용 배터리(1)별 노화상태 측정이 상호 독립적으로 수행됨이 바람직하다.
또한, 상기 재사용 배터리 노화측정 시스템(200)은 상기 노화측정부(150)에서 산출된 총 에너지 저장량 등의 데이터를 블루투스, 와이파이, LET, GPS 무선 통신 방식 중 적어도 어느 하나의 방식을 통해 외부장치로 전송하는 통신부(142)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 노화측정부(150)는 상기 제어부(140)가 상기 전원절환부(122)에 병렬연결신호를 인가하여 각 상기 재사용 배터리(1) 간의 전위차가 평준화되는 동안의 전압을 측정함이 바람직하다. 이때, 상기 제어부(140)가 상기 전원절환부(122)에 병렬연결신호를 인가함에 따라 각 상기 재사용 배터리(1)가 상호간 병렬 연결되어 저장된 전압의 전위차가 평준화됨이 바람직하다.
또한, 상기 노화측정부(150)는 각 상기 재사용 배터리(1) 간의 전위차가 평준화된 시점에 측정된 개방회로전압에 대한 특성 곡선의 기울기를 통해 배터리충전상태를 1차 산출함이 바람직하다.
여기서, 상기 제어부(140)는 전위차가 상호 병렬 평준화된 각 상기 재사용 배터리(1)의 초기잔량이 기설정범위로 설정되도록 각 상기 재사용 배터리에 전원을 충방전 제어함이 바람직하다. 이때, 상기 기설정범위는 30~40%로 설정됨이 바람직하다.
그리고, 상기 제어부(140)는 상기 전원절환부(122)에 병렬연결신호를 인가하여 각 상기 재사용 배터리(1) 간의 전위차가 상기 기설정범위로 평준화되면 상기 전원절환부(122)에 직렬연결신호를 인가함이 바람직하다.
이때, 상기 제어부(140)가 상기 전원절환부(122)에 직렬연결신호를 인가함에 따라 각 상기 재사용 배터리(1)와 상기 전원공급부(130)가 상호간 직렬 연결되어 전원의 충방전이 실행될 수 있다.
여기서, 상기 노화측정부(150)는 상기 전원절환부(122)에 직렬연결신호가 인가된 상태에서 상기 전원공급부(130)의 충전 및 방전 실행에 따라 각 상기 재사용 배터리(1)의 전압을 측정함이 바람직하다.
상세히, 상기 제어부(140)는 각 상기 재사용 배터리(1)에 순차적으로 전원을 개별 충전 및 방전하도록 제어함이 바람직하다. 더불어, 상기 노화측정부(150)는 상기 전원공급부(130)의 충전 및 방전 실행에 따라 각 상기 재사용 배터리(1)의 전압을 순차적으로 개별 측정함이 바람직하다.
이때, 상기 노화측정부(150)는 측정된 전압에 따라 상기 재사용 배터리(1)의 기설정된 개방회로전압-배터리충전상태(OCV-SOC) 특성 곡선에서 배터리충전상태(SOC)를 산출하고, 각 상기 재사용 배터리(1)의 총 에너지 저장량을 순차적으로 개별 산출함이 바람직하다. 이때, 상기 노화측정부(150)는 릴레이 회로로서 구비되어 각 상기 재사용 배터리(1)에 회로 연결될 수 있으며, 이를 통해 각 상기 재사용 배터리(1)별 노화상태 측정이 상호 독립적으로 수행됨이 바람직하다.
상세히, 각각의 재사용 배터리(1)의 총 에너지 저장량을 산출하는 과정을 설명하면, 먼저, 상기 제어부(140)는 상기 전원공급부(130)에 각 상기 재사용 배터리에 제1 충방전과 제2 충방전을 실행하고, 상기 노화측정부(150)는 상기 제1 충방전 직후와 전압 안정기 도달전 사이의 제1 시간 경과 후 상기 재사용 배터리(1)의 개방회로에 따른 제1 전압과, 상기 제2 충방전 직후와 전압 안정기 도달 사이의 상기 제 1시간과 동일한 제 2시간 경과 후 상기 제사용 배터리(1)의 개방회로에 따른 제2 전압을 측정함이 바람직하다.
