KR20220078003A - 군용 배터리 수명 예측 장치 및 방법 - Google Patents

군용 배터리 수명 예측 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 군용 배터리 수명 예측 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 잔량, 배터리 건전성, 배터리 수명을 측정하고, 다양한 방식으로 사용자에게 알림 정보를 제공할 수 있는 군용 배터리 수명 예측 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치는 비휘발성 메모리를 포함하고, 배터리 충방전단자를 통해서 배터리 팩에 전원을 충방전시키고, 4핀으로 구성된 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 SOH 관련정보를 리드 및 라이트 하는 군용 충전식 배터리; 군용 충전식 배터리의 충방전을 제어하고, 비휘발성 메모리에 리드/라이트 하는 SOH 관련 정보를 관리하는 충전장치를 포함하고,
충전장치는 4핀 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 전원을 공급하고, 배터리의 SOH 관련 정보를 측정 및 산출하여 비휘발성 메모리에 리드/라이트 하고,
SOH 관련 정보는 배터리 내부 저항을 계산하고, 계산값과 배터리 초기 내부 저항값을 비교하여 배터리의 초기 대비 용량비를 산출하고,
산출된 배터리의 초기 대비 용량비가 일정 비율 이하로 떨어지면 배터리 교체 정보를 알림정보로 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

군용 배터리 수명 예측 장치 및 방법{Military battery life prediction device and method}
본 발명은 군용 배터리 수명 예측 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 잔량, 배터리 건전성, 배터리 수명을 측정하고, 다양한 방식으로 사용자에게 알림 정보를 제공할 수 있는 군용 배터리 수명 예측 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
충전식 리튬이온 전지는 다양한 분야에서 많이 활용되는 구성 중 하나이다. 최근들어 배터리 용량 증대를 위한 많은 기술적 진보가 이루어지고 있으나 이에 반해서 배터리 용량 증대로 인한 에너지 밀도가 증대됨에 따라 배터리의 폭발 및 화재와 같은 안전에 대한 위험성도 높아지고 있는 실정이다.
종래 군용 충전식 배터리는 배터리 잔량(State Of Charge; SOC, 충전량, 잔존량)에 대해서는 사용자에게 알림정보를 제공하고 있다. 그러나 배터리의 건전성(State Of Health ; SOH)이나 배터리의 수명(State Of Life ; SOL) 등에 대해서 사용자 알림 정보를 제공하고 있지 못하다.
특히, 군용 무전기 등에 장착되어 운용되는 충전식 배터리는 현재, 배터리 잔존량(충전상태)에 대한 정보만을 사용자 알림 정보로 제공하고 있다. 그러나 이러한 정보만으로는 산악지형, 혹서기, 혹한기 등 운용 환경이 열악한 군용 무전기와 함께 사용되는 배터리에 대해서 안전성을 보장하기가 어려운 문제점이 있다.
또한, 충전식 배터리는 화학전지이므로 저온 또는 고온 등의 온도에 민감하고, 특히 배터리 수명이 열화될수록 충전이나 방전시 더욱 민감하게 반응하여, 화재나 폭발 위험에 따른 문제점이 있다.
따라서 본 발명에서는 배터리의 안전성에 대한 방안으로 현재 배터리 노화상태, 건전성 등의 배터리 상태정보를 다양한 방식으로 사용자에게 제공하여 배터리를 사용하는 장비 및 사용자에 대한 보호 방안을 마련할 필요성이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 열악한 환경에서 운용되는 장비와 같이 사용되는 군용 충전식 배터리의 잔량, 배터리 건전성, 배터리 수명을 측정하고, 다양한 방식으로 사용자에게 알림 정보를 제공할 수 있는 군용 배터리 수명 예측 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치는 비휘발성 메모리를 포함하고, 배터리 충방전단자를 통해서 배터리 팩에 전원을 충방전시키고, 4핀으로 구성된 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 SOH 관련정보를 리드 및 라이트 하는 군용 충전식 배터리; 군용 충전식 배터리의 충방전을 제어하고, 비휘발성 메모리에 리드/라이트 하는 SOH 관련 정보를 관리하는 충전장치를 포함하고,
충전장치는 4핀 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 전원을 공급하고, 배터리의 SOH 관련 정보를 측정 및 산출하여 비휘발성 메모리에 리드/라이트 하고,
SOH 관련 정보는 배터리 내부 저항을 계산하고, 계산값과 배터리 초기 내부 저항값을 비교하여 배터리의 초기 대비 용량비를 산출하고,
산출된 배터리의 초기 대비 용량비가 일정 비율 이하로 떨어지면 배터리 교체 정보를 알림정보로 제공하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 비휘발성 메모리는 배터리 출하시 초기 내부 저항값을 저장하는 초기정보와, 충전장치를 통해서 측정 및 산출된 SOH 관련 정보를 할당된 번지에 저장하고,
SOH 관련 정보는, 배터리 개방전압, 배터리 외부 부하저항, 외부 부하 전압, 계산된 배터리 내부 저항, 배터리 초기 대비 용량비, 배터리 상태 업데이트 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 배터리 초기 대비 용량비는 [수학식 2]에 의해서 계산되는 것을 특징으로 한다.
[수학식 2]
SOH [%] = α * Rcal internal / Rinternal * 100 (%)
여기서 Rcal internal 은 측정된 정보로부터 산출되는 배터리 내부 저항값이고, Rinternal 은 제조사에게 제공된 초기 내부 저항값이다. 그리고 α는 1 또는 오차 보정계수이고, 실험에 의해 결정된 설정값이다.
바람직하게는 비휘발성 메모리에 저장되는 SOH 관련 정보는, 배터리 개방전압을 DVM(digital voltmeter ; 디지털 전압계)을 이용하여 측정하고,
배터리 개방전압 측정 후, 충전이 없는 상태에서 배터리 부하전압을 측정하고,
측정된 배터리 개방전압, 배터리 부하전압에 기반하여 배터리 내부 저항을 계산하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 배터리 부하전압 측정을 최소 3회 이상 측정하고, 평균 전압으로 배터리 내부 저항을 계산하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 비휘발성 메모리는 클럭단자, 데이터단자, 전원단자, 그라운드 단자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 충전장치는 배터리의 충전과 방전을 제어하고, 배터리의 상태정보를 측정하는 측정부; 비휘발성 메모리와 4핀 배터리 상태정보 입출력단자로 연결되고, 측정부의 측정값과 배터리에 저장된 정보에 기반하여 배터리의 초기 대비 용량비를 계산하고, 비휘발성 메모리의 할당된 번지에 SOH 관련정보를 기록하는 저장부; 배터리에 SOH 관련정보 기록을 위한 정보 입력과 SOH 관련정보의 표시를 수행하는 사용자 연동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 사용자 연동부는, 배터리의 초기 대비 용량비가 70% 이하로 떨어지면, 배터리 교체 알림 정보를 표시하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 군용 충전식 배터리는 착탈식으로 구성되어 충전장치와 연결 또는 분리가 가능한 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 충전장치는 디지털 무전기인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 방법은 군용 충전식 배터리는, 비휘발성 메모리를 포함하고, 배터리 충방전단자를 통해서 배터리 팩에 전원을 충방전시키고, 4핀으로 구성된 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 SOH 관련정보를 리드 및 라이트 하고,
충전장치에서, 비휘발성 메모리에 리드/라이트 하는 SOH 관련 정보를 관리하기 위한 SOH 예측 모드를 운용하는 단계; 4핀 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 전원을 공급하고, 배터리의 SOH 관련 정보를 측정 및 산출하여 비휘발성 메모리에 리드/라이트 하는 단계; 배터리의 SOH 관련정보는 배터리 내부 저항을 계산하고, 계산값과 배터리 초기 내부 저항값을 비교하여 배터리의 초기 대비 용량비를 산출하는 단계; 산출된 배터리의 초기 대비 용량비가 일정 비율 이하로 떨어지면 배터리 교체 정보를 알림정보로 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 비휘발성 메모리는 배터리 출하시 초기 내부 저항값을 저장하는 초기정보와, 충전장치를 통해서 측정 및 산출된 SOH 관련 정보를 할당된 번지에 저장하고,
SOH 관련 정보는, 배터리 개방전압, 배터리 외부 부하저항, 외부 부하 전압, 계산된 배터리 내부 저항, 배터리 초기 대비 용량비, 배터리 상태 업데이트 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 배터리 초기 대비 용량비는 [수학식 2]에 의해서 계산되는 것을 특징으로 한다.
[수학식 2]
SOH [%] = α * Rcal internal / Rinternal * 100 (%)
여기서 Rcal internal 은 측정된 정보로부터 산출되는 배터리 내부 저항값이고, Rinternal 은 제조사에게 제공된 초기 내부 저항값이다. 그리고 α는 1 또는 오차 보정계수이고, 실험에 의해 결정된 설정값이다.
바람직하게는 비휘발성 메모리에 저장되는 SOH 관련 정보는, 배터리 개방전압을 DVM(digital voltmeter ; 디지털 전압계)을 이용하여 측정하고,
배터리 개방전압 측정 후, 충전이 없는 상태에서 배터리 부하전압을 측정하고,
배터리 내부 저항은 [수학식 1]에 의해서 계산되는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Rcal_internal = Rload * (Voc - Vload)/Vload
여기서 Rcal_internal = 내부저항, Voc = 배터리 개방전압, Rload = 부하저항, Vload = 부하전압을 나타낸다.
