KR20220017560A - 차량 및 그 제어 방법 - Google Patents

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이명규
이재신
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현대자동차주식회사
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Abstract

개시된 실시예는 배터리의 상태를 나타내는 배터리의 SOH, 배터리의 SOC, 배터리의 사용 가능 에너지를 추정할 수 있는 차량 및 그 제어방법을 제공한다. 일 실시예에 따른 차량은 배터리의 전류 및 배터리의 전압을 측정하는 감지부; 상기 배터리의 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터를 저장하는 저장부; 상기 배터리의 노화와 관련된 파라미터에 기초하여 상기 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터를 업데이트하는 업데이트부; 및 상기 업데이트된 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터에 기초하여 하한 SOC를 결정하고, 상기 하한 SOC에 기초하여 상기 배터리의 SOH를 결정하고, 상기 배터리의 전류, 상기 배터리의 전압 및 상기 SOH에 기초하여 현재 SOC를 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

차량 및 그 제어 방법 {vehicle, and controlling method thereof}
차량 및 그 제어 방법에 관한 발명으로, 더욱 상세하게는 배터리를 효율적으로 관리할 수 있는 차량 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기 자동차는 배터리의 전기 에너지를 이용하여 차량을 구동시킨다. 그런데, 이러한 배터리는 충전 및 방전을 반복함에 따라 노화되어 그 기능이 저하되므로, 배터리의 노화 정도를 평가할 필요가 있다.
SOH(State Of Health)는 배터리의 용량 변화를 정량적으로 나타내는 파라미터로서, 배터리의 노화 정도를 나타내는 척도이다. 종래의 SOH 예측 시스템은, 충전 및 방전 실험을 통해 초기 용량에 대비한 측정 용량을 수치화하여 SOH 데이터의 맵핑을 한 다음, 실제 배터리의 온도와 배터리의 내부저항에 대응하는 SOH를 추정하였다.
그러나, 종래의 SOH예측 시스템은 하나의 데이터 맵으로 단순히 SOH만을 추정할 뿐, 하나의 데이터 맵으로 배터리의 SOC(State Of Charge)나 배터리의 에너지와 같이 다양한 배터리의 성능을 예측할 수 없는 문제를 가지고 있었다.
개시된 발명의 일 측면은 배터리의 상태를 나타내는 배터리의 SOH, 배터리의 SOC, 배터리의 사용 가능 에너지를 추정할 수 있는 차량 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 차량은, 배터리의 전류 및 배터리의 전압을 측정하는 감지부; 상기 배터리의 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터를 저장하는 저장부; 상기 배터리의 노화와 관련된 파라미터에 기초하여 상기 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터를 업데이트하는 업데이트부; 및 상기 업데이트된 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터에 기초하여 하한 SOC를 결정하고, 상기 하한 SOC에 기초하여 상기 배터리의 SOH를 결정하고, 상기 배터리의 전류, 상기 배터리의 전압 및 상기 SOH에 기초하여 현재 SOC를 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 SOH에 기초하여 상기 기준 개방전압에 대응하는 SOC값을 보완 SOC값으로 변경하고, 상기 배터리의 전류, 상기 배터리의 전압 및 상기 보완 SOC에 기초하여 상기 현재 SOC를 결정할 수 있다.
또한, 상기 노화와 관련된 파라미터는 상기 배터리의 온도, 상기 배터리의 저항 및 상기 배터리의 동작 시간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하한 SOC는 상기 배터리의 전압이 미리 설정된 하한 전압인 경우의 SOC값일 수 있다.
또한, 상기 차량은 상기 결정된 SOH 및 현재 SOC를 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 업데이트된 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터에 기초하여 에너지 하한 SOC를 결정하고, 상기 배터리의 전압 및 상기 에너지 하한 SOC에 기초하여 배터리의 최대 사용 가능 에너지를 결정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 배터리의 전압, 현재 SOC 및 에너지 하한 SOC에 기초하여 상기 배터리의 현재 사용 가능 에너지를 결정할 수 있다.
또한, 상기 차량은 상기 배터리의 최대 사용 가능 에너지 및 상기 배터리의 현재 사용 가능 에너지를 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 에너지 하한 SOC는 상기 배터리의 전압이 미리 설정된 하한 전압인 경우의 보완 SOC값일 수 있다.
또한, 상기 감지부는 배터리의 방치시간을 측정할 수 있다.
일 측면에 따른 차량의 제어 방법은, 배터리의 전류 및 배터리의 전압을 측정하는 단계; 상기 배터리의 노화와 관련된 파라미터에 기초하여 상기 배터리의 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터를 업데이트하는 단계; 상기 업데이트된 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터에 기초하여 하한 SOC를 결정하는 단계; 상기 하한 SOC에 기초하여 상기 배터리의 SOH를 결정하는 단계; 상기 배터리의 전류, 상기 배터리의 전압 및 상기 SOH에 기초하여 현재 SOC를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 현재 SOC를 결정하는 단계는, 상기 SOH에 기초하여 상기 기준 개방전압에 대응하는 SOC값을 보완 SOC값으로 변경하고, 상기 배터리의 전류, 상기 배터리의 전압 및 상기 보완 SOC에 기초하여 상기 현재 SOC를 결정할 수 있다.