그리고, 상기 노화측정부(150)는 상기 재사용 배터리(1)의 기설정된 개방회로전압-배터리충전상태(OCV-SOC) 특성 곡선에서 상기 제1 전압에 대한 제1 SOC 값(SOC1)과 상기 제2 전압에 대한 제2 SOC 값(SOC2)을 산출하고, 상기 제1 SOC 값과 상기 제2 SOC 값을 이용하여 상기 재사용 배터리(1)의 총 에너지 저장량을 산출함이 바람직하다.
이때, 상기 제어부(140)는 상기 전원공급부(130)에 충전신호 및 방전신호를 순차적으로 인가하되, 상기 충전신호가 인가되는 시간의 합이 상기 방전신호가 인가되는 시간의 합 미만으로 설정됨이 바람직하다. 이를 통해, 각 상기 배터리(1)에 충전되는 시간을 단축하고 방전되는 시간을 길게 하여 배터리 노화 측정에 소요되는 시간이 현저히 단축되므로 경제성이 개선될 수 있다.
그리고, 상기 재사용 배터리 노화측정 시스템(200)은 측정 시기마다 전압, 충전상태(SOC) 값, 총 에너지 저장량을 데이터로서 저장하는 데이터저장부(41)를 포함함이 바람직하다. 이때, 상기 데이터저장부(41)는 상기 디스플레이부(170)에 회로 연결되어 상기 재사용 배터리(1)의 충전 및 교체 시기를 표시하여 충전 및 교체 시기를 결정하는데 이용할 수 있다.
한편, 이하에서 상기 재사용 배터리 노화측정 시스템(200)을 이용한 재사용 배터리 노화 고속측정 방법을 설명한다.
이러한 재사용 배터리 노화 고속측정 방법은, 각 상기 재사용 배터리(1)의 개방회로전압(OCV,Open Circuit Voltage)을 상기 전류센서(123)를 통해 개별 측정 및 선별하는 단계를 포함함이 바람직하다. 이를 통해, 각 상기 재사용 배터리(1) 를 정상품과, 충전불량상태, 수명한계상태인 것을 1차적으로 선별하여 사용 가능한 각 상기 재사용 배터리(1)를 상기 운송컨테이너(110)에 적재할 수 있다.
그리고, 재사용 배터리 노화 고속측정 방법은, 상기 제어부(140)가 상기 전원절환부(122)에 병렬연결신호를 인가하여 각 상기 입출력모듈부(120)에 접속된 각 상기 재사용 배터리(1) 간의 전위차가 평준화되는 동안의 전압을 측정하는 단계를 포함함이 바람직하다.
여기서, 도 4를 참조하면, 각 상기 재사용 배터리(1) 간의 전위차가 평준화되는 동안의 전압(VOCV)은 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
그리고, 재사용 배터리 노화 고속측정 방법은, 상기 제어부(140)가 상기 전원절환부(122)에 병렬연결신호를 인가하여 각 상기 재사용 배터리 간의 전위차가 평준화되는 도중에, 상기 제어부(140)가 상기 전원절환부(122)에 직렬연결신호를 인가하는 단계를 포함함이 바람직하다.
또한, 재사용 배터리 노화 고속측정 방법은, 상기 제어부(140)가 상기 전원절환부(122)에 직렬연결신호를 인가한 상태에서 상기 노화측정부(150)가 측정된 개방회로전압에 대한 특성 곡선의 기울기를 통해 배터리충전상태를 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 각 상기 재사용 배터리(1)가 상호 병렬 연결된 상태에서는 개방회로전압의 정확도가 떨어지므로, 각 상기 재사용 배터리(1)를 상호 병렬 연결 하여 상호간의 전위차가 평준화되어 가는 도중에 일시적으로 각 상기 재사용 배터리(1) 간의 연결을 직렬로 전환한 후 개방회로전압을 측정할 수 있다. 따라서, 상기 제어부(140)가 상기 전원절환부(122)에 병렬연결신호 및 직렬연결신호를 기설정주기로 교번 인가하며 각 상기 재사용 배터리(1) 간의 전위차가 평준화되어 가는 도중에 개방회로전압을 정확하게 측정할 수 있다.
여기서, 상기 노화측정부(150)에서 측정된 각 상기 재사용 배터리(1)의 전압(VxOCV)은 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
이때,
Figure pat00003
는 상기 제어부(140)가 상기 전원절환부(122)에 병렬연결신호 및 직렬연결신호를 교번 인가하는 기설정주기를 의미한다.
