KR20220163114A - 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치 - Google Patents

인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치 Download PDF

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Abstract

인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법은, 인산철 배터리의 만충 후에 방전을 시작하는 지점부터 방전 후 전압이 미리 지정한 범위 이상 변화하는 지점까지의 전압 구간인 만충 전압(HV; High Voltage) 구간을 지정하는 단계; 만충 전압 구간에서 인산철 배터리의 사용량 길이(LHP; Length of High voltage Period)를 측정하는 단계; 인산철 배터리의 각 용량에 따른 특징값을 입력으로 하는 용량 추정 모델을 생성하는 단계; 및 생성된 용량 추정 모델을 이용하여, 인산철 배터리의 만충 전압 구간에서 측정된 특징값을 기초로 인산철 배터리의 용량을 추정하는 단계;를 포함한다. 이에 따라, 만충 전압(HV; High Voltage) 구간에서만 LHP를 측정하여 사용하기 때문에 사용자의 사용 패턴에 큰 영향을 받지 않고 배터리 용량 추정의 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치{METHOD FOR ESTIMATION OF LiFePO4 BATTERY CAPACITY RETENTION USING HIGH VOLTAGE INFORMATION, RECORDING MEDIUM AND DEVICE FOR PERFORMING THE METHOD}
본 발명은 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 만충 후 방전을 시작하는 지점을 기준으로 용량을 추정할 전압 구간을 지정하여 간접적으로 인산철 배터리의 용량을 추정하는 기술에 관한 것이다.
화석 연료를 사용하는 자동차는 대기 오염 등 공해 발생에 심각한 영향을 주기 때문에, 최근에는 공해 발생이 거의 없는 전기 자동차(EV; Electric Vehicle) 또는 하이브리드 전기 자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle)가 개발되어 상용화 되고 있다.
이러한 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차는 차체에 내장된 배터리에서 출력되는 전기 에너지를 이용하여 주행하도록 구성된다. 그리고, 이러한 전기 자동차와 같이 대전력을 필요로 하는 기기에 사용되는 배터리는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지 셀(cell)이 하나의 팩(pack)으로 구성되고, 또한 다수의 팩이 하나의 대용량의 배터리로 구성될 수 있다.
이와 같은 배터리, 특히 다수의 2차 전지가 충전과 방전을 번갈아 가면서 수행하는 경우에는 이들의 충방전을 효율적으로 제어하여 배터리가 적정한 동작 상태 및 성능을 유지하도록 관리할 필요성이 있다.
이를 위해, 배터리의 상태 및 성능을 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)이 구비된다. BMS는 배터리의 전류, 전압, 온도 등을 측정하여 이를 바탕으로 배터리의 잔존 용량(SOC; State of Charge)을 추정하며, 차량의 연료 소비 효율이 가장 좋아지도록 SOC를 제어한다. SOC를 정확히 제어하기 위해서는 충방전을 행하고 있는 배터리의 SOC를 정확히 측정하는 것이 필요하다.
리튬 인산철(LiFePO4) 배터리는 오랜 수명을 갖고 안전성이 높은 재충전 배터리이다. 또한, 리튬 인산철(LiFePO4) 배터리는 사이즈가 작고 가벼우며, 배터리 내부나 외부에 손상을 입어도 배터리가 타거나 폭발하지 않는 장점이 있다.
또한, 내열성이 우수하고, 급속충전이 가능하며, 희소금속을 사용하지 않아 비용을 크게 줄일 수 있고 환경오염의 우려도 없다. 리튬 인산철(LiFePO4) 배터리는 전체 용량의 90%까지 방전 후에도 1,000회 이상 재충전이 가능하고, 기존 납산 배터리보다 3배 이상 수명이 길다.
한편, 이와 같은 배터리는 일반적으로 충전 또는 방전 동작이 반복됨에 따라 SEI(Solid Electrolyte Interphase)에 의해 배터리 내부의 리튬 이온이 감소하게 된다. 이에 따라, 배터리는 충전 용량이 서서히 감소하게 된다.
일반적으로, 배터리 용량을 측정하기 위해, RPT(Reference Performance Test)를 사용한다. RPT는 완전 충전, 완전 방전을 사용하는 방식으로 실제 사용에서 이러한 환경을 갖기는 어렵다. 따라서, 간접적인 요소를 통한 배터리 용량 추정 방식이 필요한 실정이다.