또한, 상기 노화와 관련된 파라미터는 상기 배터리의 온도, 상기 배터리의 저항 및 상기 배터리의 동작 시간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하한 SOC는 상기 배터리의 전압이 미리 설정된 하한 전압인 경우의 SOC값일 수 있다.
또한, 상기 차량의 제어 방법은 상기 결정된 SOH 및 현재 SOC를 디스플레이부에 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 차량의 제어 방법은 상기 업데이트된 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터에 기초하여 에너지 하한 SOC를 결정하는 단계; 및 상기 배터리의 전압 및 상기 에너지 하한 SOC에 기초하여 배터리의 최대 사용 가능 에너지를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 차량의 제어 방법은 상기 배터리의 전압, 현재 SOC 및 에너지 하한 SOC에 기초하여 상기 배터리의 현재 사용 가능 에너지를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 차량의 제어 방법은 상기 배터리의 최대 사용 가능 에너지 및 상기 배터리의 현재 사용 가능 에너지를 디스플레이부에 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 에너지 하한 SOC는 상기 배터리의 전압이 미리 설정된 하한 전압인 경우의 보완 SOC값일 수 있다.
또한, 상기 차량의 제어 방법은 배터리의 방치시간을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 배터리의 노화 정도에 따른 배터리의 SOH를 추정하고, 이를 토대로 배터리의 SOC나 배터리의 사용 가능 에너지와 같이 배터리의 노화 정도를 알 수 있는 다양한 수치를 추정할 수 있는 차량 및 그 제어방법을 제공할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 하나의 데이터 맵으로 다양한 수치를 추정할 수 있기 때문에 필요한 메모리의 양을 절약할 수 있고, 간단한 수식을 이용하기 때문에 복잡한 형태의 다양한 수학식을 이용하는 알고리즘에 비하여 연산속도를 개선할 수 있는 차량 및 그 제어방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 차량의 배터리 상태 측정 시스템을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 의한 배터리의 전류와 전압의 관계를 도시한다.
도 3(a)는 일 실시예에 의한 배터리의 SOC에 따른 배터리의 기준 개방전압을 도시한다.
도 3(b)는 일 실시예에 의한 배터리의 SOC에 따른 배터리의 기준 전압 변화량을 도시한다.
도 4는 일 실시예에 의한 노화에 따른 데이터 업데이트를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 의한 노화SOC 데이터가 보완 SOC 데이터로 변경되는 것을 도시한다.
도 6은 일 실시예에 의한 배터리의 현재 SOC를 산출하는 절차흐름도를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 의한 배터리의 현재 사용 가능 에너지를 산출하는 절차흐름도를 도시한다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 개시된 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 개시된 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 차량의 제어 블록도이다.
도 1을 참고하면, 차량(100)은 배터리(110)와, 감지부(120)와, 업데이트부(130)와, 저장부(140)와, 제어부(150)와, 디스플레이부(160)를 포함할 수 있다.
배터리(110)는 차량(100)에 전력을 공급할 수 있다. 일 예로, 배터리(110)는 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 니켈 수소 배터리 중 하나일 수 있다.
감지부(120)는 배터리(110)와 관련된 상태 정보를 측정할 수 있다. 예를 들어, 감지부(120)는 전류 센서, 전압 센서, 온도 센서, 전하량 센서, 저항 센서, 동작시간 또는 방치시간을 측정하는 타이머 등 다양한 센서들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 전술한 센서의 종류는 차량(100)의 실시예에 적용 가능한 예시에 불과하며, 전술한 센서 외에 다른 종류의 센서가 포함될 수도 있음은 물론이다.
동작시간은 배터리(110)를 사용한 시간이며, 방치시간은 배터리(110)가 사용되지 않은 상태로 방치된 시간일 수 있다.
감지부(120)는 배터리(110)의 전류 정보, 배터리(110)의 전압 정보 및 배터리(110)의 전하량 정보를 제어부(150)로 출력할 수 있다.
감지부(120)는 배터리(110)의 온도 정보, 저항 정보, 동작시간 정보, 방치시간 정보를 업데이트부(130)로 출력할 수 있다.
배터리(110)의 SOC(State Of Charge)값은 배터리(110)의 충전 정도를 나타내는 수치이다. SOC는 특정한 시점에 배터리(110)에 저장된 전하량과 배터리(110)의 총 용량의 비율로 정의한다. SOC는 0에서 1 사이의 범위를 가질 수 있다.