또한, 재사용 배터리 노화 고속측정 방법은, 상기 노화측정부(150)가 각 상기 재사용 배터리(1) 간의 전위차가 평준화된 시점에 측정된 개방회로전압에 대한 특성 곡선의 기울기를 통해 배터리충전상태(SOC,State of Charge)를 1차 산출하는 단계를 포함함이 바람직하다.
그리고, 도 4를 참조하면, 각 상기 재사용 배터리(1) 간의 전위차의 평준화가 종료된 시점의 전압(Vt)은 아래의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
즉, 각 상기 재사용 배터리(1) 간의 전위차의 평준화가 종료된 시점의 전압(Vt)은 각 상기 재사용 배터리(1) 간의 전압값의 합으로 산출될 수 있다.
이에 따라, 상기 제어부(140)가 상기 전원절환부(122)에 병렬연결신호를 인가하여 각 상기 재사용 배터리(1) 간의 전위차가 평준화되는 동안 각 상기 재사용 배터리(1)의 배터리충전상태가 1차 산출될 수 있다.
한편, 재사용 배터리 노화 고속측정 방법은, 전위차가 상호 병렬 평준화된 각 상기 재사용 배터리(1)의 초기잔량이 기설정범위로 설정되도록 상기 제어부(140)가 각 상기 재사용 배터리(1)에 전원을 충방전 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 기설정범위는 30~40%로 설정됨이 바람직하다.
또한, 재사용 배터리 노화 고속측정 방법은, 상기 제어부(140)가 상기 전원절환부(122)에 병렬연결신호를 인가하여 각 상기 재사용 배터리(1) 간의 전위차가 상기 기설정범위로 평준화되면 상기 전원절환부(122)에 직렬연결신호를 인가하며, 상기 노화측정부(150)가 상기 전원절환부(122)에 직렬연결신호가 인가된 상태에서 상기 전원공급부(130)의 충전 및 방전 실행에 따라 각 상기 재사용 배터리(1)의 전압을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
물론, 경우에 따라 상기 제어부(140)가 상기 전원절환부(122)에 병렬연결신호를 인가하지 않고 각 상기 재사용 배터리(1) 간의 전위차가 상이한 상태에서 각 상기 재사용 배터리(1)의 전압을 순차적으로 개별 측정할 수도 있다.
즉, 각 상기 재사용 배터리(1)를 상기 전원공급부(130)에 의해 완충된 초기상태에서 방전되며 배터리충전상태 및 노화가 측정되던 종래와 달리, 각 상기 재사용 배터리(1)의 초기잔량이 완충이 아닌 기설정범위로 설정되므로 상기 재사용 배터리(1)의 총에너지량을 낮춰 안전한 운송이 가능하다.
여기서, 재사용 배터리 노화 고속측정 방법은, 상기 제어부(140)가 각 상기 재사용 배터리(1)에 전원을 상호 독립적으로 순차 개별 충전 및 방전하도록 제어하고, 상기 노화측정부가 상기 전원공급부(130)의 충전 및 방전 실행에 따라 각 상기 재사용 배터리(1)의 전압을 순차적으로 개별 측정하며, 측정된 전압에 따라 각 상기 재사용 배터리(1)의 기설정된 개방회로전압-배터리충전상태 특성 곡선에서 배터리충전상태를 2차 산출하고, 각 상기 재사용 배터리(1)의 총 에너지 저장량을 순차적으로 개별 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 도 5를 참조하면, 상기 제어부(140)는 상기 전원공급부(130)에 충전신호 및 방전신호를 순차적으로 인가하되, 상기 충전신호가 인가되는 시간의 합이 상기 방전신호가 인가되는 시간의 합 미만으로 설정됨이 바람직하다.
상세히, 재사용 배터리(이하 '배터리')의 개방회로전압(OCV,Open Circuit Voltage)-배터리충전상태(SOC,State of Charge) 특성 곡선(이하OCV-SOC 특성 곡선)이 도시되어 있다. 본 특성 곡선은 일 실시예에 불과하며 배터리마다 달라 질 수 있다. 배터리는 충전상태(이하SOC)에 따라 전압이 변동하는 특성이 있는데, OCV-SOC 특성 곡선으로 이를 나타낸다. OCV-SOC 특성 곡선은 배터리 생산 업체에서 배터리 출하시 제공하고 있다. OCV-SOC 특성 곡선이 없는 경우에는 실험실 등에서 미리 배터리에 대한 실험을 진행하고 해당 배터리에 대한 현재 상태의 OCV-SOC 특성 곡선을 얻을 수 있다.