KR 10-2013-0083220 A KR 10-2016-0103332 A KR 10-1429292 B1
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 기록 매체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법은, 인산철 배터리의 만충 후에 방전을 시작하는 지점부터 방전 후 전압이 미리 지정한 범위 이상 변화하는 지점까지의 전압 구간인 만충 전압(HV; High Voltage) 구간을 지정하는 단계; 만충 전압 구간에서 인산철 배터리의 사용량 길이(LHP; Length of High voltage Period)를 측정하는 단계; 인산철 배터리의 각 용량에 따른 특징값을 입력으로 하는 용량 추정 모델을 생성하는 단계; 및 생성된 용량 추정 모델을 이용하여, 인산철 배터리의 만충 전압 구간에서 측정된 특징값을 기초로 인산철 배터리의 용량을 추정하는 단계;를 포함한다
본 발명의 실시예에서, 특징값은 만충 전압 구간의 사용량 길이, 충방전률(C-rate) 및 온도를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법은, 만충 전압 구간에서 인산철 배터리의 사용량 길이, 전류 및 전압을 측정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 용량 추정 모델을 생성하는 단계는, 각 충방전률(C-rate)과 온도에서 RPT(Reference Performance Test)를 통해 직접적으로 인산철 배터리의 용량을 측정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에는, 상기 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록되어 있다.
상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 장치는, 인산철 배터리의 만충 후에 방전을 시작하는 지점부터 방전 후 전압이 미리 지정한 범위 이상 변화하는 지점까지의 전압 구간인 만충 전압(HV; High Voltage) 구간을 지정하는 만충 전압 구간 지정부; 만충 전압 구간에서 인산철 배터리의 사용량 길이(LHP; Length of High voltage Period)를 측정하는 사용량 길이 측정부; 인산철 배터리의 각 용량에 따른 특징값을 입력으로 하는 용량 추정 모델을 생성하는 용량 학습부; 및 생성된 용량 추정 모델을 이용하여, 인산철 배터리의 만충 전압 구간에서 측정된 특징값을 기초로 인산철 배터리의 용량을 추정하는 용량 추정부;를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 특징값은 만충 전압 구간의 사용량 길이, 충방전률(C-rate) 및 온도를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 용량 학습부는, 만충 전압 구간에서 인산철 배터리의 사용량 길이, 전류 및 전압을 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 용량 학습부는, 각 충방전률(C-rate)과 온도에서 RPT(Reference Performance Test)를 통해 직접적으로 인산철 배터리의 용량을 측정할 수 있다.
이와 같은 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법에 따르면, 만충 후 방전을 시작하는 지점을 기준으로 용량을 추정할 전압 구간 지정하고, 이 구간에서 특정 전압(High Voltage)이 지속되는 사용량 길이(LHP; Length of High voltage Period)를 이용하여 간접적으로 인산철 배터리의 용량을 추정할 수 있다.
또한, 본 발명에서 만충 전압(HV; High Voltage) 구간에서만 LHP를 측정하기 때문에 사용자의 사용 패턴에 큰 영향을 받지 않고, 배터리 용량 추정의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 장치의 블록도이다.
도 2는 새 배터리(Fresh Cell)의 HV 구간과 LHP를 보여주는 그래프이다.
도 3은 도 2와 비교하기 위해 오래된 배터리(Aging Cell)의 HV 구간과 LHP를 보여주는 그래프이다.
도 4는 인산철 배터리에서 온도에 따른 LHP의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는 인산철 배터리에서 C-rate에 따른 LHP의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 학습 데이터의 가상 그래프를 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 사용자 데이터의 가상 그래프를 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법의 흐름도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 장치의 블록도이다.
본 발명에 따른 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 장치(10, 이하 장치)는 만충 후 방전을 시작하는 지점을 기준으로 용량을 추정할 전압 구간 지정하고, 이 구간에서 어느 특정 전압(High Voltage)이 지속되는 사용량 길이(Length of High voltage Period)를 이용하여 간접적으로 인산철 배터리의 용량을 추정한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 장치(10)는 만충 전압 구간 지정부(110), 사용량 길이 측정부(130), 용량 학습부(150) 및 용량 추정부(170)를 포함한다. 상기 장치(10)는 전기 자동차의 일부 모듈일 수 있다.