배터리(110)의 기준 개방전압은 배터리(110)에 흐르는 전류가 0일 때 배터리(110)의 전압값일 수 있다. 또한, 기준 개방전압은 배터리(110)가 노화됨에 따라 감소할 수 있다.
배터리(110)의 기준 전압 변화량은 배터리(110) 의 전류에 대한 전압 변화율의 역수값일 수 있다. 또한, 기준 개방전압은 배터리(110)가 노화됨에 따라 변할 수 있다.
저장부(140)는 노화되기 전 상태의 배터리(110)의 각 SOC값에 대응되는 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량의 데이터인 노화되기 전 데이터(410)를 저장할 수 있다. 저장부(140)에 저장된 노화되기 전 데이터(410)는 배터리(110)가 노화됨에 따라 업데이트될 수 있다.
저장부(140)는 캐쉬, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 및 플래쉬 메모리(Flash memory)와 같은 비휘발성 메모리 소자 또는 RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리 소자 또는 하드디스크 드라이브(HDD, Hard Disk Drive), CD-ROM과 같은 저장 매체 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
업데이트부(130)는 배터리(110)의 노화와 관련된 파라미터에 기초하여 저장부(140)에 저장된 배터리(110)의 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터를 업데이트한다. 또한, 노화와 관련된 파라미터는 배터리(110)의 온도, 배터리(110)의 저항 및 배터리(110)의 동작 시간, 배터리(110)의 방치시간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
업데이트부(130)는 배터리(110)의 온도 및 배터리(110)의 동작 시간에 따른 배터리(110)의 기준 개방전압의 변화도를 맵핑한 데이터와 감지부(120)에서 측정한 배터리(110)의 온도 및 배터리(110)의 동작 시간을 이용하여 배터리(110)의 기준 개방전압을 업데이트할 수 있다. 따라서, 이렇게 업데이트된 기준 개방전압은 배터리(110)의 현재 노화수준을 반영한 수치가 될 수 있다.
업데이트부(130)는 배터리(110)의 저항에 따른 배터리(110)의 기준 전압 변화량의 변화도를 맵핑한 데이터와 감지부(120)에서 측정한 저항을 이용하여 배터리(110)의 기준 전압 변화량을 업데이트할 수 있다. 따라서, 이렇게 업데이트된 기준 전압 변화량은 배터리(110)의 현재 노화수준을 반영한 수치일 수 있다.
배터리(110)의 온도 및 배터리(110)의 동작 시간에 따른 배터리(110)의 기준 개방전압의 변화도는 저장부(140)에 저장될 수 있다. 또한, 배터리(110)의 저항에 따른 배터리(110)의 기준 전압 변화량의 변화도를 맵핑한 데이터는 저장부(140)에 저장될 수 있다.
이하부터, 업데이트부(130)에 의하여 노화가 반영된 기준 개방전압 및 기준 전압 변화량의 데이터를 노화SOC 데이터(420)라 할 수 있다.
제어부(150) 및 업데이트부(130)는 전술한 동작 및 후술하는 동작을 수행하는 프로그램이 저장된 적어도 하나의 메모리 및 저장된 프로그램을 실행시키는 적어도 하나의　프로세서를 포함할 수 있다. 메모리와　프로세서가 복수인 경우에, 이들이 하나의 칩에 집적되는 것도 가능하고, 물리적으로 분리된 위치에 마련되는 것도 가능하다. 메모리는 데이터를 일시적으로 기억하기 위한 S램(Static Random Access Memory, S-RAM), D랩(Dynamic Random Access Memory) 등의 휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 메모리는 제어 프로그램 및 제어 데이터를 장기간 저장하기 위한 롬(Read Only Memory), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory: EEPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 프로세서는 각종 논리 회로와 연산 회로를 포함할 수 있으며, 메모리로부터 제공된 프로그램에 따라 데이터를 처리하고, 처리 결과에 따라 제어 신호를 생성할 수 있다.
하한 전압은 배터리(110)를 안전하게 사용하기 위하여 임의로 정해진 값일 수 있다. 즉, 하한 전압은 배터리(110)를 안전하게 사용하기 위한 배터리(110)의 최저 전압일 수 있다.
하한 SOC는 배터리(110)의 전압이 하한 전압인 경우, 배터리(110)의 SOC값일 수 있다. 제어부(150)는 노화SOC 데이터(420) 및 하기 수학식 1에 기초하여 하한 SOC를 결정한다.
<수학식 1>
Figure pat00001
하한 SOC를 결정하는 경우, 수학식1에서 V는 배터리(110)의 전압이고, I는 배터리(110)의 전류이고, U는 배터리(110)의 기준 개방전압이며, Y는 배터리(110)의 기준 전압 변화량일 수 있다.