이때, 본 실시예서는 그래프 형태로 OCV-SOC 특성 곡선을 제시하고 있으나 테이블 형태로 제공하기도 한다. 테이블에 제공된 OCV값과 SOC 값을 대응시켜 OCV-SOC 특성 곡선을 작성할 수 있음은 물론이다. 이러한 OCV-SOC 특성 곡선을 이용하면 배터리의 개방회로전압을 측정하면 현재 배터리의 SOC 값을 추정할 수 있다.
그리고, 배터리의 충전 및 방전 상태의 전압은 완전충전상태와 방전상태에서 비선형적으로 변하며, 이때 SOC 값을 완충상태에서의 총 에너지 저장량에 대한 현재 상태의 에너지 저장량의 비(%)로 나타내고 있다.
이하에서는, 일반적인 배터리의 총 에너지 저장량 산출 방법에 대해서 설명하기로 한다. 먼저, 배터리에 남아 있는 총 에너지 저장량을 측정하는 방법으로서, 배터리의 충전이나 방전을 100% 수준으로 하지 않고, 제1 특정 시간에서 SOC 값(SOC1)과 또 다른 제2 특정 시간에서 SOC 값(SOC2)을 산출하고 그 차이를 통해 아래의 수학식 4를 이용하여 총 에너지 저장량(Qmax)을 계산하는 방법이 제안되고 있다.
Figure pat00005
여기서,
Figure pat00006
이다.
그러나, 제1 특정 시간에서의 SOC 값(SOC1)과 제2 특정 시간에서의 SOC 값(SOC2)을 산출하기 위해서 OCV-SOC 특성 곡선을 이용하게 되는데, 정확한 개방회로전압을 측정하기 위해서는 배터리의 충방전이 발생하지 않은 상태에서 전압이 일정한 값으로 안정화되는 전압 안정기를 거쳐야 한다.
따라서, 제1 특정 시간에서의 SOC 값(SOC1)과 제2 특정 시간에서의 SOC 값(SOC2)을 측정하기 위해 최소 두 번의 전압 안정기 시간이 지나야 하기 때문에 배터리의 총 에너지 저장량(Qmax)을 산출하는데 많은 시간이 소요되게 된다.
그리고, 제1 방전이 이루어지는 동안에는 배터리의 전압이 급격히 떨어지고 제1 방전이 정지되면 전압이 급격히 상승한 후 매우 천천히 전압 안정기에 도달함을 알 수 있다. 이때 제1 특정 시간에서의 SOC 값(SOC1)을 OCV-SOC 특성 곡선을 통해 산출한다. 이후 다시 제2 방전을 가한 후 정지되면 다시 전압이 급격히 상승한 후 매우 천천히 전압 안정기에 도달하고 다시 제2 특정 시간에서의 SOC 값(SOC2)을 OCV-SOC 특성 곡선을 통해 산출한다. 이와 같이, 최소 두 번의 전압 안정기 시간이 지나야 하기 때문에 배터리의 총 에너지 저장량(Qmax)을 산출하는데 많은 시간이 소요됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 SOC1 값과 SOC2 값을 산출하는 시간을 최소화하여 배터리에 남아있는 총 에너지 저장량을 산출함으로써 배터리를 효율적으로 관리할 수 있는 방법을 제시한다.
한편, 상기 수학식 4에 따르면, 제1 특정 시점에서의 SOC1 값과 제2 특정 시점에서의 SOC2 값의 차(SOC1-SOC2)를 알면 총 에너지 저장량을 산출할 수 있음을 알 수 있다.
일반적인 방법에 따르면, 제1 방전을 실행한 후 전압 안정기에서 전압을 측정하여 SOC1 값을 산출하고 제2 방전을 실행한 후 다시 전압 안정기에서 전압을 측정하여 SOC2 값을 산출하여 두 값의 차로 상기 수학식 4에 따라 총 에너지 저장량을 산출하게 되는데, 제1 방전을 실행한 후 많은 시간이 흐르지 않고 다시 제2 방전을 실행하는 경우 전압이 회복되는 패턴이 동일하거나 매우 유사하기 때문에 굳이 전압 안정기에서 SOC 값을 산출하지 않고 제1 방전 및 제2 방전 직후 동일한 전압 회복 시간에서 전압을 측정하고 이를 통해 SOC1′과 SOC2′을 산출하고 그 차로 상기 수학식 4에 따라 총 에너지 저장량을 산출할 수 있다.