본 발명의 상기 장치(10)는 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정을 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)가 설치되어 실행될 수 있으며, 상기 만충 전압 구간 지정부(110), 상기 사용량 길이 측정부(130), 상기 용량 학습부(150) 및 상기 용량 추정부(170)의 구성은 상기 장치(10)에서 실행되는 상기 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정을 수행하기 위한 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다.
상기 장치(10)는 별도의 단말이거나 또는 단말의 일부 모듈일 수 있다. 또한, 상기 만충 전압 구간 지정부(110), 상기 사용량 길이 측정부(130), 상기 용량 학습부(150) 및 상기 용량 추정부(170)의 구성은 통합 모듈로 형성되거나, 하나 이상의 모듈로 이루어 질 수 있다. 그러나, 이와 반대로 각 구성은 별도의 모듈로 이루어질 수도 있다.
상기 장치(10)는 이동성을 갖거나 고정될 수 있다. 상기 장치(10)는, 디바이스(device), 기구(apparatus), 단말(terminal), UE(user equipment), MS(mobile station), 무선기기(wireless device), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
상기 장치(10)는 운영체제(Operation System; OS), 즉 시스템을 기반으로 다양한 소프트웨어를 실행하거나 제작할 수 있다. 상기 운영체제는 소프트웨어가 장치의 하드웨어를 사용할 수 있도록 하기 위한 시스템 프로그램으로서, 안드로이드 OS, iOS, 윈도우 모바일 OS, 바다 OS, 심비안 OS, 블랙베리 OS 등 모바일 컴퓨터 운영체제 및 윈도우 계열, 리눅스 계열, 유닉스 계열, MAC, AIX, HP-UX 등 컴퓨터 운영체제를 모두 포함할 수 있다.
상기 만충 전압 구간 지정부(110)는 인산철 배터리의 만충 후에 방전을 시작하는 지점부터 방전 후 전압이 미리 지정한 범위 이상 변화하는 지점까지의 전압 구간인 만충 전압(HV; High Voltage) 구간을 지정한다. 상기 사용량 길이 측정부(130)는 만충 전압 구간에서 인산철 배터리의 사용량 길이(LHP; Length of High voltage Period)를 측정한다.
다시 말해, 인산철 배터리의 만충 전압(HV; High Voltage) 구간 기준점을 설정하고, LHP를 테스트 할 C-rate와 온도를 설정한다. 이후, 전압 변동 구간 동안 시간의 변화가 얼마나 일어났는지 측정할 수 있다.
도 2 및 도 3는 새 배터리(Fresh Cell)와 오래된 배터리(Aging Cell)의 HV 구간과 LHP를 보여준다.
여기서, HV 구간이란, 만충 후 방전을 시작하는 시점부터 방전 후 급격하게 변화하는 지점까지의 전압 구간이며, DFC(Distance Full Charge)는 완전 충전 상태에서 방전한 용량이다. LHP(Length of High voltage Period)는 HV 구간 동안의 사용량 길이를 의미한다. LHP는 온도와 C-rate가 일정한 상황에서만 측정 가능하다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 오래된 배터리(Aging Cell)에 비해 새 배터리(Fresh Cell)에서 같은 HV 구간에서 LHP가 더 길게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
상기 용량 학습부(150)는 인산철 배터리의 각 용량에 따른 특징값을 입력으로 하는 용량 추정 모델을 생성한다. 여기서, 특징값은 만충 전압 구간의 사용량 길이, 충방전률(C-rate) 및 온도를 포함한다.
구체적으로, 용량 추정 모델을 생성하기 위해 다양한 C-rate와 온도에서 직접적으로 용량 측정한다. 예를 들어, RPT(Reference Performance Test)를 통해 인산철 배터리의 용량을 측정할 수 있다.
이를 통해, 배터리 실제 용량 데이터 세트(data set)를 생성하고, 만충 후 방전 시작하는 시점부터 방전 후 급격하게 변화하는 지점까지를 HV 구간으로 정의한다. 또한, HV 구간에서의 LHP 측정하고, 특징값인 각 용량 별 LHP, C-rate, 온도의 테이블(table)을 생성한다.
용량 별 특징 값이 들어간 테이블을 입력(input)으로 하고, 용량(capacity)을 타겟(target)으로 하여 훈련하여 용량 추정 모델을 생성한다.