시험전류는 배터리(110)의 성능을 측정하기 위해 임의로 정해진 값일 수 있다. 제어부(150)는 배터리(110)에 시험전류를 흘려주면서 배터리(110)의 전압이 하한 전압이 되도록 제어한다. 이경우, 수학식 1에서 I는 시험전류, V는 하한 전압일 수 있다.
제어부(150)는 이러한 수학식1의 조건을 만족하는 배터리(110)의 기준 개방전압(U) 및 배터리(110)의 기준 전압 변화량(Y)을 노화SOC 데이터(420)에서 검색할 수 있다. 찾아낸 기준 개방전압 및 기준 전압 변화량에 대응하는 SOC값은 하나로 특정될 수 있다. 이렇게 특정된 SOC값이 하한 전압 조건에서 배터리(110)의 SOC값인 하한 SOC일 수 있다.
제어부(150)는 선형보간법을 이용하여 하한 SOC를 추정할 수 있다. 제어부(150)는 수학식1에 시험전류, 노화SOC 데이터(420)의 모든 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터를 대입하여 구한 복수의 전압값들이 전부 하한 전압이 아닌 경우, 수학식1로 구한 복수의 전압값들에 대하여, 저장부(140)에 저장된 기준 개방전압에 대응하는 SOC값을 보간하여 하한 SOC를 추정할 수 있다.
예를 들어 하한 전압이 2.5V이고 시험전류가 5A인 경우, 시험전류값, 노화 SOC 데이터에서 SOC값이 0.15일 때 대응되는 기준 개방전압 및 기준 전압 변화량을 수학식1에 대입하면 구해지는 전압은 2.41V일 수 있다. 또한, 시험전류값과 노화 SOC 데이터에서 SOC값이 0.20일 때 대응되는 기준 개방전압 및 기준 전압 변화량을 수학식1에 대입하면 구해지는 전압은 2.84V일 수 있다. 하한 전압값인 2.5V는 수학식1로 구한 전압값 2.41V 및 2.84V에 대응되지 않고, 그 사이에 있다. 이때, 2.41V에 대응되는 SOC값인 0.15와 2.84V에 대응되는 SOC값인 0.20을 보간하여 하한 전압 2.5V에 대응하는 하한 SOC값이 0.1572라고 추정할 수 있다.
배터리(110)의 SOH(State Of Health)는 배터리(110)의 이상적인 상태와 현재 노화된 배터리(110)의 상태를 비교하여 표현되는 상대적인 값일 수 있다. SOH는 0에서 1사이의 값을 가질 수 있다.
<수학식2>
SOH = 1 - 하한 SOC
제어부(150)는 하한 SOC에 기초하여 배터리의 SOH를 결정한다. 구체적으로, 제어부(150)는 수학식 2와 같이 1에서 하한 SOC를 뺀 값을 배터리(110)의 SOH로 결정할 수 있다. 예를 들어 하한 SOC값이 0.1572면 SOH값은 0.8428일 수 있다.
보완 SOC값은 수학식3과 같이 노화SOC 데이터(420)의 SOC값을 SOH로 나눈 값일 수 있다.
<수학식3>
보완 SOC = (노화SOC 데이터의 SOC값) / SOH
제어부(150)는 수학식3 , 노화SOC 데이터(420)의 SOC값 및 SOH를 이용하여 보완 SOC값을 구할 수 있다. 제어부(150)는 노화SOC 데이터(420)의 기준 개방전압에 대응되는 SOC값을 보완 SOC값으로 변경할 수 있다. 이하에서는, 이렇게 변경된 보완 SOC값들에 대한 배터리(110)의 기준 개방전압 및 배터리(110)의 기준 전압 변화량 데이터를 보완 SOC 데이터(510)라 할 수 있다. 저장부(140)는 보완 SOC 데이터(510)를 저장할 수 있다.
현재 SOC는 노화된 현재 배터리(110)의 실제 SOC값일 수 있다.
제어부(150)는 감지부(120)가 측정한 배터리(110)의 전류 및 배터리(110)의 전압을 이용하여 현재 SOC를 결정할 수 있다. 제어부(150)는 수학식 1을 이용하여 현재 SOC를 결정할 수 있다. 현재 SOC를 결정하는 경우, 수학식1에서 I는 측정된 배터리(110)의 전류, V는 측정된 배터리(110)의 전압일 수 있다.
제어부(150)는 이러한 수학식1의 조건을 만족하는 배터리(110)의 기준 개방전압(U) 및 배터리(110)의 기준 전압 변화량(Y)을 보완 SOC 데이터(510)에서 찾는다. 찾아낸 기준 개방전압 및 기준 전압 변화량에 대응하는 보완 SOC값은 하나로 특정될 수 있다. 이렇게 특정된 보완 SOC값이 배터리(110)의 실제SOC값인 현재 SOC일 수 있다.