이하에서는, 이러한 원리에 따라 본 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 설명하기로 한다. 먼저, 배터리에 대해 제1 충방전을 실행한다. 여기서, 충방전이라 하면, 배터리에 충전을 진행하거나 방전을 진행하는 것으로서, 제1 충방전 실행 단계에서 충전을 진행한 경우에는 제2 충방전 실행 단계에서도 동일한 충전을 진행하고, 제1 충방전 실행 단계에서 방전을 진행한 경우에는 제2 충방전 실행 단계에서도 동일한 방전을 진행한다. 본 실시예에서는 방전을 실행한 것을 중심으로 설명하기로 한다.
한편, 본 실시예에 있어서, 충방전을 실행한다는 의미는, 배터리의 상태를 확인하기 위해 인위적으로 배터리에 충전 또는 방전을 가는 경우 뿐만 아니라 배터리의 사용 중에 자연스럽게 발생하는 충전 또는 방전도 포함한다. 예를 들면, 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 사용되는 배터리인 경우 자동차 운행 중 배터리에 자연스럽게 발생하는 충전이나 방전을 이용하여 배터리의 관리 상태를 확인할 수 있다. 다음에, 제1 충방전 직후와 전압 안정기 도달 전 사이의 제1 시간 경과 후 배터리의 개방회로에 따른 제1 전압을 측정한다. 제1 방전을 실행한 후 전압 안정기 도달 전의 전압이 급격히 회복되는 시점에서 배터리의 개방회로에 따른 제1 전압을 측정한다. 일반적인 방법에 따르면 제1 방전 후 전압 안정기에서 제1 전압을 측정하나 본 실시예에서는 제1 방전 실행 후 많은 시간을 지체하지 않고 제1 충방전 직후와 전압 안정기 도달 전에 바로 제1 전압을 측정한다.
다음에, 제1 충방전 후 배터리에 대해 제2 충방전을 실행한다. 상술한 바와 같이, 제1 방전을 실행한 후 많은 시간이 흐르지 않고 다시 제2 방전을 실행한다. 즉, 방전 실행 후 전압이 회복하는 패턴이 동일하거나 유사하게 나타날 수 있는 SOC 값 수준에서 제2 방전을 실행하는 것이다.
이때, 배터리에 자연스럽게 발생하는충전이나 방전을 이용하여 배터리의 관리 상태를 확인하는 경우, 배터리의 사용 중에 자연스럽게 일어나는 제1 방전이나 제1 충전에 대해 많은 시간이 흐르지 않고 발생하는 제2 방전이나 제2 충전을 선택함으로써 본 단계를 실행할 수 잇다.
본 실시예에서는, 제1 방전 실행 후 본래의 전압 안정기 내의 어느 시점에서 배터리에 대해 제2 방전을 실행하여 SOC 값의 산출 시간을 단축하였다. 다음에, 제2 충방전 직후와 전압 안정기 도달 전 사이의 제1 시간과 동일한 제2 시간 경과 후 배터리의 개방회로에 따른 제2 전압을 측정한다. 제2 방전을 실행한 후 전압 안정기 도달 전의 전압이 급격히 회복되는 시점에서 제1 시간과 동일한 제2 시간 경과 후 배터리의 개방회로에 따른 제2 전압 을 측정한다. 제1 방전에 따른 전압 회복 시의 제1 시간과 동일하게 제2 방전에 따른 전압 회복 시의 제2 시간에 제2 전압을 측정함으로써 제1 방전 및 제2 방전에 따른 전압 안정기에서 각각 측정한 전압의 차와 동일한 비율로 전압의 차를 갖게된다.
이와 같이, 제1 방전 실행 후 전압 안정기에 도달하지 않더라도 제2 방전을 실행하여 각각의 전압을 측정함으로써 SOC 값 및 총 에너지 저장량(Qmax) 산출 시간을 크게 줄일 수 있다.
다음에, 배터리의 기 설정된 OCV-SOC 특성 곡선에서 제1 전압에 대한 제1 SOC(State Of Charge)의 값(SOC1)과 제2 전압에 대한 제2 SOC(State Of Charge)의 값(SOC2)을 산출한다. OCV-SOC 특성 곡선이나 테이블을 이용하여 제1 전압값에 상응하는 제1 SOC(State Of Charge)의 값(SOC1)과 제2 전압값에 상응하는 제2 전압에 대한 제2 SOC(State Of Charge)의 값(SOC2)을 산출한다.