바람직하게는 배터리 부하전압 측정을 3회 이상 측정하고, 평균 전압으로 배터리 내부 저항을 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 방법은 군용 충전식 배터리는, 비휘발성 메모리를 포함하고, 배터리 충방전단자를 통해서 배터리 팩에 전원을 충방전시키고, 4핀으로 구성된 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 SOH 관련정보를 리드 및 라이트 하고,
충전장치에서, 배터리의 출하 직후, 초기 충전구간별 충전 소요시간을 측정하여 비휘발성 메모리에 라이트하는 단계; 비휘발성 메모리에 SOH 관련 정보를 관리하기 위한 SOH 예측 모드를 운용하는 단계; 4핀 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 전원을 공급하고, 배터리의 SOH 관련 정보를 측정 및 산출하여 비휘발성 메모리에 리드/라이트 하는 단계; SOH 예측 모드에서, 배터리의 충전을 제어하되, 배터리의 충전 소요시간을 측정하는 단계; 측정된 충전 소요시간과 측정된 구간에 대응되는 초기 충전 소요시간을 비교하고, 초기 대비 용량비가 일정 비율 이하로 떨어지면 배터리 교체 정보를 알림정보로 제공하는 단계를 포함하고,
배터리의 충전구간은, 방전종지전압에서 만충전전압까지의 충전에 소요되는 시간을 충전전압에 기반해서 일정수의 구간으로 구분하고,
배터리의 충전 소요시간은, 배터리의 잔량 측정전압에 기반해서 진입한 구간보다 1보다 큰 상위 구간에서부터 배터리 만충전이 이루어지기까지 소요된 시간인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 배터리의 충전 소요시간을 측정하는 단계는 정전류 충전모드에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 배터리의 충전구간은 충전전압을 기반으로 구간(예시 10구간)을 나누어 수행할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 비휘발성 메모리는 배터리 출하시 측정된 초기 충전구간별 충전 소요시간에 따른 초기정보와,
충전장치를 통해서 측정 및 산출된 SOH 관련 정보를 할당된 번지에 저장하고,
SOH 관련 정보는, 배터리 상태 업데이트 정보, 측정된 충전 소요시간, 배터리 초기 대비 용량비를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 배터리 초기 대비 용량비가 70% 이하로 떨어지면, 배터리 교체 알림 정보를 표시하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 방법은 군용 충전식 배터리는 비휘발성 메모리를 포함하고, 배터리 충방전단자를 통해서 배터리 팩에 전원을 충방전시키고, 4핀으로 구성된 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 SOH 관련정보를 리드 및 라이트 하고,
충전장치에서 비휘발성 메모리에 리드/라이트 하는 SOH 관련 정보를 관리하기 위한 SOH 예측 모드를 운용하는 단계; 4핀 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 전원을 공급하고, 배터리의 SOH 관련 정보를 측정 및 산출하여 비휘발성 메모리에 리드/라이트 하는 단계; 배터리의 충전횟수를 누적 카운팅하고, 제조사에서 제공되는 최대 충방전 횟수와 비교하여 배터리의 초기 대비 용량비를 산출하는 단계; 배터리의 방전횟수를 누적 카운팅하고, 제조사에서 제공되는 최대 충방전 횟수와 비교하여 배터리의 초기 대비 용량비를 산출하는 단계; 산출된 배터리의 초기 대비 용량비가 일정 비율 이하로 떨어지면 배터리 교체 정보를 알림정보로 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 비휘발성 메모리는 1 사이클 내 충전 비율, 충전 사이클 횟수, 충전기준 노화정도를 충전정보로 할당된 주소에 저장하고,
비휘발성 메모리는 1사이클 내 방전 비율, 방전 사이클 횟수, 방전기준 노화정도를 방전정보로 할당된 주소에 저장하고,
충전기준 노화정도는 [수학식 4]에 의해서 계산되고,
방전기준 노화정도는 [수학식 5]에 의해서 계산되는 것을 특징으로 한다.
[수학식 4]
SOH[%]charge = α * 충전 사이클 횟수(Charge_Cycle_Cnt) / 최대 충방전 사이클 횟수(MAC_CYCLE) *100
[수학식 5]
SOH[%]dcharge = α * 방전 사이클 횟수(Dcharge_Cycle_Cnt) / 최대 충방전 사이클 횟수(MAC_CYCLE) *100
수학식 4와 수학식 5에서 α 값은 1 또는 오차 보정계수이고, 실험치에 근거하여 기설정된 값이다.
바람직하게는 충전기준 노화정도와 방전기준 노화정도 중에서 큰 값으로 메모리에 저장하고 사용자 알림정보를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 열악한 환경에서 운용되는 군 무전기와 함께 사용되는 군용 충전식 배터리에 대한 안전성을 확보하고, 현재 배터리 상태에 대한 알림을 다양한 방식으로 사용자에게 제공하여, 배터리와 함께 운용되는 장비 및 사용자를 보호하는 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명은 군용 무전기와 함께 사용되는 배터리에 적용하고 있다. 이는 군용 무전기가 대부분 산악/해상 등, 환경이 열악한 상황에서 운용될 수 밖에 없고, 군용 무전기에 전원을 공급하는 배터리의 불안전성은 아군에게 실질적인 피해를 주게 되므로 이러한 문제를 미연에 방지하기 위함이다. 따라서 본 발명은 배터리의 수명을 예측하고 사용자에게 알려주고, 또한 배터리 수명 열화로 인하여 발생될 수 있는 화재/폭발의 위험성을 미리 방지하여 배터리와 장비의 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 군용 무전기와 함께 사용되는 배터리에 적용하되, 배터리는 군용 무전기에 착탈식으로 설치가 이루어진다. 이 경우, 군용 무전기와 분리된 배터리가 다른 단말(또는 다른 무전기)에 연결되어 사용되더라도 배터리 내부의 비휘발성 메모리로부터 SOH 관련 정보를 획득 가능하게 된다. 따라서 배터리와 연결된 다른 무전기가 배터리의 상태를 확인하고, 사용자 알람을 제공하는 것이 가능해진다.
이 외에도 본 발명의 배터리 내부의 비휘발성 메모리는 외부에서 전원이 공급되어 사용되도록 하고 있다. 즉, 배터리를 사용하지 않은 상태에서 비휘발성 메모리의 소모 전력으로 인한 자연 방전되는 것을 방지하고 있다.
그리고 본 발명은 SOH 측정을 수행함에 있어서, 배터리 내부 저항 추정을 통한 배터리 SOH 산출, 배터리 충전시간 측정을 통한 배터리 SOH 산출, 배터리 충전횟수를 통한 배터리 SOH 산출을 수행하고 있다. 그리고 각각의 SOH 산출을 위한 배터리 SOH 관련정보를 비휘발성 메모리에 저장하고 있다. 본 발명은 SOH 산출을 수행함에 있어서 위 3가지를 모두 이용할 수 있도록 비휘발성 메모리에 맵(도 8, 도 10, 도 12의 저장영역)을 모두 구성하고, 제어 동작(도 7, 도 9, 도 11의 동작 흐름도)을 모두 구비한다. 이러한 구성을 통해서 본 발명은 다양한 SOH 측정 결과를 기반으로 사용자 알람을 제공할 수 있고, 더 많은 정보를 기반으로 SOH를 예측하므로 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치의 개념도를 도시하고 있다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 디지털 무전기와 배터리의 관계도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치에서 배터리 내부저항값 추정을 통한 SOH 예측의 개념도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치에서 배터리 충전시간 측정을 통한 SOH 예측의 개념도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치에서 충전식 배터리의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전식 배터리의 상세 구성도를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치에서 배터리 SOH 예측의 제어 구성도를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치에서 배터리 내부저항 추정을 통한 배터리 SOH 예측의 제어 흐름도를 도시하고 있다.
도 8은 도 7의 실시예에 따른 메모리(270)에 저장되는 SOH 측정 정보의 일 실시예를 도시하고 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치에서 배터리 충전시간을 이용한 SOH 예측을 위한 제어 흐름도를 도시하고 있다.
도 10은 도 9의 실시예에 따른 메모리(270)에 저장되는 SOH 측정 정보의 일 실시예를 도시하고 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치에서 배터리 충전횟수를 이용한 SOH 예측을 위한 제어 흐름도를 도시하고 있다.
도 12는 그에 따른 배터리 저장 정보의 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"와 "기", "모듈"과 "부", "유닛"과 "부", "장치"와 "시스템", "단말"과 "노드"와 "디지털 무전기" 등은 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
본 발명의 배터리의 상태 및 수명을 예측할 수 있는 장치를 제안한다. 본 발명은 배터리 노화상태를 측정하고, 업데이트 할 수 있는 장치를 필요로 한다. 본 발명은 측정된 정보를 전원이 없는 상태에서도 저장하고 유지할 수 있는 저장장치(비휘발성 메모리)를 필요로 한다. 본 발명은 저장된 정보를 이용하여 노화 정도를 표시하고 사용자에게 알림정보를 제공할 수 있는 장치를 필요로 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치의 개념도를 도시하고 있다.
배터리의 상태에 대한 인자는 배터리 충전량과 잔존량을 나타내는 SOC(State Of Charge), 배터리의 건전성, 노화정도를 나타내는 SOH(State Of Health ; SOH), 그리고 배터리의 수명(State Of Life ; SOL)이 포함된다.
배터리의 수명은 충전과 방전을 반복하면서 일반적으로 초기 용량 대비 80% ~70%(제조사에 따라서 조금씩 상이함)의 이하로 용량이 떨어지게 되면 수명이 다한 것으로 판단한다.
배터리의 수명을 예측하기 위한 방법은 다양하다. 본 발명에서는 배터리의 노화정도를 판단하기 위한 다양한 방안들을 제공하고, 측정된 정보 또는 측정된 정보기반 노화정도에 대한 정보를 배터리 내부의 비휘발성 메모리에 저장한다. 그리고 메모리에 저장된 정보를 확인 가능한 단말이나 장비를 이용하여 현재 배터리의 노화정도를 예측하고, 이를 기반으로 사용자 알림정보를 제공한다.
본 발명의 배터리는 충전기(또는 충전장치)와 연결 가능하다. 그리고 충전기를 통해서 배터리의 충전을 조절하고, 배터리로부터 SOH 관련정보를 읽어와서 SOH 관련정보를 표시기에 표시할 수 있다.
또한, 본 발명의 배터리는 단말과 연결 가능하다. 여기서 단말은 도 1b에 도시되는 디지털 무전기가 하나의 실시예가 될 수 있다. 배터리는 단말과 연결되어서 단말로 전원을 공급하고, 단말을 통해서 배터리로부터 SOH 관련정보를 읽어와서 SOH 관련정보를 표시할 수 있다.
군 무전기에서 사용하는 충전식 배터리는 화학전지로서, 내부에 구성되는 양극제/음극제/전해질 등의 구성에 따라 초기 기전력과 내부 저항값은 상이하게 구성된다. 배터리의 노화로 인해 나타나는 현상은 배터리 내부저항이 증가하여, 노화가 진행되면서 충전되는 용량이 최초 용량 대비 줄어드는 것이다.
충전식 배터리마다 조금씩 다르기는 하지만, 충전식 리튬이온 또는 리튬폴리머 배터리는 최초 용량 대비 약 80% ~70% 정도로 줄어들게 되면 배터리 교체시점으로 권고한다. 따라서 노화에 따라 증가되는 배터리 내부저항을 측정하면, 배터리의 노화상태를 판단 가능하다.
추가로 배터리 노화 정도를 진행시키는 요인으로는 운용 환경의 온도조건, 충전전압, 과충전과 과방전, 방전률 그리고 방전 심도 등이 있고, 이러한 조건에 따라 노화가 진행되는 상태는 달라진다. 또한 배터리의 보관 조건(온도 등)에 따라서도 노화의 진행 정도가 달라진다. 이러한 다양한 요소들은 배터리의 수명을 정확하게 예측하기 어렵게 만드는 요소이기도 하다.
따라서 본 발명에서는 노화정도 판단을 어렵게 하는 요소를 최소화할 수 있는 방안으로서 CC-CV(Constant Current-Constant Voltage, 균일한 부하 조건하 충전, 상온 충전) 충전을 하는 충전기를 활용하여 노화 정도(SOH)를 판단하고, SOH 정보나 예측을 위해 사용된 측정 정보를 배터리 내부에 내장된 비휘발성 메모리에 저장한다. 그리고 배터리 내부에 저장된 정보를 해석할 수 있는 단말에서 저장된 정보를 이용하여 노화상태를 확인하고, 사용자에게 알림정보를 제공한다. 사용자 알림정보는 배터리를 사용하는 전 구간(충전/방전 포함)에서 배터리의 노화 수준을 사용자에게 제공한다.