제어부(150)는 선형보간법을 이용하여 실제SOC를 추정할 수 있다. 제어부(150)는 수학식1에 배터리(110)의 전류, 보완 SOC 데이터(510)의 모든 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터를 대입하여 구한 복수의 전압값들이 전부 배터리(110)의 전압이 아닌 경우, 수학식1로 구한 복수의 전압값들에 대하여, 저장부(140)에 저장된 기준 개방전압에 대응하는 보완 SOC값을 보간하여 현재 SOC를 추정할 수 있다.
예를 들어 배터리(110)의 전압이 3.38V이고 배터리(110)의 전류가 5A인 경우, 배터리(110)의 전류값, 보완 SOC 데이터에서 SOC값이 0.7일 때 대응되는 기준 개방전압 및 기준 전압 변화량을 수학식1에 대입하면 구해지는 전압은 3.35V이다. 또한, 배터리(110)의 전류값, 보완 SOC 데이터(510)에서 SOC값이 0.75일 때 대응되는 기준 개방전압 및 기준 전압 변화량을 수학식1에 대입하면 구해지는 전압은 3.41V일 수 있다. 배터리(110)의 전압값인 3.38V는 수학식1로 구한 전압값 3.35V 및 3.41V에 대응되지 않고, 그 사이에 있다. 이때, 3.35V에 대응되는 SOC값인 0.7와 3.41V에 대응되는 SOC값인 0.75를 보간하여 배터리(110)의 전압 3.38V에 대응하는 현재 SOC값이 0.725라고 추정할 수 있다.
제어부(150)는 디스플레이부(160)로 배터리(110)의 SOH 및 배터리(110)의 현재 SOC 중 적어도 하나를 출력할 수 있다.
제어부(150)는 디스플레이부(160)가 배터리(110)의 SOH 및 배터리(110)의 현재 SOC 중 적어도 하나를 표시하도록 제어할 수 있다.
디스플레이부(160)는 음극선관(Cathode Ray Tube: CRT), 디지털 광원 처리(Digital Light Processing: DLP) 패널, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Penal), 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD) 패널, 전기 발광(Electro Luminescence: EL) 패널, 전기영동 디스플레이(Electrophoretic Display: EPD) 패널, 전기변색 디스플레이(Electrochromic Display: ECD) 패널, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 패널 또는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: OLED) 패널 등으로 마련될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
에너지 하한 SOC는 배터리(110)의 전압이 하한 전압인 경우의 보완 SOC 값일 수 있다. 제어부(150)는 보완 SOC 데이터(510) 및 수학식1에 기초하여 에너지 하한 SOC를 결정할 수 있다.
제어부(150)는 배터리(110)에 임의로 정해진 값인 시험전류를 흘려주면서 배터리(110)의 전압이 하한 전압이 되도록 제어할 수 있다. 에너지 하한 SOC를 결정하는 경우, 수학식 1에서 I는 시험전류, V는 하한 전압일 수 있다.
제어부(150)는 이러한 수학식1의 조건을 만족하는 배터리(110)의 기준 개방전압(U) 및 배터리(110)의 기준 전압 변화량(Y)을 보완 SOC 데이터(510)에서 찾는다. 찾아낸 기준 개방전압 및 기준 전압 변화량에 대응하는 보완 SOC값은 하나로 특정될 수 있다. 이렇게 특정된 보완 SOC값이 하한 전압 조건에서 배터리(110)의 보완 SOC값인 에너지 하한 SOC일 수 있다.
제어부(150)는 선형보간법을 이용하여 에너지 하한 SOC를 추정할 수 있다. 제어부(150)는 수학식1에 시험전류, 보완 SOC 데이터(510)의 모든 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터를 대입하여 구한 복수의 전압값들이 전부 하한 전압이 아닌 경우, 수학식1로 구한 복수의 전압값들에 대하여, 저장부에 저장된 기준 개방전압에 대응하는 보완 SOC값을 보간하여 에너지 하한 SOC를 추정할 수 있다.
예를 들어 하한 전압이 2.5V이고 시험전류가 5A인 경우, 시험전류값, 보완 SOC 데이터에서 SOC값이 0.15일 때 대응되는 기준 개방전압 및 기준 전압 변화량을 수학식1에 대입하면 구해지는 전압은 2.41V일 수 있다. 또한, 시험전류값과 보완 SOC 데이터에서 SOC값이 0.20일 때 대응되는 기준 개방전압 및 기준 전압 변화량을 수학식1에 대입하면 구해지는 전압은 2.84V일 수 있다. 하한 전압값인 2.5V는 수학식1로 구한 전압값 2.41V 및 2.84V에 대응되지 않고, 그 사이에 있다. 이때, 2.41V에 대응되는 SOC값인 0.15와 2.84V에 대응되는 SOC값인 0.20을 보간하여 하한 전압 2.5V에 대응하는 에너지 하한 SOC값이 0.1572라고 추정할 수 있다.