그리고, 제1 SOC 값(SOC1)과 제2 SOC 값(SOC2)을 이용하여 배터리의 총 에너지 저장량(Qmax)를 산출한다. 배터리의 총 에너지 저장량(Qmax)는 상술한 상기 수학식 4를 통해 산정될 수 있는데, 먼저, 전류 적산법에 따라 제2 방전에 따른 배터리의 에너지 변화량(ΔQ)을 산정한다.
상술한 바와 같이, 제1 전압과 제2 전압이 제1 방전 및 제2 방전에 따른 전압 안정기에서 측정된 것이 아닐지라도, 상기 수학식 4에 따르면, 총 에너지 저장량(Qmax)은 제1 특정 시점에서의 SOC1 값과 제2 특정 시점에서의 SOC2 값의 차(SOC1-SOC2)에 의해 결정될 수 있기 때문에 보다 정확한 총 에너지 저장량(Qmax)을 산출할 수 있다. 따라서, 상술한 바에 따라 산출된 배터리의 총 에너지 저장량(Qmax)은 배터리의 노후화 정도가 반영된 값으로써 이 값을 이용하여 배터리의 충전 또는 교체 시기를 결정할 수 있다. 이때, 이상의 배터리 관리 방법은 전기 자동차, 하이드리드 자동차 등의 자동차뿐만 아니라 배터리를 사용하는 다양한 전자기기에도 적용될 수 있다.
한편, 재사용 배터리 노화 고속측정 방법은, 상술된 각 상기 재사용 배터리(1) 간의 전위차가 평준화된 시점에 1차 산출된 배터리충전상태와, 상기 전원공급부의 충전 및 방전 실행에 따라 2차 산출된 배터리충전상태를 보정하도록 온도 단일 확장 칼만 필터(Temperature Adaptive Extended Kalman Filter) 방식을 통해 배터리 노화상태(SOH,State of Health)를 추가 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 온도 단일 확장 칼만 필터 방식은 측정시 온도편차, 주변온도의 편차, 충방전시 온도편차 등 온도에 민감한 상기 재사용 배터리(1)의 알고리즘을 칼만필터에 선반영하는 알고리즘을 의미한다. 이때, 적산전류법은 배터리 노화상태를 측정하는데 긴 시간이 소요되며 많은 에너지가 요구되며 추정오차가 크게 나타나 산출된 배터리 노화상태가 보정될 필요가 있었다. 이를 해결하기 위해, 이중 확장 칼만 필터 방식에 의해 배터리 노화상태가 측정될 수 있으나 최소 100시간 이상의 시간이 소요되므로 온도 단일 확장 칼만 필터 방식을 적용하여 노화상태 측정시간을 단축할 수 있다.
이때, 온도 단일 확장 칼만 필터(Temperature Adaptive Extended Kalman Filter) 방식은 산출된 개방회로전압을 기반으로 엔트로피 변화율을 보정하여 배터리 노화상태를 산출 및 보정할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 재사용 배터리 노화측정 시스템(200)은 1차 사용이 완료되어 상기 운송컨테이너(110) 내부에서 운송중인 재사용 배터리(1)의 충방전 반복 수행을 통해 측정된 전압으로 총 에너지 저장량을 산출하여 노화상태를 판별한다. 따라서, 재사용 배터리를 운송하는 시간을 재사용 가능한 배터리를 검사 및 선별하는 시간으로 사용하여 소요되는 총 시간이 최소화되어 경제성이 현저히 개선될 수 있다. 즉, 재활용 가능한 재사용 배터리(1)를 선별 및 운송하는 과정에 소요되는 총 시간이 현저히 단축되어 경제성이 현저히 개선될 수 있다.
또한, 복수개의 재사용 배터리(1)의 전위차를 평준화하도록 상기 제어부(140)가 상기 전원절환부(122)에 병렬연결신호를 인가하고 상기 전원공급부(130)를 충전 또는 방전 제어하여 초기잔량이 기설정범위로 설정된 후 측정되는 재사용 배터리(1)의 개방회로전압을 통해 배터리충전상태를 산출하므로 배터리 노화측정의 정확도가 현저히 개선될 수 있다.