따라서 본 발명은 배터리를 사용하는 사용자에게 배터리 노화에 대하여 신속하게 알림정보를 제공하고, 적절한 교체 시점을 예측할 수 있도록 한다. 또한 사용시에 문제가 발생할 수 있는 배터리 여부를 사용자에게 알림 제공하고, 무분별한 배터리 사용에 따른 위험(전지 폭발 및 화재)으로부터 장비와 운용자 모두를 보호하는 것이 가능해진다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 디지털 무전기와 충전식 배터리의 관계도를 도시하고 있다.
본 발명에 따른 디지털 무전기는 음성, 영상, 문자, 위치정보 등 다양한 데이터를 무선 주파수를 이용하여 송수신 한다. 무전기는 PTT(Push To Talk)를 사용하는 단방향(Half Duplex) 방식으로 특정 무전기가 정보를 송신하는 동안 다른 무전기는 정보를 수신하며, 무전기 간의 전송 방향은 전환될 수 있다. 디지털 무전기는 필요에 따라 양방향(Full Duplex) 방식으로 통신할 수 있다.
디지털 무전기는 IP(Internet Protocol) 기반으로 네트워크의 주소를 정의하여 패킷을 전달하고 라우팅을 수행한다. 디지털 무전기는 개별 통신(일대일 통신), 그룹 통신(일대 다 통신) 및 방송 통신을 수행할 수 있다. 디지털 무전기는 스스로 네트워크를 구성하면서 정보를 송수신할 수 있는 경로를 제공한다. 디지털 무전기는 이동하면서 연결이 끊기지 않도록 자동 중계(Ad-hoc)로 연결될 수 있고 이를 통해 통신 거리를 연장할 수 있다.
디지털 무전기는 안테나를 통해서 다른 단말들과 음성 및 문자 등의 정보를 송수신한다. 디지털 무전기는 안테나를 통해서 수신되거나 안테나를 통해서 송신되는 음성 및 데이터의 처리를 위하여 무선신호의 송수신처리를 수행하는 무선 송수신부를 포함한다. 무선 송수신부는 전기 신호를 무선 주파수 신호로 변환하거나 무선 주파수 신호를 전기 신호로 변환하고, 다양한 통신 프로토콜을 이용하여 다른 디지털 무전기와 통신을 수행한다.
디지털 무전기는 디지털 무전기의 운용에 필요한 프로그램, 명령어 세트, 송수신데이터 등을 저장하는 저장부를 포함한다. 저장부는 장착과 분리가 가능하고, 저장 데이터를 영구 저장 가능한 비휘발성 영역과 저장 데이터를 갱신 저장 가능한 휘발성 영역으로 구분가능한 메모리 칩을 이용하여 구현하는 것이 바람직하다.
디지털 무전기는 무전기 운용에 필요한 소프트웨어 및 명령어 세트를 실행하고, 디지털 무전기의 다양한 기능 수행을 제어하기 위하여 주파수, 채널, 음량 등을 제어하는 제어장치를 포함한다. 제어장치는 내부 운용 프로그램을 업데이트 기능을 탑재한 프로세서 모듈을 사용하는 것이 바람직하다.
디지털 무전기는 스피커, 마이크, 표시창, 키패드를 더 포함하고 있다. 스피커는 전기신호를 음성신호로 변환하여 음성신호를 출력한다. 그리고 디지털 무전기는 진동부(도시하지 않음)를 추가적으로 더 포함할 수 있고, 진동부는 디지털 무전기 내부에 반추를 규칙적 또는 불규칙적으로 회전시켜 디지털 무전기를 진동시킨다.
마이크는 사용자의 음성신호를 전기신호로 변환한다. 마이크는 PTT(Push To Talk) 회로를 포함할 수 있고, PTT 회로를 통하여 음성 신호의 송수신을 제어할 수 있다. 일정 크기 이하의 음성이 입력되는 경우에 음성 신호를 증폭할 수 있고, 반대의 경우도 가능하다. 디지털 무전기는 사진이나 영상을 촬영하여 정보를 입력받는 카메라를 추가로 포함할 수 있다.
표시창은 시각적인 정보를 제공한다. 표시창은 화면을 통해 정보를 표시하며, 다양한 디스플레이 패널로 구현될 수 있다. 디지털 무전기는 라이트를 추가로 포함할 수 있다. 라이트는 색을 변화시키거나 깜박거림으로 정보를 제공할 수 있다.
키패드는 하나의 키를 눌러 입력받는 버튼, 복수의 키를 눌러 입력받는 키보드, 터치센서를 이용하여 정보를 입력받는 터치센서 등으로 구현될 수 있다. 키패드는 문자, 방향, 숫자 등에 매칭되고, 두 개의 키가 조합되어 다른 기능을 수행할 수도 있다. 키패드는 누름 방식뿐만 아니라 회전 방식, 슬라이드 방식 등으로 구현될 수 있다.
디지털 무전기의 표시창과 키패드는 GUI(graphical user interface)를 이용해서 구현될 수 있다.
본 발명의 디지털 무전기는 디지털 무전기 내 전원을 필요로 하는 각 구성요소로 전원을 공급하는 충전식 배터리와 연결되어서 사용된다. 따라서 디지털 무전기의 제어장치는 충전식 배터리의 배터리 팩의 충방전을 제어하고, 비휘발성 메모리에 배터리 관련된 SOH 정보를 관리하는 기능을 추가적으로 수행할 수 있다. 따라서 도시된 디지털 무전기는 도 1a에 도시된 충전기와 단말의 기능을 모두 또는 일부 포함할 수 있다. 또한 도시된 디지털 무전기는 도 6에 도시되는 충전기의 기능을 모두 또는 일부 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치에서 배터리 내부저항값 추정을 통한 SOH 예측의 개념도를 도시하고 있다.
배터리의 수명은 초기 최대 충전 용량 대비 현재 최대 충전 용량과의 비로서 측정된다. 이러한 충전식 배터리의 용량은 (a)에 도시하고 있는 바와 같이, 직류 전압원(기전력)과 내부저항으로 표시 가능하다. 그리고 외부에 부하가 연결된 회로는 (b)에 도시한 바와 같은 등가회로로 표시된다. 또한 내부 저항 증가에 따른 배터리 용량 감소는 (c)에 도시한 바와 같은 특성도를 갖는다.
따라서 본 발명은 충전기에서 부하전압 측정을 통하여 배터리 용량을 추정하는 것이 가능해진다.
[수학식 1]
Rcal_internal = Rload * (Voc - Vload)/Vload
여기서 Rcal_internal = 계산된 내부저항, Voc = 배터리 개방전압, Rload = 부하저항, Vload = 부하전압을 나타낸다.
[수학식 1]은 배터리의 내부저항값을 추정하기 위한 것이다. 배터리 개방전압은 DVM(digital voltmeter ; 디지털 전압계) 등을 이용하여 개방전압을 측정한다. 부하전압은 외부에 부하(저항값)을 연결하여 측정이 가능하다. 따라서 [수학식 1]을 이용하여 배터리 내부저항을 추정할 수 있다. 또한, 배터리 자체의 최초 내부 저항값은 단위 전지의 제조사로부터 정보를 제공받을 수 있다.
본 발명은 상온 상태에서 CC-CV(정전류, 정전압) 충전을 하는 충전기에 충전 기능 외에 배터리 용량 추정을 할 수 있는 기능을 추가하고, 온도 변화가 적은 상온상태에서 부하가 고정된 방식(정전류)으로 측정하여 측정에 따른 변수를 최소화 할 수 있다. 그리고 충전기에서 상기 [수학식 1]을 이용하여 배터리의 내부저항 값을 추정한 정보를 이용하여, 최초 내부저항과 현재의 내부저항 값의 변화율로서 SOH(노화정도)를 예측할 수 있다.
또한, 본 발명은 측정되고 예측된 정보는 배터리 내부에 추가 구성된 비휘발성 메모리에 저장하고, 외부에서 배터리에 저장된 정보를 해독할 수 있는 장비를 이용하여, 배터리의 노화정도를 확인하고, 사용자에게 알림정보를 제공한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치에서 배터리 충전시간 측정을 통한 SOH 예측의 개념도를 도시하고 있다.
본 발명은 배터리의 특정구간의 충전 소요시간을 이용할 수 있다. 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 충/방전 횟수에 따른 배터리의 충전시간에 따라 충전되는 충전곡선이 다르게 나타난다.
도시된 바와 같이, 노화가 진행됨에 따라 배터리의 방전곡선은 적색에서 흑색으로 왼쪽으로 시프트 되는 것을 볼 수 있다. 즉, 노화가 진행될 수록 CC 충전구간에서는 전압이 점점 변화하는 형태의 기울기가 점점 커짐으로 인해 CV 충전으로 천이되는 시간이 짧아지는 것을 볼 수 있다. 따라서 이러한 노화가 진행되는 상태, 즉 CC구간에서 CV구간으로 천이되는 시간을 최초에 천이되는 시간과 비교를 통해서 배터리의 SOH를 감시 가능하다.
도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 정전류 충전구간에 흑색으로 도시된 그래프에서, 4볼트에서 CV 충전으로 변하는 4.2볼트까지 변화되는 시간은 T120사이클이고 약 1200초(1800-600) 정도가 소요된다. 반면에 적색으로 도시된 그래프에서, 4볼트에서 4.2볼트까지 변화되는 시간은 T30사이클이고 약 1700초(3300-1600) 정도가 소요되고 있으므로, 노화가 진행된 배터리의 경우 CC 충전시간이 짧아지는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 SOH 측정 방법으로 충전시간을 이용할 경우, 배터리의 충전시 충전상태에 진입하는 배터리의 잔량이 모두 상이할 수 있다. 즉, 충전 시작전압이 다를 수 있으므로 가능한 높은 전압구간에서 SOH 측정이 이루어지도록 구간을 설정하는 것이 바람직하다. 이것은 낮은 전압구간에서 SOH 측정을 수행할 경우, 배터리 전압이 설정된 전압범위보다 높은 상태에 있으면, SOH 측정이 불가능한 문제를 미리 방지하기 위함이다. 이와 같이 본 발명에서는 충전시간을 이용하여 최초의 충전에 소요된 시간과의 비율을 상대적으로 비교하고, 현재의 배터리의 SOH를 추정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로 군용 배터리 수명 예측 방법은 배터리의 충전횟수 또는 방전횟수를 카운팅하여 SOH를 예측하는 것이 가능하다.
배터리의 1회 충전사이클 기준 설정을, 방전종지전압에서부터 만충전전압까지 충전시 1회로 하고, 방전은 만충전전압에서부터 방전종지전압까지 방전시 1회의 방전으로 정의한다. 본 발명에서는 정의된 충전과 방전의 횟수를 계산하고, 제조사에서 권고하는 충전/방전 횟수와 비교하여 교체시점을 예측하는 방법이다.