도 4는 온도 별 방전 그래프(우)에서 만충 후 방전 시작하는 시점부터 방전 후 급격하게 변화하는 지점까지를 지정하여 온도 별 LHP(좌)를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 온도가 높을수록 LHP가 길어짐을 통해 온도가 LHP의 길이에 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 배터리의 온도를 LHP에 영향을 미치는 요소로 정의하고 특징값으로 사용한다.
도 5는 C-rate 별 방전 그래프(우)에서 만충 후 방전 시작하는 시점부터 방전 후 급격하게 변화하는 지점까지를 지정하여 온도 별 LHP(좌)를 나타낸다.
C-rate(Current rate)는 배터리 용량에 대하여 충방전하는 전류의 비율을 의미하는데, 다시 말해서 전지의 충방전 시 다양한 사용 조건하에서 전류값 설정 및 전지의 사용 가능 시간을 예측하거나 표기하기 위한 단위이다. C-rate의 단위는 C를 사용한다.
충방전율에 따른 전류값의 산출은 충전 또는 방전전류를 전지 정격용량의 단위를 뺀 값으로 나누어 충방전 전류값을 아래의 수학식 1과 같이 산출한다.
[수학식 1]
C-rate (A) = 충방전전류(A) / 전지의 정격용량
여기서 1C란, 1Ah의 배터리를 기준으로 하였을 때 1A로 충전한다는 뜻이다. 2C라면, 2A로 충방전하므로 1Ah의 배터리는 완전 충전상태에서 30분간 충전과 방전을 할 수 있다. C-rate가 커질수록 동일한 용량의 배터리를 고전류로 충방전하므로, 출력 특성을 좋아지게 하기 위해 배터리의 내부저항이 작아지도록 설계할 수 있다.
도 5를 참조하면, C-rate가 낮을수록 LHP가 길어짐을 통해 C-rate가 LHP의 길이에 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 배터리의 온도를 LHP에 영향을 미치는 요소로 정의하고 특징값으로 사용한다.
상기 용량 추정부(170)는 생성된 용량 추정 모델을 이용하여, 인산철 배터리의 만충 전압 구간에서 측정된 특징값을 기초로 인산철 배터리의 용량을 추정한다. 추정된 배터리 용량은 데이터베이스에 저장하여 이후 학습 데이터에 반영할 수 있다.
상태가 만충 후 방전을 사용하는 시점부터 HV구간 동안 LHP 측정하고, 각 용량 별 특징값들을(LHP, C-rate, temperature) 이용하여 아래의 수학식 2와 같이 용량 추정 모델로부터 용량(capacity)을 추정한다.
[수학식 2]
Figure pat00001
도 6은 본 발명에 따른 학습 데이터의 가상 그래프를 보여주는 그래프이다. 도 7은 본 발명에 따른 사용자 데이터의 가상 그래프를 보여주는 그래프이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에서는 사전에 만들어 놓은 학습 데이터로 HV 구간에서의 특징값을 통해 간접적으로 용량을 추정할 수 있는 모델 생성한다. 이후, 사용자가 임의의 패턴으로 사용하다가 HV 구간에 도달하는 경우 특징값을 추출하고, 이 때 추출한 값으로 학습용 데이터를 통해 생성된 용량 추정 모델로 간접적인 용량 추정이 가능하다.
일반적으로, 일정한 전류로 배터리를 사용하는 경우는 거의 없다. 자동차 배터리도 사용자가 가속 감속을 할 때나 도로에 경사 유무에 때에 따라 전류가 변하게 된다.
도 7을 참조하면, 본 발명에서 LHP는 만충 전압(HV; High Voltage) 구간에서만 측정하기 때문에 사용자의 사용 패턴에 큰 영향을 받지 않는다. 또한, 일반적으로 완전 충전한 직후 사용하지 않고, 충전기를 꽂아둔 상태로 오랜 시간이 지난 후에 배터리를 사용한다. 따라서, 충분한 휴지기(REST)를 가졌기 때문에, 측정된 전압(Voltage) 값을 신뢰할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법의 흐름도이다.
본 실시예에 따른 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법은, 도 1의 장치(10)와 실질적으로 동일한 구성에서 진행될 수 있다. 따라서, 도 1의 장치(10)와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.
또한, 본 실시예에 따른 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법은 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정을 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)에 의해 실행될 수 있다.