그리고, 상기 제어부(140)가 상기 전원절환부(130)에 병렬연결신호를 인가하여 각 재사용 배터리(1) 간의 전위차가 평준화되는 동안의 개방회로전압을 상기 노화측정부(150)가 측정한 후 각 재사용 배터리(1) 간의 전위차가 평준화된 시점에 측정된 개방회로전압에 대한 특성 곡선의 기울기를 통해 배터리충전상태를 1차 산출하므로 측정정밀도가 현저히 개선될 수 있다.
더욱이, 병렬 연결된 각 재사용 배터리(1) 간의 전위차가 기설정범위로 평준화되면 상기 제어부(140)가 상기 전원절환부(122)에 직렬연결신호를 인가한 상태에서 상기 노화측정부(150)가 상기 전원공급부(130)의 충전 및 방전 실행에 따라 각 재사용 배터리(1)의 전압을 순차적으로 개별 측정하여 각 재사용 배터리(1)별 노화상태 판별이 상호 독립적으로 수행되어 검사정밀성이 현저히 개선될 수 있다.
즉, 상기 제어부(140)가 상기 운송컨테이너(110) 내부에 적재된 복수개의 재사용 배터리(1)에 전원을 순차적으로 개별 충전 및 방전 제어하면 상기 노화측정부(150)가 상기 전원공급부(130)의 충전 및 방전 실행에 따른 각 상기 재사용 배터리(1)의 전압을 순차적으로 개별 측정하여 총 에너지 저장량을 산출하므로 각 재사용 배터리(1)별 노화상태 판별이 상호 독립적으로 수행되어 검사정밀성이 현저히 개선될 수 있다.
더욱이, 전위차가 상호 병렬 평준화된 각 상기 재사용 배터리(1)의 초기잔량이 기설정범위로 설정되도록 각 재사용 배터리(1)에 전원이 충전 또는 방전된 후 배터리의 노화가 측정되므로 배터리 노화 측정을 정확하게 실시하면서도 상기 운송컨테이너(110)에 적재된 재사용 배터리(1)들의 총에너지량을 낮춰 운송시 안전성이 현저히 개선될 수 있다.
그리고, 각 상기 재사용 배터리(1)의 노화상태 판별 및 저장 가능한 총 에너지 저장량 산출과정에서 발생하는 방전 전기를 상기 버퍼배터리에 저장하여 상기 운송컨테이너(110) 내부의 온도 유지를 위한 전원으로 공급하므로 배터리 온도관리를 위한 추가 전력원이 실질적으로 더 요구되지 않아 에너지효율이 현저히 개선될 수 있다.
또한, 상기 버퍼배터리에 전원 연결되어 방전 전기를 공급받아 상기 노화측정부(150)와 상호 독립적으로 구동되는 상기 온도조절장치(160)가 구비되어 상기 운송컨테이너(110) 내부의 온도가 기설정범위의 온도로 유지되도록 선택적으로 냉각되므로 각 상기 재사용 배터리(1)의 운송시 보관안전성이 개선될 수 있다.
이때, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.
110: 운송컨테이너 120: 입출력모듈부
121: 직병렬전환접속모듈 122: 전원절환부
130: 전원공급부 140: 제어부
150: 노화측정부 160: 온도조절장치
200: 재사용 배터리 노화측정 시스템

Claims (11)

  1. 복수개의 재사용 배터리가 선택적으로 보관되는 운송컨테이너;
    각 상기 재사용 배터리에 각각 개별적으로 전원 연결되되 각 상기 재사용 배터리가 선택적으로 상호 병렬 연결되도록 절환되는 복수개의 직병렬전환접속모듈과, 각 상기 직병렬전환접속모듈을 절환 구동하도록 각 상기 직병렬전환접속모듈에 연결되는 전원절환부를 포함하는 복수개의 입출력모듈부;
    각 상기 입출력모듈부에 전원 연결되며 각 상기 재사용 배터리에 노화측정을 위한 전원을 충방전하도록 구비되는 전원공급부;
    상기 전원공급부에 회로 연결되며 상기 전원절환부에 통신 연결되되, 각 상기 입출력모듈부에 연결된 각 상기 재사용 배터리 간의 전위차가 평준화되도록 상기 전원절환부에 병렬연결신호를 선택적으로 인가하며, 각 상기 재사용 배터리에 전원을 충방전하도록 제어하는 제어부; 및
    상기 입출력모듈부에 연결된 각 상기 재사용 배터리의 충방전의 반복 수행을 통해 전압을 측정하고, 측정된 각 상기 재사용 배터리의 전압을 기반으로 총 에너지 저장량을 산출하는 노화측정부를 포함하는 재사용 배터리 노화측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전원절환부에 병렬연결신호를 인가하되, 각 상기 재사용 배터리 간의 전위차가 상기 기설정범위로 평준화되면 상기 전원절환부에 직렬연결신호를 인가하며,