통상적으로 소형 이차전지(리튬이온 배터리)의 경우, 제조사 별로 상이하지만 대략적으로 만충전과 완전 방전 기준으로 약 500회 정도가 수행되면, 최초 용량대비 70% 정도로 노화된다고 설명된다. 따라서 제조사는 이 시점에서 배터리 교체를 권고한다.
따라서 본 발명에서는 충방전 횟수를 지속적으로 비휘발성 메모리에 누적 저장하고, 만충전과 완전방전 횟수를 누적 계산하여 권고하는 충방전 횟수 대비 현재의 누적된 충방전 횟수를 비교하고, 배터리 수명을 예측하면 배터리의 노화정도를 추정할 수 있다.
이와 같이 충전기에서 측정하고 예측한 노화정보(SOH)를 배터리 내부에 포함하고 있는 비휘발성 메모리에 저장한다. 그리고 비휘발성 메모리에 저장된 정보를 해석할 수 있는 단말을 이용하여, 배터리의 노화상태를 분석, 판단한다. 즉, 본 발명은 분석된 상태에 따라서 노화정도를 판단하고, 화재나 폭발의 위험을 사전에 방지할 수 있도록 배터리의 운용을 안전하게 도모하는 것이 가능하다.
다음, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치에서 충전식 배터리의 개략도이다.
본 발명의 충전식 배터리는 리튬이온 배터리를 단위셀 또는 집합전지(직/병렬 구성) 형태로 구성할 수 있다. 본 발명의 충전식 배터리는 충전과 방전을 위한 전원단자(전원단자와 전자 그라운드 포함)인 2핀 단자를 포함한다. 그리고 본 발명은 충전식 배터리에 내장된 비휘발성 메모리에 배터리 상태 정보를 라이트(write 또는 기록)하고, 리드(read 또는 읽기)하여 해당 정보를 활용할 수 있도록 4핀의 배터리 상태 저장/제공 단자를 포함한다. 이는 4핀 단자를 통해서 외부에서 배터리 내부의 메모리에 접근이 가능할 수 있도록 하고, 추가적으로 외부에서 4핀 단자를 통해서 외부에서 비휘발성 메모리에 전원을 공급할 수 있도록 하여, 불필요한 배터리의 전력소모를 최소화 할 수 있도록 구성한다. 이는 배터리 자체의 전원을 메모리에서 사용할 경우 배터리에서 자가방전율이 증가되어 배터리 운용시간의 감소가 발생할 우려가 있기 때문이다. 따라서 본 발명에서는 해당 메모리에 외부에서 정보를 리드/라이트할 경우에만 외부에서 직접 전원을 공급할 수 있도록 구성한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전식 배터리의 상세 구성도를 도시하고 있다.
도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 충전식 배터리는 외부 케이스(100) 안에 EEPROM을 이용한 비휘발성 메모리(120)와 단위 전지 또는 집합전지로 구성된 충전식 배터리(110)를 포함한다.
충전식 배터리(110)는 2개의 단자를 구비하고, 외부케이스(100)와 2개의 단자를 통해서 연결된다. 2개의 단자는 배터리 충전과 방전을 수행할 수 있는 단자, 그라운드 단자로 구성된다.
EEPROM(120)은 4개의 단자를 구비하고, 외부케이스(100)와 4개의 단자를 통해서 연결된다. 4개의 단자는 클럭단자, 데이터 단자, 전원단자, 그라운드 단자로 구성된다. 또한, EEPROM(120)은 2핀을 이용하여 충전식 배터리(110)의 그라운드 단자에 연결된다. EEPROM은 전원단자, 그라운드 단자를 통해서 외부에서 전원을 공급받고, 클럭단자와 데이터 단자를 통해서 데이터의 리드/라이트를 수행한다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 충전식 배터리 및 비휘발성 메모리는, 배터리 충/방전 단자 외에도 별도의 시리얼 버스 핀을 이용하여 비휘발성 메모리의 전원 공급단자를 구성한다. 따라서 이러한 구성에 기반해서 메모리에 저장된 정보를 이용하여 다양한 배터리 관리 시스템(Battery Management System : BMS)으로 이용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치에서 배터리 SOH 예측의 제어 구성도를 도시하고 있다.
충전기(200)는 CC-CV 형태로 고유의 충전기능 외에 별도의 운용모드로 배터리의 충전과 부하전류 및 부하전압을 측정하기 위한 배터리 충전 및 부하전류(Iload), 부하전압(Vload) 측정부(220 : 이하 "측정부"로 명명함)를 포함한다.
충전기는 측정부(220)에서 측정된 정보에 기반해서 SOH를 예측 또는 산출하고, 예측된 정보를 저장하는 SOH 예측 및 예측정보 저장부(240 : 이하 "저장부"로 명명함)를 포함한다.
또한, 충전기(200)는 배터리에서 읽어온 배터리 상태 정보를 표시하거나 배터리 상태정보와 관련된 정보를 배터리에 입력하기 위한 사용자 연동부(230)를 포함한다. 사용자 연동부(230)는 배터리 상태정보를 표시하는 표시창과 신호 입력을 위한 입력기(키패드)를 포함한다. 그리고 측정부(220)는 외부에서 인가되는 교류전압을 직류전압으로 변환하는 AC/DC 변환부(210)와 연결되어서, 변환된 직류전압을 리튬이온 배터리(250)에 충전시킨다.
리튬이온 배터리(250)는 배터리 측정부(220)를 통해서 전달되는 전원을 충전하는 배터리 팩(260)과, SOH 정보를 저장 및 관리하는 비휘발성 메모리(270)를 포함한다. 비휘발성 메모리(270)는 저장부(240)와 연결되어서 전원을 공급받고, SOH 정보를 관리한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치에서 배터리 내부저항 추정을 통한 배터리 SOH 예측의 제어 흐름도를 도시하고 있다.
본 발명의 배터리(250)에 포함된 비휘발성 메모리(270)는 도 5에 도시하고 있는 바와 같이, EEPROM을 이용 가능하다. 메모리(270)는 큰 용량을 필요로 하지 않는다. 메모리(270)에 저장되는 SOH 측정 정보의 일 실시예는 도 8에 도시하고 있다. 본 발명에서는 단순히 배터리 SOH 정보 외에도 배터리의 전체적인 배터리 관리 시스템을 위하여 해당하는 관련정보를 저장할 수 있도록 구성하고 있다.
본 발명에서 메모리(270)에 저장된 정보는 녹색 사각형으로 표시된 공통정보, 파란색 사각형으로 표시된 초기정보, 적색 사각형으로 표시된 SOH 정보 세가지로 구분 가능하다.
공통정보는, 제조사, 제조사 구분코드, 배터리 최초 제조된 연도 상위 바이트, 배터리 최초 제조된 연도 하위 바이트, 배터리 최초 제조월, 배터리 최초 제조일, 배터리 시리얼 넘버, 공칭전압, 공칭용량 등을 포함한다. 이러한 다수의 공통정보는 각각의 주소에 할당되어 저장된다. 공통정보는 제품 출하 단계에서 저장된 정보이고, 갱신되지 않는 정보이다.
초기정보는 배터리 내부 저항(Rinternal) 값을 포함한다. 즉, 저항의 단위 4비트와 배터리 내부 저항 상위 4비트를 표시하는 주소와, 배터리 내부 저항 하위 8비트를 표시하는 주소를 포함한다. 배터리 초기 내부 저항은, 제조사에서 제품 출하 단계에서 미리 결정된 값이다. 초기정보도 각각의 주소에 할당되어 저장되고, 초기정보는 제품 출하 단계에서 기설정된 값이다.
그리고 SOH 관련 정보는, 배터리 상태 업데이트 년도 상위 바이트, 배터리 상태 업데이트 년도 하위 바이트, 배터리 상태 업데이트 월, 배터리 상태 업데이트 일, 배터리 개방전압(충전기 GUI를 통한 사용자 측정값), 배터리 외부 부하저항(Rload, 저항 단위 4비트와 외부 부하저항 상위 4비트를 하나의 주소에 표시함-외부 부하저항을 측정한 값 또는 전압과 전류를 측정하고 계산된 외부 저항값 입력하여 저장), 배터리 외부 부하저항 하위 8비트, 충전기에서 측정한 부하전압(Vload), 계산된 내부 저항((Rcal_internal), 저항의 단위 4비트와 계산된 내부 저항 상위 4비트를 표시), 계산된 내부 저항 하위 8비트, 배터리 초기 대비 용량비(초기 내부 저항과의 현재 내부 저항의 비)를 포함한다. 다수의 SOH 관련 정보는 각각의 주소에 할당되어 저장된다. 빨간색 사각형 안에 표시된 SOH 관련 정보는 계속해서 갱신 저장되는 정보이다. 이와 같이 비휘발성 메모리(270)에 저장되는 SOH 관련정보 및 기타 배터리 관리 정보들은 도 8에 도시되고 있는 바와 같이 맵으로 구성하여 저장 가능하다.
먼저 본 발명은 배터리 수명을 예측하기 위한 SOH 예측 모드를 운용한다(300). SOH 예측 모드가 운용되면, 충전기(200)는 리튬이온 배터리(250)로부터 배터리 개방전압(Voc)과 배터리 초기 내부저항(Rint)을 읽어온다(310).
배터리 개방전압은 도 2에 도시하고 있는 바와 같이, DVM 등을 이용하여 측정할 수 있고, 이 측정된 값을 사용자 연동부(230)를 통해서 비휘발성 메모리(270)에 기록한 값이다. 그리고 배터리 초기 내부저항은 제조사에서 제품 출하시 결정되어 제공되는 값이다.
배터리 개방전압과 배터리 초기 내부저항이 초기값(null)인지를 판단하고(320), 초기값일 때 배터리 개방전압을 측정하고, 메모리(270)에 저장한다(330). 즉, 330에서는 충전기에서 측정부(220)를 통해서 리튬이온 배터리(250)의 개방전압을 측정한다. 측정부(220)에서 측정된 배터리 개방전압은 저장부(240)에 일시 저장되고, 저장부(240)를 통해서 비휘발성 메모리(270)의 해당 주소에 저장된다.
또한, 330에서는 배터리 초기 내부저항을 사용자 연동부(230)와 저장부(240)를 통해서 비휘발성 메모리(270)에 기록한다. 이때 배터리 초기 내부저항은, 제조사에서 제공된 배터리의 초기 저항값이고, 비휘발성 메모리(270)의 해당 주소에 저장된다.
다음, 충전기(200)는 도 2에서 설명한 바와 같이, 외부에 부하저항을 연결하고, 측정부(220)를 통해서 부하전압(Vload), 부하전류(Iload)를 측정한다. 이때 측정된 부하전압과 부하전류를 이용해서 부하저항(Rload)을 산출하고, 산출된 부하저항을 사용자 연동부(230)를 통해서 표시창에 표시한다(340).