최대 사용 가능 에너지는 노화된 배터리(110)가 완충상태에서 최대한 사용 가능한 에너지의 값일 수 있다. 제어부(150)는 SOH, 에너지 하한 SOC 및 하기 수학식4에 기초하여 최대 사용 가능 에너지를 결정할 수 있다. 수학식4에서 E1은 최대 사용 가능 에너지, V는 측정된 배터리(110)의 전압, Q1은 노화되기 전의 배터리(110)가 저장 가능한 총 전하량일 수 있다.
<수학식 4>
E1 = V ⅹ (1 - 에너지 하한 SOC)ⅹ Q1 ⅹ SOH
현재 사용 가능 에너지는 배터리(110)를 사용하고 있는 현재상황에서 배터리(110)를 통해 사용 가능한 에너지일 수 있다. 제어부(150)는 SOH, 현재 SOC, 에너지 하한 SOC 및 하기 수학식5에 기초하여 최대 사용 가능 에너지를 결정할 수 있다. 수학식5에서 E2는 현재 사용 가능 에너지, V는 측정된 배터리(110)의 전압, Q1은 노화되기 전의 배터리(110)가 저장 가능한 총 전하량일 수 있다.
<수학식 5>
E2 = V ⅹ (현재 SOC - 에너지 하한 SOC)ⅹ Q1 ⅹ SOH
제어부(150)는 디스플레이부(160)에 배터리(110)의 최대 사용 가능 에너지 및 배터리(110)의 현재 사용 가능 에너지 중 적어도 하나를 출력할 수 있다.
제어부(150)는 디스플레이부(160)가 배터리(110)의 최대 사용 가능 에너지 및 배터리(110)의 현재 사용 가능 에너지 중 적어도 하나를 표시하도록 제어할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 의한 배터리(110)의 전류와 전압의 관계를 도시한 그래프일 수 있다.
배터리(110)의 전류와 전압을 SOC별로 정렬하여 그래프로 나타내면 도2의 그래프와 같은 1차함수의 형태로 나타나게 된다. 도시된 SOC별 전압-전류 그래프는 특정 노화시점에서 배터리(110)의 고유한 특징일 수 있다.
특정 SOC에서의 전압-전류 그래프를 식으로 나타내면 수학식1과 같이 나타낼 수 있다. 따라서, SOC별로 각각 대응되는 수학식1이 있다. 결국 수학식1에서 SOC별로 각각 대응되는 기준 개방전압(U) 및 기준 전압 변화량(Y)이 있다.
배터리(110)를 사용할수록 배터리(110)의 SOC는 감소하며 그에 따라 배터리(110)의 SOC에 대응되는 그래프도 변할 수 있다. 이 경우, 배터리(110)의 전압-전류 그래프는 배터리(110)의 SOC가 1인 상태, 즉 100%인 상태에 대응되는 그래프(210)에서 결국에는 배터리(110)의 SOC가 0인 상태, 즉 0%인 상태에 대응되는 그래프(220)로 점차 변하게 된다. 그에 따라 배터리(110)의 기준 개방전압(U) 및 기준 전압 변화량(Y)도 변할 수 있다.
도 3(a)는 일 실시예에 의한 배터리(110)의 SOC에 따른 배터리(110)의 기준 개방전압(U)을 도시한 그래프일 수 있다.
배터리(110)의 SOC값이 감소하면, 기준 개방전압도 이에 대응하여 감소할 수 있다. 배터리(110)의 특정 SOC값에 대응되는 기준 개방전압은 특정한 값일 수 있다. 즉, 배터리(110)를 사용하는 특정 시점에 대응하는 기준 개방 전압은 특정한 값일 수 있다. 또한, 특정 기준 개방전압에 대응되는 배터리(110)의SOC값은 특정한 값일 수 있다.
도 3(b)는 일 실시예에 의한 배터리(110)의 SOC에 따른 배터리(110)의 기준 전압 변화량의 역수(1/Y)를 도시한 그래프일 수 있다.
배터리(110)의 특정 SOC값에 대응되는 기준 전압 변화량은 특정한 값일 수 있다. 즉, 배터리(110)를 사용하는 특정 시점에 대응하는 기준 전압 변화량은 특정한 값일 수 있다.
도 4는 일 실시예에 의한 노화에 따른 데이터 업데이트의 대상을 도시한다.
도4를 참조하면, 저장부(140)는 배터리(110)가 노화되기 전의 SOC에 따른 기준 전압 변화량 및 SOC에 따른 기준 개방전압 데이터, 즉 노화되기 전 데이터(410)를 저장할 수 있다.
업데이트부(130)는 노화와 관련된 파라미터에 기초하여 노화되기 전 데이터(410)를 노화SOC 데이터(420)로 업데이트할 수 있다. 즉, 각 SOC에 대응되는 기준 전압 변화량 및 각 SOC에 대응되는 기준 개방전압은 배터리(110)의 노화를 반영한 수치로 업데이트 된다.