    상기 노화측정부는 상기 전원절환부에 직렬연결신호가 인가된 상태에서 상기 전원공급부의 충전 및 방전 실행에 따라 각 상기 재사용 배터리의 전압을 측정함을 특징으로 하는 재사용 배터리 노화측정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전원절환부에 직렬연결신호가 인가된 상태에서 각 상기 재사용 배터리에 전원을 상호 독립적으로 순차 개별 충전 및 방전하도록 제어하고,
    상기 노화측정부는, 상기 전원공급부의 충전 및 방전 실행에 따라 각 상기 재사용 배터리의 전압을 순차적으로 개별 측정하며,
    측정된 전압에 따라 각 상기 재사용 배터리의 기설정된 개방회로전압-배터리충전상태 특성 곡선에서 배터리충전상태를 산출하고, 각 상기 재사용 배터리의 총 에너지 저장량을 순차적으로 개별 산출함을 특징으로 하는 재사용 배터리 노화측정 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 노화측정부는
    상기 제어부가 상기 전원절환부에 병렬연결신호를 인가하여 각 상기 재사용 배터리 간의 전위차가 평준화되는 동안의 개방회로전압을 측정하고,
    각 상기 재사용 배터리 간의 전위차가 평준화된 시점에 측정된 개방회로전압에 대한 특성 곡선의 기울기를 통해 배터리충전상태를 1차 산출함을 특징으로 하는 재사용 배터리 노화측정 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 전위차가 상호 병렬 평준화된 각 상기 재사용 배터리의 초기잔량이 기설정범위로 설정되도록 각 상기 재사용 배터리에 전원을 충방전 제어함을 특징으로 하는 재사용 배터리 노화측정 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전원공급부에 충전신호 및 방전신호를 순차적으로 인가하되, 상기 충전신호가 인가되는 시간의 합이 상기 방전신호가 인가되는 시간의 합 미만으로 설정됨을 특징으로 하는 재사용 배터리 노화측정 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    각 상기 재사용 배터리가 선택적으로 상호 병렬 연결되도록 각 상기 직병렬전환접속모듈에 병렬 전원 연결되는 복수개의 병렬연결케이블을 더 포함함을 특징으로 하는 재사용 배터리 노화측정 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    각 상기 직병렬전환접속모듈 및 상기 전원절환부 사이에 각각 연결되며 각 상기 재사용 배터리의 개방회로전압을 측정하는 복수개의 전류센서를 더 포함함을 특징으로 하는 재사용 배터리 노화측정 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원공급부는 각 상기 입출력모듈부에 전원 연결되되 각 상기 재사용 배터리의 노화측정시 발생하는 방전 전기를 저장하는 버퍼배터리를 포함하고,
    상기 버퍼배터리에 전원 연결되어 상기 방전 전기를 공급받아 상기 노화측정연산부와 상호 독립적으로 구동되며 상기 운송컨테이너 내부의 온도가 기설정범위의 온도로 유지되도록 선택적으로 냉각하는 온도조절장치를 더 포함함을 특징으로 하는 재사용 배터리 노화측정 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 온도조절장치는 각 상기 입출력모듈부에 회로 연결되며 상기 재사용 배터리의 온도를 측정하도록 상기 재사용 배터리에 구비된 비엠에스부로부터 온도신호를 전송받는 온도측정부와,
    상기 온도측정부에서 측정된 상기 운송컨테이너 내부의 온도가 기설정범위의 온도로 유지되도록 선택적으로 냉각 제어하는 온도제어부를 포함함을 특징으로 하는 재사용 배터리 노화측정 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 버퍼배터리의 출력단에 입력단이 연결되어 상기 버퍼배터리에서 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 직류-교류 인버터를 더 포함하되, 상기 직류-교류 인버터는 상기 버퍼배터리와 상기 온도조절장치 사이에 구비되며,
    상기 온도조절장치는 상기 운송컨테이너의 내부에 구비되는 냉각장치를 포함함을 특징으로 하는 재사용 배터리 노화측정 시스템.
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