그리고 340에서는 실제 연결된 외부의 부하저항값을 측정하고, 측정된 부하저항값과 340에서 산출된 부하저항값을 비교하고, 사용자 선택으로 부하저항값을 사용자 연동부(230)를 이용해서 비휘발성 메모리(270)의 해당 주소에 저장할 수 있다. 이때 부하전압도 메모리에 저장한다.
이와 같은 과정을 통해서 비휘발성 메모리(270)에는 배터리 초기 내부저항, 배터리 개방전압, 배터리 외부 부하 저항, 배터리 부하 전압이 저장되고, [수학식 1]을 이용하여 변화하는 내부저항을 산출할 수 있다. 즉, 충전기(200)는 [수학식 1]에 의해서 변화하는 내부저항을 산출하고, 메모리(270)에 계산된 내부저항(Rcal internal)으로 저장한다.
최종적으로 SOH 예측 및 저장부(240)는 충전식 배터리(250)의 SOH를 예측한다(350). 350에서는 배터리 내부 저항비(SOH)를 계산한다. 배터리 내부 저항비는 배터리의 초기 대비 용량비이고, 본 발명에서는 초기 내부 저항과 현재 내부저항과의 비로 결정하고 있고, [수학식 2]에 의해서 계산된다.
[수학식 2]
SOH = α * Rcal_internal / Rinternal * 100 (%)
여기서 Rcal_internal 은 측정된 정보로부터 [수학식 1]에 의해서 산출되는 배터리 내부 저항값이고, Rinternal 은 제조사에게 제공된 내부 저항값(또는 최초 측정된 배터리 내부 저항값을 이용할 수도 있다)이다.
그리고 α는 1 또는 오차 보정계수이고, 실험에 의해 결정된 설정값이다. 오차 보정계수는 다양한 배터리 셀의 특성을 고려하여 설정 가능하다. 또한 누적된 정보를 기반으로 SOH 산출의 정확도를 향상할 수 있도록 구성할 수 있다. 즉, 많은 통계 기반으로 데이터베이스가 확보되면, 오차 보정계수는 더욱 정확하게 설정 가능하다.
그리고 350에서 초기 대비 용량비가 70% 이하로 떨어지면, 사용자 연동부(230)에 배터리 교체를 알리는 알림 정보가 표시된다.
350에서 [수학식 2]에 의해서 산출된 SOH 정보, 업데이트 된 내부 저항값은 비휘발성 메모리(270)의 해당 메모리 번지에 저장된다(360).
그리고 330에서 배터리 수명을 예측하기 위한 SOH 예측 모드를 운용을 하지 않는 상태에서는 충전기(200)는 리튬이온 배터리(250)의 충전모드로 동작이 이루어진다(370).
도 7에 도시된 제어 흐름도의 동작 제어 과정에서 사용자 입력을 통해 입력된 초기 내부저항값과 부하저항값 등은 최초 1회 메모리(270)에 입력하고 지속적으로 사용 가능하다.
즉, 본 발명연 개방전압은 DVM을 이용하여 측정하고, 부하전압은 충전기(200)에서 측정하여 사용한다. 따라서 개방전압과 부하전압의 측정정보를 기반으로 변동되는 내부 저항값을 계산한다. 이와 같이 계산된 내부저항값과 초기 내부 저항값과의 비교를 통해서 초기 대비 용량인 SOH를 산출한다. 그리고 본 발명은 SOH 산출시에, 보정계수 α를 포함하므로서, 향후 온도 변화 등에 따른 해당 용량비 산정을 추가적으로 보정할 수 있도록 하고 있다.
본 발명에서 배터리의 충전상태(SOC)에 따라 개방전압이 달라지므로, 개방전압 측정 후 충전이 없는 상태에서 부하전압 측정이 수행되어야 하고, 이렇게 측정된 값을 기반으로 SOH에 대한 추정을 수행해야 한다.
그리고 본 발명의 충전기에서 부하전압 측정시에 1회 측정보다는 최소 3회 이상의 특정을 통하여 평균전압을 이용하여 내부 저항값을 예측하는 것이 바람직하다. 이는 다수의 측정된 값 중에서 최대값과 최소값을 제외한 평균값을 이용하는 것이 측정의 오차를 줄일 수 있기 때문이다.
다음, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치에서 배터리 충전시간을 이용한 SOH 예측을 위한 제어 흐름도를 도시하고 있다.
일반적으로 충전식 리튬이온 전지의 방전 특성은 어느 특정 전압 이하에서는 급격한 전압 강하가 발생할 수 있다. 따라서 전압 강하가 발생할 수 있는 방전 종지 전압을 제조사에서 제공하는 전압보다 높게 설정하여 운용하는 것이 바람직하다.
배터리는 노화에 따라 내부저항의 증가가 발생하면, 만충전시에도 배터리 내부에서의 내부저항 증가에 따라 내부 전압에 따른 전압강하가 증가한다. 즉, 만충전되는 전압이 고정된 충전기는 결국 만충전시의 용량 저하가 발생하고, 이는 배터리 충전에 소요되는 시간을 단축시킨다. 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 초기 배터리 대비 노화가 진행된 배터리의 충전에 소요되는 시간은 감소되므로, 배터리의 충전에 소요된 시간의 비율로 SOH 예측이 이루어질 수 있다.
즉, 제조된 최초의 100% 용량의 배터리에 대한 충전시간 정보를 측정하여 비휘발성 메모리에 저장한다. 여기서 충전시간은 구간을 나누어 측정하고, 해당 정보에 대한 토탈시간을 포함한 정보를 저장하여 향후 충전시마다 해당 정보 기반 비교를 통해 배터리 용량을 확인할 수 있도록 구간별 정보를 저장한다. 본 발명에서는 제조사에서 제공하고 있는 방전종지전압(Cut-off voltge)에서 CC 충전이 완료되는 구간까지의 충전에 소요되는 구간별 시간을 초기에 저장하고, 이후 측정되는 충전에 소요되는 시간값과의 비율 기반으로 배터리의 노후화 상태를 예측한다(여기서 CV 충전구간은 제외한다).
이 경우 초기에 제조사에서 제공하는 배터리의 방전종지전압에서부터 만 충전전압까지 소요되는 시간을 가능한 미세하게 측정하는 것이 바람직하다. 이는 메모리 크기와 측정할 수 있는 장치의 시간단위의 측정 정확도 등을 고려하여 세부 구간으로 나눈다. 본 발명에서는 CC 충전구간을 약 10개의 구간으로 나누어 시간 측정 정보를 저장하여 SOH를 예측하였다. 그러나 이에 한정할 필요는 없고, 필요에 따라 구간의 영역 및 세부 측정 구간 등의 전압폭은 변동할 수 있다.
추가적으로 배터리의 충전의 배터리의 방전 상태에 따라 충전에 진입하는 전압이 상이하다. 이로 인해 전체의 시간으로 비교할 수 없는 상황이 상시 발생할 수 있으므로 높은 구간의 전압에서 충전된 확률이 높기 때문에, 해당 구간을 더 미세하게 분할하는 것이 바람직하다.
메모리(270)에 저장되는 SOH 측정 정보의 일 실시예에 따른 맵 정보는 도 10에 도시하고 있다. 본 발명에서 메모리(270)에 저장된 정보는 녹색 사각형으로 표시된 공통정보, 파란색 사각형으로 표시된 초기정보, 적색 사각형으로 표시된 SOH 정보 세가지로 구분 가능하다.
공통정보는, 제조사, 제조사 구분코드, 배터리 최초 제조된 연도 상위 바이트, 배터리 최초 제조된 연도 하위 바이트, 배터리 최초 제조월, 배터리 최초 제조일, 배터리 시리얼 넘버, 공칭전압, 공칭용량 등을 포함한다. 이러한 다수의 공통정보는 각각의 주소에 할당되어 저장된다. 공통정보는 제품 출하 단계에서 저장된 정보이고, 갱신되지 않는 정보이다. 공통정보는 도 8과 동일하다.
초기정보는 배터리 초기 충전시간 측정년도 상위 바이트, 배터리 초기 충전시간 측정년도 하위 바이트, 배터리 초기 충전시간 측정년도 월, 배터리 초기 충전시간 측정년도 일, 초기 배터리 전체 용량 충전에 소요된 시간, 충전시간 비교용 전압을 최소전압구간(T1)에서부터 최고전압구간(T10)까지 10개의 구간으로 나누어서 각 구간에서의 소요시간(T1~T10)을 각각의 주소에 할당되어 저장된다. 초기정보는 제품 출하 직후, 배터리 사용 전 최초 100%로 배터리 만충전에 따른 충전시간 정보를 측정 전압 기반으로 구간을 나누어서 측정한 값이다.
그리고 본 발명에서 충전시간 소요에 따라 SOH 예측을 위하여 측정되는 정보는 적색 사각형으로 표시하고 있다. SOH 관련 정보는, 배터리 초기 충전시간 측정년도 상위 바이트, 배터리 초기 충전시간 측정년도 하위 바이트, 배터리 초기 충전시간 측정년도 월, 배터리 초기 측정시간 측정년도 일, 충전 시작시 측정전압, 충전 완료시 측정전압, 충전에 소요된 시간(Tmeasure), 그리고 배터리의 초기 대비 용량비(측정구간별 초기 충전 소요시간 대비 측정된 충전 소요시간의 비율) 등이 각각의 주소에 할당되어 저장된다. 빨간색 사각형 안에 표시된 SOH 관련 정보는 충전 동작과 관련해서 계속해서 갱신 저장되는 정보이다. 이와 같이 비휘발성 메모리(270)에 저장되는 SOH 관련정보 및 기타 배터리 관리 정보들은 도 10에 도시되고 있는 바와 같이 맵으로 구성하여 저장 가능하다.
여기서 SOH 관련 정보 중에 포함된 용어들은 대부분 용어 그대로 정의 된다. 일 예로 충전 시작시 측정전압은 배터리 SOH 측정을 위하여 충전이 시작될 때 측정된 전압이고, 충전 완료시 측정전압은 배터리 SOH 측정을 위해 충전이 완료될 때 측정된 전압이다. 그리고 충전에 소요된 시간은 충전되는 배터리 팩의 충전 시작전압을 기준으로, 배터리 팩이 임의의 충전 구간에 진입된 이후, 만충전이 되기까지의 충전소요시간으로 정의된다. 이 부분은 도 9의 동작 흐름도 부분에서 다시 한번 설명하기로 한다.
먼저 본 발명은 배터리 수명을 예측하기 위한 SOH 예측 모드가 운용되면, SOH 예측 및 저장부(240)는 비휘발성 메모리(270)에 배터리 초기 충전구간별 충전소요시간 정보가 있는지를 확인한다(400). 400은 도 10에 도시되고 있는 파란색 사각형으로 표시된 초기정보가 저장되어 있는 지를 확인하는 구성이다. 400에서 초기 충전구간별 충전 소요시간 정보들이 저장되어 있지 않을 때, 배터리를 충전시간 비교용 최소전압 구간 이하로 방전시키고, 최소전압에서부터 배터리의 충전을 수행하면서 각 구간별로 충전이 소요되는 충전 소요시간(T1~T10)을 측정하여 저장한다(480).