저장부(140)는 배터리(110)가 노화되기 전의 SOC에 따른 기준 전압 변화량 및 SOC에 따른 기준 개방전압 데이터, 즉 노화SOC 데이터(420)를 저장할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 의한 노화SOC 데이터(420)가 보완 SOC 데이터(510)로 변경되는 것을 도시한다.
도 5를 참조하면, 예를 들어 SOH값이 0.8428이고, 노화SOC 데이터(420)의 특정한SOC값이 0.6인 경우, 0.6을 0.8428로 나눈 값인 0.7119가 0.6이었던 SOC값의 보완 SOC값이 될 수 있다. 노화SOC 데이터(420)의 SOC값들에 대응되는 기준 전압 변화량 및 기준 개방전압은 SOC값이 보완 SOC로 변경되는 과정에서 변하지 않는다.
이처럼, 제어부(150)는 노화SOC 데이터(420)에서 각 기준 전압 변화량 및 기준 개방전압에 대응되는 SOC값을 SOH로 나눈 값을 보완 SOC로 정한다.
저장부(140)는 노화SOC 데이터(420)를 바탕으로 제어부(150)가 생성한 보완 SOC값 및 이에 대응되는 기준 전압 변화량 및 기준 개방전압 데이터를 포함하는 보완 SOC 데이터(510)를 저장할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 의한 배터리(110)의 현재 SOC를 산출하는 절차흐름도를 도시한다.
도6을 참조하면, 업데이트부(130)는 기준 개방전압 및 기준 전압 변화량 데이터를 업데이트할 수 있다(601). 구체적으로, 업데이트부(130)는 감지부(120)가 측정한 배터리(110)의 온도 정보, 저항 정보, 동작시간 정보, 방치시간 정보에 기초하여 저장부(140)에 저장된 배터리(110)의 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터를 업데이트할 수 있다.
제어부(150)는 노화SOC 데이터(420) 및 수학식1에 기초하여 하한 SOC를 결정할 수 있다(602). 이 때, 제어부(150)는 선형보간법을 이용하여 하한 SOC를 추정할 수 있다.
제어부(150)는 하한 SOC에 기초하여 배터리(110)의 SOH를 결정할 수 있다(603). 구체적으로, 제어부(150)는 수학식2와 같이 1에서 하한 SOC를 뺀 값을 배터리(110)의 SOH로 결정할 수 있다. 이때, 디스플레이부(160)는 결정된 배터리(110)의 SOH를 표시할 수 있다.
제어부(150)는 배터리(110)의 전류, 전압, SOH를 이용하여 현재 SOC를 결정할 수 있다(604). 구체적으로, 제어부(150)는 수학식3, 노화SOC 데이터(420)의 SOC값 및 SOH를 이용하여 보완 SOC값을 구할 수 있다. 제어부(150)는 보완 SOC값들에 대한 배터리(110)의 기준 개방전압 및 배터리(110)의 기준 전압 변화량 데이터인 보완 SOC 데이터(510)를 생성할 수 있다. 제어부(150)는 감지부(120)가 측정한 배터리(110)의 전류, 배터리(110)의 전압, 보완 SOC 데이터(510) 및 수학식 1을 이용하여 현재 SOC를 결정할 수 있다. 이 때, 제어부(150)는 선형보간법을 이용하여 현재 SOC를 추정할 수 있다. 또한, 디스플레이부(160)는 결정된 배터리(110)의 현재 SOC를 표시할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 의한 배터리(110)의 현재 사용 가능 에너지를 산출하는 절차흐름도이다.
도 7 을 참조하면, 제어부(150)는 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터를 이용하여 에너지 하한 SOC를 결정할 수 있다(701).
구체적으로, 제어부(150)는 보완 SOC 데이터 및 수학식1에 기초하여 에너지 하한 SOC를 결정할 수 있다. 이 때, 제어부(150)는 선형보간법을 이용하여 에너지 하한 SOC를 추정할 수 있다.
제어부(150)는 감지부(120)가 측정한 배터리(110)의 전압 및 에너지 하한 SOC를 이용하여 배터리(110)의 최대 사용 가능 에너지를 결정할 수 있다(702).
구체적으로, 제어부(150)는 SOH, 에너지 하한 SOC, 배터리(110)의 전압, 노화되기 전의 배터리(110)가 저장 가능한 총 전하량(Q1) 및 수학식4에 기초하여 배터리(110)의 최대 사용 가능 에너지를 결정할 수 있다.
이때, 디스플레이부(160)는 배터리(110)의 최대 사용 가능 에너지를 표시할 수 있다.
제어부(150)는 배터리(110)의 전압, 현재 SOH 및 에너지 하한 SOC를 이용하여 배터리(110)의 현재 사용 가능 에너지를 결정할 수 있다(703).