여기서 각 구간에 해당하는 충전전압 크기와, 충전 시작전압(또는 방전종지전압)과 충전종료전압(또는 만충전전압)은 미리 기설정된 상태이다. 따라서 480에서는 배터리를 방전종지전압까지 방전시키고, 배터리 충전이 시작되는 시작전압(또는 방전종지전압)에서부터 배터리 만충전에 이르기까지 충전을 수행하고, 각 구간마다 설정된 전압에 도달하기까지 소요되는 구간별 충전 소요시간을 측정하고 해당 주소에 저장한다.
앞서, 각 구간에 해당하는 충전전압 크기를 저장하고, 각 구간별 설정된 충전전압에 도달하는 시간을 충전 소요시간으로 저장한다고 설명하였다. 다른 실시예로 각 구간마다 충전시작전압과 충전완료전압을 설정할 수도 있다. 이 경우 SOH 측정을 수행하기 위하여 배터리 충전을 시작하면, 현재 배터리의 상태에 따라서 임의의 구간에 진입한다면, 임의의 구간 +1에 해당하는 구간의 충전시작전압에서부터 충전완료전압까지의 소요시간을 측정하여 해당 번지(임의의 구간 +1)에 저장할 수도 있다. 그리고 배터리의 만충전이 완료되기까지 계속해서 각 구간별로 충전 소요시간을 측정하고, 해당 번지에 저장할 수 있다.
400에서 배터리 초기 충전시간 정보가 저장되어 있을 때, SOH 예측 모드 운용에 따른 충전시간의 측정을 수행한다. 먼저 CC(정전류) 충전모드 또는 CV(정전압) 충전모드 동작을 결정하고, 본 발명의 SOH 예측 모드 운용에서는 CC 충전모드를 운용하는 것이 바람직하다. 현재 배터리의 충전 초기 전압을 측정한다(410).
410에서 측정된 충전 초기 전압은, 앞서 초기 정보 저장 단계에서 저장된 다수의 구간(T1~T10) 중에서 현재 배터리의 충전량이 어느 구간에 위치하는 지를 확인하기 위한 구성이다. 일 예로 현재 배터리의 충전량이 T5 구간에 해당될 때, 본 발명에서 충전 소요시간을 측정하는 구간은, T5까지의 충전시간(충전전압)은 제외하고, 만충전에 도달하기까지의 구간인 T6 내지 T10에 해당될 것이다.
420에서 충전이 시작되면 충전 소요시간을 측정하고, 만충전전압에 도달하면 충전 소요시간의 측정을 완료한다. 이렇게 해서 구간 T6 내지 T10에 해당하는 충전구간에 대응하는 충전 소요시간이 측정된다. 이렇게 측정된 충전구간에 대응하는 충전 소요시간(Tmeasure)은 메모리의 할당 번지에 저장된다(430).
도시하는 도 10에서 충전 소요시간을 저장하는 주소를 하나 할당함을 나타내고 있다. 그러나 기설정된 10개의 충전구간마다 충전에 소요되는 시간을 측정하여 저장하기 위하여 10개의 주소를 할당할 수도 있다. 그리고 410에서 측정된 충전 초기전압이 진입한 충전구간의 다음 상위 충전구간부터 충전구간별 충전시간을 측정할 수 있고, 각 구간별로 측정된 충전 소요시간을 할당된 주소에 저장할 수 있다.
일 예로 현재 배터리의 충전량이 T5 구간에서 진입하면, T5 구간의 충전시간은 제외하고, T6 구간에서부터 충전을 진행하고, T6 구간 충전시에 해당하는 소요시간을 측정하여 저장한 후, 계속해서 T7 구간 내지 T10 구간에 이르는 충전 소요시간의 측정이 계속해서 이루어지고, 해당 주소에 저장된다. 이와 같이 CC 충전모드로 배터리의 충전을 제어하면서 충전구간별 충전시간을 측정하여 메모리에 저장한다.
430에서 배터리의 잔량에 기반해서 진입한 충전구간에서부터 충전시간을 측정하여 저장하는 과정은 CC 충전모드에서 배터리 충전이 완료되기까지 이루어진다(440).
440에서 CC 충전모드의 충전이 완료되면, 본 발명의 실시예에 따른 충전시간에 기반한 SOH 배터리 정보를 산출하는 과정이 이루어진다(450). 450은 해당 구간에 대응하는 배터리 초기 충전시간 대비 현재 측정된 충전 소요시간의 비를 하기 [수학식 3]과 같이 산출한다. 이와 같이 산출된 충전시간을 이용한 SOH 값은 메모리의 측정정보 할당 주소에 저장된다.
[수학식 3]
SOH[%] = α * Tmeasure / Sum(Tx) * 100
여기서 Tmeasure 는 해당하는 충전구간에 대응하는 충전 소요시간 측정값이다. 앞서 T6 내지 T10에 이르는 충전구간의 충전 소요시간을 측정하였다.
그리고 Sum(Tx)는 초기 총 충전 소요시간(도 10에서 파란색 사각형에 표시된 초기 정보 중에서 T1에서부터 T10에 이르는 총 충전 소요시간)을 의미한다. 그러나 430에서 측정된 충전구간이 T6 에서부터 T10에 이르는 충전구간이므로, 해당하는 SOH 산출을 위해서는 초기정보에서 T6에서 T10에 해당하는 시간의 합을 의미한다. 즉, Sum(Tx)은 배터리 팩의 충전 시작전압 조건에 따라서 가변된다.
그리고 α는 1 또는 오차 보정계수이고, 실험에 의해 결정된 설정값이다. 오차 보정계수는 다양한 배터리 셀의 특성을 고려하여 설정 가능하다. 또한 누적된 정보를 기반으로 SOH 산출의 정확도를 향상할 수 있도록 구성할 수 있다. 즉, 많은 통계 기반으로 데이터베이스가 확보되면, 오차 보정계수는 더욱 정확하게 설정 가능하다.
450에서는 배터리 충전시간 비율이 계산되고, 계산된 결과치가 사용자 연동부(230)를 통해서 표시창에 표시된다. 이때 초기 대비 용량비가 70% 이하로 떨어지면 배터리 교체 문구를 화면에 출력한다.
이후 CC 충전모드가 완료되고, 충전시간을 이용한 SOH 예측이 종료되면, 추가적으로 CV 충전모드를 수행하여 배터리의 충전을 완료한다(460,470).
다음 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 군용 배터리 수명 예측 장치에서 배터리 충전횟수를 이용한 SOH 예측을 위한 제어 흐름도를 도시하고 있다. 그리고 도 12는 그에 따른 배터리 저장 정보의 예시도이다.
배터리에서 충전사이클의 1회 기준은 방전종지전압에서부터 만충전전압까지 충전으로 정의된다. 그리고 방전은 만충전전압에서부터 방전종지전압까지 방전시 1회 방전으로 정의되어서 충방전횟수를 정의한다.
따라서 배터리를 장시간 사용시 충전과 방전 횟수는 동일하다고 할 수 있고, 충방전 사이클을 약 500회(제조사 또는 제조셀에 따라서 상이함) 정도가 발생하였을 때, 배터리 만충전시 용량은 최초 용량대비 약 70% 정도가 충전 가능하다. 이 시점을 제조사는 배터리 교체시기로 결정한다.
따라서 본 발명의 실시예에서는 충/방전 사이클 횟수와 비교하여 배터리 SOH를 누적 카운팅하고, 제조사에서 결정한 배터리 교체시점의 충/방전 사이클 횟수와 비교하여 배터리 SOH를 예측할 수 있다. 본 발명에서는 충전사이클 횟수를 계산할 수 있는 정보를 배터리에 내장된 비휘발성 메모리에 저장하고, 지속적으로 누적 관리하여 해당 배터리의 SOH를 예측한다.
메모리(270)에 저장되는 SOH 측정 정보의 일 실시예는 도 12에 도시하고 있다. 본 발명에서 메모리(270)에 저장된 정보는 녹색 사각형으로 표시된 공통정보, 파란색 사각형으로 표시된 충전정보, 적색 사각형으로 표시된 방전정보를 포함한다.
공통정보는, 제조사, 제조사 구분코드, 배터리 최초 제조된 연도 상위 바이트, 배터리 최초 제조된 연도 하위 바이트, 배터리 최초 제조월, 배터리 최초 제조일, 배터리 시리얼 넘버, 공칭전압, 공칭용량 등을 포함한다. 이러한 다수의 공통정보는 각각의 주소에 할당되어 저장된다. 공통정보는 제품 출하 단계에서 저장된 정보이고, 갱신되지 않는 정보이다. 즉, 도 8에 도시된 공통정보를 포함할 수 있다.
이 외에도 본 발명의 실시예에서 공통정보는 도 12에 도시하고 있는 바와 같이 추가적으로 더 포함 가능하고, 만 충전전압, 방전종지전압, 최대 충방전 횟수, 전압 측정 단위, 전압 측정 간격을 메모리의 할당된 주소에 저장할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 충전정보는 1사이클 내 충전 비율 %(누적 100%시 충전 사이클 n 타임 증가), 1사이클 충전 횟수(1사이클 충전비율이 100%가 되면 횟수 증가), 충전기준 노화 정도(SOH)를 포함한다. 충전정보 각각은 메모리의 할당 주소에 저장되고, 충전 제어 동작시 갱신되다.
본 발명의 실시예에서 방전정보는 1사이클 방전 비율 %(누적 100%시 방전 사이클 n 타임 증가), 1사이클 방전 횟수(1사이클 방전비율이 100%가 되면 횟수 증가), 방전기준 노화 정도(SOH)를 포함한다. 방전정보 각각은 메모리의 할당 주소에 저장되고, 방전 제어 동작시 갱신된다.
먼저 본 발명은 배터리 수명을 예측하기 위한 SOH 예측 모드가 운용되면, 충전기(200)는 충방전 측정 주기에 이용된 파라미터들을 초기화시키고 설정한다(500). 500에서는 충전 전 배터리 전압(Prev_V), 전압 측정 단위, 전압 측정 간격, 만충전시 전압, 방전종지전압, 만충전전압에서 방전종지전압에 이르는 1사이클 주기 등의 파라미터를 측정하거나 설정한다.
505, 570에서는 메모리에 저장된 전압 측정 간격을 읽어온다. 505, 570에서는, 충전시 충전/방전 횟수 및 비율을 저장하기 위한 내부 타이머와 같은 기능을 수행한다. 이는 배터리 충전 중(또는 방전 중)에 배터리가 충전기(또는 단말 또는 무전기)에서 분리될 경우가 발생할 수 있기 때문에, 일정한 주기로 측정한 정보를 메모리에 저장하기 위한 구성이다. 즉, 전압 측정 간격을 최소화 할수록 충전횟수 또는 방전횟수의 누락 발생이 최소화 될 수 있다. 그러나 반대로 타이머 간격이 너무 적게 되면, 불필요한 자원 낭비가 초래할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 전압 측정 간격을 실험치에 근거하여 적절한 값을 설정하고, 메모리에 리드 또는 라이트 하는 주기를 설정한다. 일 예로 본 발명에서는 전압 측정 단위를 초 또는 분 단위로 하고 있고, 이에 기반해서 전압 측정 간격을 설정하는 것이 바람직하다.
따라서 505에서 설정된 전압 측정 간격마다 충전전압을 측정하고, 배터리의 전압 측정이 이루어지면 전압 측정 간격의 카운트 값은 초기화되고, 다시 카운팅을 시작한다. 이를 505와 570에서 나타내고 있다.
510에서는 현재 전압, 충전 량, 방전 량의 변수를 "0"으로 설정한다. 배터리 사이클 충전횟수, 배터리 사이클 방전횟수를 읽어온다. 그리고 배터리의 최대 사이클 횟수를 읽어온다.
측정부(220)를 이용하여 배터리 전압을 측정하고, 현재 전압(Curr_V)에 기록하고, 전압 측정 간격의 카운트값을 초기화 시킨다(515).
측정된 현재 배터리 전압(Curr_V)과 충전 전 배터리 전압(Prev_V)을 비교하는데, 현재 배터리 전압이 "0"보다 크고, 충전 전 배터리 전압보다 큰지를 비교한다(520).
520의 조건이 만족할 때는 충전 비율 및 충전 횟수를 계산한다(525). 520 의 조건이 만족되지 않을 때는 방전 비율 및 방전 횟수를 계산한다(545).
525에서는 메모리(270)에 저장되어 있는 1사이클 내 누적 충전 비율을 읽어오고, 충전 전 배터리 전압과 현재 배터리 전압과의 차에 해당하는 충전 비율을 읽어온 값에 누적시켜서 누적 충전 비율을 산출한다. 525에서 산출된 누적 충전 비율은 메모리의 해당 번지에 저장된다.
525에서 누적 충전 비율이 100 이상일 때(530), 충전 사이클 카운터가 증가되고, 메모리 내 해당 번지에 충전 사이클 횟수를 저장한다. 그리고 1사이클 내 누적 충전 비율은 100이 감산되어서 저장된다(535).
525에서 산출된 누적 충전 비율이 100보다 작을 때, 산출된 누적 충전 비율은 메모리의 1사이클 내 누적 충전 비율을 저장하는 해당 번지에 저장된다(540).
545에서는 메모리(270)에 저장되어 있는 1사이클 내 누적 방전 비율을 읽어오고, 방전 전 배터리 전압과 현재 배터리 전압과의 차에 해당하는 방전 비율을 읽어온 값에 누적시켜서 누적 방전 비율을 산출한다. 545에서 산출된 누적 방전 비율은 메모리의 1사이클 내 누적 방전 비율을 저장하는 해당 번지에 저장된다.
545에서 산출된 누적 방전 비율이 100 이상일 때(550), 방전 사이클 카운터가 증가되고, 메모리 내 해당 번지에 방전 사이클 횟수를 저장한다. 그리고 누적 방전 비율은 100이 감산되어서 저장된다(555).
545에서 산출된 누적 방전 비율이 100보다 작을 때, 산출된 1사이클 내 누적 방전 비율은 메모리의 해당 번지에 저장된다(560).
535에서 산출된 충전 비율 및 충전횟수 저장값과, 555에서 산출된 방전 비율 및 방전횟수 저장값은 배터리 SOH 추정에 이용된다(580).
580에서는 충방전 사이클 비에 따른 SOH를 예측한다. 충전 사이클비에 따른 SOH 는 [수학식 4]와 같이 계산되고, 방전 사이클 비에 따른 SOH는 [수학식 5]와 같이 계산된다. 580에서 예측된 SOH 값은 메모리의 해당 번지에 저장된다.
[수학식 4]
SOH[%]charge = α * 충전 사이클 횟수(Charge_Cycle_Cnt) / 최대 충방전 사이클 횟수(MAC_CYCLE) *100
[수학식 5]
SOH[%]dcharge = α * 방전 사이클 횟수(Dcharge_Cycle_Cnt) / 최대 충방전 사이클 횟수(MAC_CYCLE) *100
수학식 4와 수학식 5에서 α 값은 1 또는 오차 보정계수이고, 실험치에 근거하여 기설정된 값이다.
580에서 SOH 값을 산출함에 있어서, 충전 사이클 횟수를 이용한 경우와 방전 사이클 횟수를 이용한 경우를 구분해서 구성하고 있는 것은 다음의 이유에 의해서이다. 통상적으로 충전 사이클 횟수와 방전 사이클 횟수는 동일해야 한다. 만약 두 사이클 횟수에 차이가 발생하면, 횟수 카운팅시 배터리 충전횟수 측정 간격이 너무 넓은 상태로 설정됨에 따라서 누락이 발생한 것으로 볼 수 있다. 따라서 두가지 경우의 누적 횟수를 분리하여 저장하고, 큰 값으로 배터리 상태를 사용자에게 알림 정보로 제공하고, 메모리에 저장하는 것이 SOH 정확도를 향상시키는데 바람직하다.
한편, 본 발명은 SOH 측정을 수행함에 있어서, 배터리 내부 저항 추정을 통한 배터리 SOH 산출, 배터리 충전시간 측정을 통한 배터리 SOH 산출, 배터리 충전횟수를 통한 배터리 SOH 산출을 수행하고 있다. 그리고 각각의 SOH 산출을 위한 배터리 SOH 관련정보를 비휘발성 메모리에 저장하고 있다. 본 발명은 SOH 산출을 수행함에 있어서 위 3가지를 모두 이용할 수 있도록 비휘발성 메모리에 맵(도 8, 도 10, 도 12의 저장영역)을 모두 구성하고, 제어 동작(도 7, 도 9, 도 11의 동작 흐름도)을 모두 구비한다. 이러한 구성을 통해서 본 발명은 다양한 SOH 측정 결과를 기반으로 사용자 알람을 제공할 수 있고, 더 많은 정보를 기반으로 SOH를 예측하므로 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
통상적으로 배터리의 수명은 정확한 상태 측정도 중요하지만, 사용자에게 배터리의 교체 주기 알람을 제공하여, 사용자 및 장비 등을 보호하는 것이 바람직하다. 따라서 세가지 방법에 의한 SOH 산출을 구비한 경우, 가장 높은 값을 기준으로 배터리 교체 주기에 따른 사용자 알림을 제공하는 것이 안전상에 바람직하다.
그리고 본 발명에서 설명되고 있는 배터리는 도시하지는 않고 있지만, 군용 착탈식 배터리이다. 일반적으로 군용 배터리는 단말(무전기)와 고정되지 않고, 착탈이 가능하도록 구성되어 사용된다. 특히, 군 작전 운용시간이 배터리 최대 운용시간보다 긴 경우가 많고, 군 작전을 수행하는 장소가 대부분 산악지역과 같이 충전이 불가한 환경에서 사용되어진다. 따라서 본 발명의 임의의 착탈식 배터리를 군용 무전기에 연결하면, 배터리의 SOH 관련정보를 단말(또는 무전기)를 통해서 정확히 확인할 수 있고, 이를 통해서 군 작전 운용에 소요되는 무전기를 안전하게 사용하는 것이 가능해진다.
이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
200 : 충전기, 210 : AC/DC 변환부, 220 : 배터리 충전 및 측정부, 230 : 사용자 연동부, 240 : SOH 예측 및 저장부, 250 : 배터리, 260 : 배터리 팩, 270 : 비휘발성 메모리

Claims (23)

  1. 비휘발성 메모리를 포함하고, 배터리 충방전단자를 통해서 배터리 팩에 전원을 충방전시키고, 4핀으로 구성된 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 SOH 관련정보를 리드 및 라이트 하는 군용 충전식 배터리;
    군용 충전식 배터리의 충방전을 제어하고, 비휘발성 메모리에 리드/라이트 하는 SOH 관련 정보를 관리하는 충전장치를 포함하고,
    충전장치는 4핀 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 전원을 공급하고, 배터리의 SOH 관련 정보를 측정 및 산출하여 비휘발성 메모리에 리드/라이트 하고,
    SOH 관련 정보는 배터리 내부 저항을 계산하고, 계산값과 배터리 초기 내부 저항값을 비교하여 배터리의 초기 대비 용량비를 산출하고,
    산출된 배터리의 초기 대비 용량비가 일정 비율 이하로 떨어지면 배터리 교체 정보를 알림정보로 제공하는 군용 배터리 수명 예측 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    비휘발성 메모리는 배터리 출하시 초기 내부 저항값을 저장하는 초기정보와, 충전장치를 통해서 측정 및 산출된 SOH 관련 정보를 할당된 번지에 저장하고,
    SOH 관련 정보는, 배터리 개방전압, 배터리 외부 부하저항, 외부 부하 전압, 계산된 배터리 내부 저항, 배터리 초기 대비 용량비, 배터리 상태 업데이트 정보를 포함하는 군용 배터리 수명 예측 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    배터리 초기 대비 용량비는 [수학식 2]에 의해서 계산되는 군용 배터리 수명 예측 장치.
    [수학식 2]
    SOH [%] = α * Rcal internal / Rinternal * 100 (%)
    여기서 Rcal internal 은 측정된 정보로부터 산출되는 배터리 내부 저항값이고, Rinternal 은 제조사에게 제공된 초기 내부 저항값이다. 그리고 α는 1 또는 오차 보정계수이고, 실험에 의해 결정된 설정값이다.
  4. 청구항 3에 있어서,
    비휘발성 메모리에 저장되는 SOH 관련 정보는, 배터리 개방전압을 DVM(digital voltmeter ; 디지털 전압계)을 이용하여 측정하고,
    배터리 개방전압 측정 후, 충전이 없는 상태에서 배터리 부하전압을 측정하고,
    측정된 배터리 개방전압, 배터리 부하전압에 기반하여 배터리 내부 저항을 계산하는 군용 배터리 수명 예측 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    배터리 부하전압 측정을 최소 3회 이상 측정하고, 평균 전압으로 배터리 내부 저항을 계산하는 군용 배터리 수명 예측 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    비휘발성 메모리는 클럭단자, 데이터단자, 전원단자, 그라운드 단자를 포함하는 군용 배터리 수명 예측 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    충전장치는 배터리의 충전과 방전을 제어하고, 배터리의 상태정보를 측정하는 측정부;
    비휘발성 메모리와 4핀 배터리 상태정보 입출력단자로 연결되고, 측정부의 측정값과 배터리에 저장된 정보에 기반하여 배터리의 초기 대비 용량비를 계산하고, 비휘발성 메모리의 할당된 번지에 SOH 관련정보를 기록하는 저장부;
    배터리에 SOH 관련정보 기록을 위한 정보 입력과 SOH 관련정보의 표시를 수행하는 사용자 연동부를 포함하는 군용 배터리 수명 예측 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    사용자 연동부는, 배터리의 초기 대비 용량비가 70% 이하로 떨어지면, 배터리 교체 알림 정보를 표시하는 군용 배터리 수명 예측 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    군용 충전식 배터리는 착탈식으로 구성되어 충전장치와 연결 또는 분리가 가능한 군용 배터리 수명 예측 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    충전장치는, 디지털 무전기인 군용 배터리 수명 예측 장치.