구체적으로, 제어부(150)는 SOH, 현재 SOC, 에너지 하한 SOC, 배터리(110)의 전압, 노화되기 전의 배터리(110)가 저장 가능한 총 전하량(Q1) 및 수학식5에 기초하여 현재 사용 가능 에너지를 결정할 수 있다.
이때, 디스플레이부(160)는 배터리(110)의 현재 사용 가능 에너지를 표시할 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
100: 차량 140: 저장부
110: 배터리 150: 제어부
120: 감지부 160: 디스플레이부
130: 업데이트부

Claims (20)

  1. 배터리의 전류 및 배터리의 전압을 측정하는 감지부;
    상기 배터리의 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터를 저장하는 저장부;
    상기 배터리의 노화와 관련된 파라미터에 기초하여 상기 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터를 업데이트하는 업데이트부; 및
    상기 업데이트된 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터에 기초하여 하한 SOC를 결정하고,
    상기 하한 SOC에 기초하여 상기 배터리의 SOH를 결정하고,
    상기 배터리의 전류, 상기 배터리의 전압 및 상기 SOH에 기초하여 현재 SOC를 결정하는 제어부를 포함하는 차량.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 SOH에 기초하여 상기 기준 개방전압에 대응하는 SOC값을 보완 SOC값으로 변경하고,
    상기 배터리의 전류, 상기 배터리의 전압 및 상기 보완 SOC에 기초하여 상기 현재 SOC를 결정하는 차량.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 노화와 관련된 파라미터는 상기 배터리의 온도, 상기 배터리의 저항 및 상기 배터리의 동작 시간 중 적어도 하나를 포함하는 차량.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하한 SOC는 상기 배터리의 전압이 미리 설정된 하한 전압인 경우의 SOC값인 차량.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정된 SOH 및 현재 SOC를 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 차량.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 업데이트된 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터에 기초하여 에너지 하한 SOC를 결정하고, 상기 배터리의 전압 및 상기 에너지 하한 SOC에 기초하여 배터리의 최대 사용 가능 에너지를 결정하는 차량.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리의 전압, 현재 SOC 및 에너지 하한 SOC에 기초하여 상기 배터리의 현재 사용 가능 에너지를 결정하는 차량.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 배터리의 최대 사용 가능 에너지 및 상기 배터리의 현재 사용 가능 에너지를 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 차량.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 에너지 하한 SOC는 상기 배터리의 전압이 미리 설정된 하한 전압인 경우의 보완 SOC값인 차량.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지부는 배터리의 방치시간을 측정하는 차량.
  11. 배터리의 전류 및 배터리의 전압을 측정하는 단계;
    상기 배터리의 노화와 관련된 파라미터에 기초하여 상기 배터리의 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터를 업데이트하는 단계;
    상기 업데이트된 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터에 기초하여 하한 SOC를 결정하는 단계;
    상기 하한 SOC에 기초하여 상기 배터리의 SOH를 결정하는 단계;
    상기 배터리의 전류, 상기 배터리의 전압 및 상기 SOH에 기초하여 현재 SOC를 결정하는 단계를 포함하는 차량의 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 현재 SOC를 결정하는 단계는, 상기 SOH에 기초하여 상기 기준 개방전압에 대응하는 SOC값을 보완 SOC값으로 변경하고,
    상기 배터리의 전류, 상기 배터리의 전압 및 상기 보완 SOC에 기초하여 상기 현재 SOC를 결정하는 차량의 제어 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 노화와 관련된 파라미터는 상기 배터리의 온도, 상기 배터리의 저항 및 상기 배터리의 동작 시간 중 적어도 하나를 포함하는 차량의 제어 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 하한 SOC는 상기 배터리의 전압이 미리 설정된 하한 전압인 경우의 SOC값인 차량의 제어 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 결정된 SOH 및 현재 SOC를 디스플레이부에 표시하는 단계를 더 포함하는 차량의 제어 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 업데이트된 기준 개방전압 데이터 및 기준 전압 변화량 데이터에 기초하여 에너지 하한 SOC를 결정하는 단계; 및
    상기 배터리의 전압 및 상기 에너지 하한 SOC에 기초하여 배터리의 최대 사용 가능 에너지를 결정하는 단계를 더 포함하는 차량의 제어 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 배터리의 전압, 현재 SOC 및 에너지 하한 SOC에 기초하여 상기 배터리의 현재 사용 가능 에너지를 결정하는 단계를 더 포함하는 차량의 제어 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 배터리의 최대 사용 가능 에너지 및 상기 배터리의 현재 사용 가능 에너지를 디스플레이부에 표시하는 단계를 더 포함하는 차량의 제어 방법.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 에너지 하한 SOC는 상기 배터리의 전압이 미리 설정된 하한 전압인 경우의 보완 SOC값인 차량의 제어 방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    배터리의 방치시간을 측정하는 단계를 더 포함하는 차량의 제어 방법.
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