  11. 군용 충전식 배터리는, 비휘발성 메모리를 포함하고, 배터리 충방전단자를 통해서 배터리 팩에 전원을 충방전시키고, 4핀으로 구성된 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 SOH 관련정보를 리드 및 라이트 하고,
    충전장치에서, 비휘발성 메모리에 리드/라이트 하는 SOH 관련 정보를 관리하기 위한 SOH 예측 모드를 운용하는 단계;
    4핀 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 전원을 공급하고, 배터리의 SOH 관련 정보를 측정 및 산출하여 비휘발성 메모리에 리드/라이트 하는 단계;
    배터리의 SOH 관련정보는 배터리 내부 저항을 계산하고, 계산값과 배터리 초기 내부 저항값을 비교하여 배터리의 초기 대비 용량비를 산출하는 단계;
    산출된 배터리의 초기 대비 용량비가 일정 비율 이하로 떨어지면 배터리 교체 정보를 알림정보로 제공하는 단계를 포함하는 군용 배터리 수명 예측 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    비휘발성 메모리는 배터리 출하시 초기 내부 저항값을 저장하는 초기정보와, 충전장치를 통해서 측정 및 산출된 SOH 관련 정보를 할당된 번지에 저장하고,
    SOH 관련 정보는, 배터리 개방전압, 배터리 외부 부하저항, 외부 부하 전압, 계산된 배터리 내부 저항, 배터리 초기 대비 용량비, 배터리 상태 업데이트 정보를 포함하는 군용 배터리 수명 예측 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    배터리 초기 대비 용량비는 [수학식 2]에 의해서 계산되는 군용 배터리 수명 예측 방법.
    [수학식 2]
    SOH [%] = α * Rcal_internal / Rinternal * 100 (%)
    여기서 Rcal_internal 은 측정된 정보로부터 산출되는 배터리 내부 저항값이고, Rinternal 은 제조사에게 제공된 초기 내부 저항값이다. 그리고 α는 1 또는 오차 보정계수이고, 실험에 의해 결정된 설정값이다.
  14. 청구항 13에 있어서,
    비휘발성 메모리에 저장되는 SOH 관련 정보는, 배터리 개방전압을 DVM(digital voltmeter ; 디지털 전압계)을 이용하여 측정하고,
    배터리 개방전압 측정 후, 충전이 없는 상태에서 배터리 부하전압을 측정하고,
    배터리 내부 저항은 [수학식 1]에 의해서 계산되는 군용 배터리 수명 예측 방법.
    [수학식 1]
    Rcal_internal = Rload * (Voc - Vload)/Vload
    여기서 Voc = 배터리 개방전압, Rload = 부하저항, Vload = 부하전압을 나타낸다.
  15. 청구항 14에 있어서,
    배터리 부하전압 측정을 3회 이상 측정하고, 평균 전압으로 배터리 내부 저항을 계산하는 군용 배터리 수명 예측 방법.
  16. 군용 충전식 배터리는, 비휘발성 메모리를 포함하고, 배터리 충방전단자를 통해서 배터리 팩에 전원을 충방전시키고, 4핀으로 구성된 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 SOH 관련정보를 리드 및 라이트 하고,
    충전장치에서, 배터리의 출하 직후, 초기 충전구간별 충전 소요시간을 측정하여 비휘발성 메모리에 라이트하는 단계;
    비휘발성 메모리에 SOH 관련 정보를 관리하기 위한 SOH 예측 모드를 운용하는 단계;
    4핀 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 전원을 공급하고, 배터리의 SOH 관련 정보를 측정 및 산출하여 비휘발성 메모리에 리드/라이트 하는 단계;
    SOH 예측 모드에서, 배터리의 충전을 제어하되, 배터리의 충전 소요시간을 측정하는 단계;
    측정된 충전 소요시간과 측정된 구간에 대응되는 초기 충전 소요시간을 비교하고, 초기 대비 용량비가 일정 비율 이하로 떨어지면 배터리 교체 정보를 알림정보로 제공하는 단계를 포함하고,
    배터리의 충전구간은, 방전종지전압에서 만충전전압까지의 충전에 소요되는 시간을 충전전압에 기반해서 일정수의 구간으로 구분하고,
    배터리의 충전 소요시간은, 배터리의 잔량 측정전압에 기반해서 진입한 구간에서 1보다 큰 상위 구간에서부터 배터리 만충전이 이루어지기까지 소요된 시간인 것을 특징으로 하는 군용 배터리 수명 예측 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    배터리의 충전 소요시간을 측정하는 단계는 정전류 충전모드에서 수행하는 군용 배터리 수명 예측 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    배터리의 충전구간은 충전전압을 기반으로 구간(예시 10구간)을 나누어 수행할 수 있도록 하는 군용 배터리 수명 예측 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    비휘발성 메모리는 배터리 출하시 측정된 초기 충전구간별 충전 소요시간에 따른 초기정보와,
    충전장치를 통해서 측정 및 산출된 SOH 관련 정보를 할당된 번지에 저장하고,
    SOH 관련 정보는, 배터리 상태 업데이트 정보, 측정된 충전 소요시간, 배터리 초기 대비 용량비를 포함하는 군용 배터리 수명 예측 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    배터리의 초기 대비 용량비가 70% 이하로 떨어지면, 배터리 교체 알림 정보를 표시하는 군용 배터리 수명 예측 방법.
  21. 군용 충전식 배터리는 비휘발성 메모리를 포함하고, 배터리 충방전단자를 통해서 배터리 팩에 전원을 충방전시키고, 4핀으로 구성된 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 SOH 관련정보를 리드 및 라이트 하고,
    충전장치에서 비휘발성 메모리에 리드/라이트 하는 SOH 관련 정보를 관리하기 위한 SOH 예측 모드를 운용하는 단계;
    4핀 배터리 상태정보 입출력단자를 통해서 비휘발성 메모리에 전원을 공급하고, 배터리의 SOH 관련 정보를 측정 및 산출하여 비휘발성 메모리에 리드/라이트 하는 단계;
    배터리의 충전횟수를 누적 카운팅하고, 제조사에서 제공되는 최대 충방전 횟수와 비교하여 배터리의 초기 대비 용량비를 산출하는 단계;
    배터리의 방전횟수를 누적 카운팅하고, 제조사에서 제공되는 최대 충방전 횟수와 비교하여 배터리의 초기 대비 용량비를 산출하는 단계;
    산출된 배터리의 초기 대비 용량비가 일정 비율 이하로 떨어지면 배터리 교체 정보를 알림정보로 제공하는 단계를 포함하는 군용 배터리 수명 예측 방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    비휘발성 메모리는 1 사이클 내 충전 비율, 충전 사이클 횟수, 충전기준 노화정도를 충전정보로 할당된 주소에 저장하고,
    비휘발성 메모리는 1사이클 내 방전 비율, 방전 사이클 횟수, 방전기준 노화정도를 방전정보로 할당된 주소에 저장하고,
    충전기준 노화정도는 [수학식 4]에 의해서 계산되고,
    방전기준 노화정도는 [수학식 5]에 의해서 계산되는 군용 배터리 수명 예측 방법.
    [수학식 4]
    SOH[%]charge = α * 충전 사이클 횟수(Charge_Cycle_Cnt) / 최대 충방전 사이클 횟수(MAC_CYCLE) *100
    [수학식 5]
    SOH[%]dcharge = α * 방전 사이클 횟수(Dcharge_Cycle_Cnt) / 최대 충방전 사이클 횟수(MAC_CYCLE) *100
    수학식 4와 수학식 5에서 α 값은 1 또는 오차 보정계수이고, 실험치에 근거하여 기설정된 값이다.
  23. 청구항 22에 있어서,
    충전기준 노화정도와 방전기준 노화정도 중에서 큰 값으로 메모리에 저장하고 사용자 알림정보를 제공하는 군용 배터리 수명 예측 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102518330B1 (ko) * 2022-06-20 2023-04-06 주식회사 에스엠전자 개별 배터리 상태 진단 및 이력 라벨 프린팅을 구현하는 배터리 관리 시스템
KR102553873B1 (ko) * 2023-02-14 2023-07-12 주식회사 비엘비 이미지 기반 인공지능모델을 이용한 배터리 진단용 데이터 생성시스템 및 방법
CN117368743A (zh) * 2023-12-05 2024-01-09 深圳市易检车服科技有限公司 电池健康状态评估方法、装置、计算机设备及存储介质
KR102634110B1 (ko) * 2023-07-17 2024-02-07 주식회사 이브이링크 배터리 성능 평가 시스템 및 그 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990072625A (ko) * 1998-02-13 1999-09-27 이데이 노부유끼 배터리팩및배터리시스템
KR20040087162A (ko) * 2003-04-04 2004-10-13 엘지전자 주식회사 수명 추정이 가능한 배터리팩
JP2007041629A (ja) * 2003-11-04 2007-02-15 Renesas Technology Corp メモリカード及び半導体装置
JP2011220695A (ja) * 2010-02-10 2011-11-04 Ministry Of National Defense Chung Shan Inst Of Science & Technology 電池モジュールの状態検出方法
KR20180066606A (ko) * 2016-12-09 2018-06-19 현대자동차주식회사 친환경 차량의 배터리 열화 진단 장치 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990072625A (ko) * 1998-02-13 1999-09-27 이데이 노부유끼 배터리팩및배터리시스템
KR20040087162A (ko) * 2003-04-04 2004-10-13 엘지전자 주식회사 수명 추정이 가능한 배터리팩
JP2007041629A (ja) * 2003-11-04 2007-02-15 Renesas Technology Corp メモリカード及び半導体装置
JP2011220695A (ja) * 2010-02-10 2011-11-04 Ministry Of National Defense Chung Shan Inst Of Science & Technology 電池モジュールの状態検出方法
KR20180066606A (ko) * 2016-12-09 2018-06-19 현대자동차주식회사 친환경 차량의 배터리 열화 진단 장치 및 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102518330B1 (ko) * 2022-06-20 2023-04-06 주식회사 에스엠전자 개별 배터리 상태 진단 및 이력 라벨 프린팅을 구현하는 배터리 관리 시스템
KR102553873B1 (ko) * 2023-02-14 2023-07-12 주식회사 비엘비 이미지 기반 인공지능모델을 이용한 배터리 진단용 데이터 생성시스템 및 방법
KR102634110B1 (ko) * 2023-07-17 2024-02-07 주식회사 이브이링크 배터리 성능 평가 시스템 및 그 방법
CN117368743A (zh) * 2023-12-05 2024-01-09 深圳市易检车服科技有限公司 电池健康状态评估方法、装置、计算机设备及存储介质
CN117368743B (zh) * 2023-12-05 2024-03-19 深圳市易检车服科技有限公司 电池健康状态评估方法、装置、计算机设备及存储介质

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