본 발명은 만충 후 방전을 시작하는 지점을 기준으로 용량을 추정할 전압 구간 지정하고, 이 구간에서 어느 특정 전압(High Voltage)이 지속되는 사용량 길이(Length of High voltage Period)를 이용하여 간접적으로 인산철 배터리의 용량을 추정한다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법은, 인산철 배터리의 만충 후에 방전을 시작하면(단계 S00), 방전이 시작하는 지점부터 방전 후 전압이 미리 지정한 범위 이상 변화하는 지점까지의 전압 구간인 만충 전압(HV; High Voltage) 구간을 지정한다(단계 S10).
만충 전압 구간에서 인산철 배터리의 사용량 길이(LHP; Length of High voltage Period)를 측정한다(단계 S20). 또한, 만충 전압 구간에서 인산철 배터리의 사용량 길이, 전류 및 전압을 측정한다.
HV 구간이란, 만충 후 방전을 시작하는 시점부터 방전 후 급격하게 변화하는 지점까지의 전압 구간이며, DFC(Distance Full Charge)는 완전 충전 상태에서 방전한 용량이다. LHP(Length of High voltage Period)는 HV 구간 동안의 사용량 길이를 의미한다. LHP는 온도와 C-rate가 일정한 상황에서만 측정 가능하다.
일반적으로, 오래된 배터리(Aging Cell)에 비해 새 배터리(Fresh Cell)에서 같은 HV 구간에서 LHP가 더 길게 나타난다.
인산철 배터리의 각 용량에 따른 특징값을 입력으로 하는 용량 추정 모델을 생성한다(단계 S30). 여기서, 특징값은 만충 전압 구간의 사용량 길이, 충방전률(C-rate) 및 온도를 포함한다.
구체적으로, 용량 추정 모델을 생성하기 위해 다양한 C-rate와 온도에서 직접적으로 용량 측정한다. 예를 들어, RPT(Reference Performance Test)를 통해 인산철 배터리의 용량을 측정할 수 있다.
이를 통해, 배터리 실제 용량 데이터 세트(data set)를 생성하고, 만충 후 방전 시작하는 시점부터 방전 후 급격하게 변화하는 지점까지를 HV 구간으로 정의한다. 또한, HV 구간에서의 LHP 측정하고, 특징값인 각 용량 별 LHP, C-rate, 온도의 테이블(table)을 생성한다.
용량 별 특징 값이 들어간 테이블을 입력(input)으로 하고, 용량(capacity)을 타겟(target)으로 하여 훈련하여 용량 추정 모델을 생성한다.
온도가 높을수록 LHP가 길어지므로, 본 발명에서는 배터리의 온도를 LHP에 영향을 미치는 요소로 정의하고 특징값으로 사용한다. 또한, C-rate가 낮을수록 LHP가 길어지므로, 본 발명에서는 배터리의 온도를 LHP에 영향을 미치는 요소로 정의하고 특징값으로 사용한다.
생성된 용량 추정 모델을 이용하여, 인산철 배터리의 만충 전압 구간에서 측정된 특징값을 기초로 인산철 배터리의 용량을 추정한다(단계 S40). 추정된 배터리 용량은 데이터베이스에 저장하여 이후 학습 데이터에 반영할 수 있다.
본 발명은 만충 후 방전을 시작하는 지점을 기준으로 용량을 추정할 전압 구간 지정하고, 이 구간에서 특정 전압(High Voltage)이 지속되는 사용량 길이(LHP; Length of High voltage Period)를 이용하여 간접적으로 인산철 배터리의 용량을 추정할 수 있다.
또한, 본 발명에서 만충 전압(HV; High Voltage) 구간에서만 LHP를 측정하기 때문에 사용자의 사용 패턴에 큰 영향을 받지 않고, 배터리 용량 추정의 신뢰성을 높일 수 있다.
이와 같은, 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 사전에 측정한 데이터로 HV 구간에서의 특징값을 통해 간접적으로 용량을 추정할 수 있는 모델을 생성하고, 사용자가 임의의 패턴으로 사용하다가 HV 구간에 도달하는 경우 특징값을 추출한다. 이 때 추출한 값으로 학습용 데이터를 통해 생성된 용량 추정 모델로 간접적인 용량 추정이 가능하므로, 배터리가 사용되는 전기 자동차 등에 유용하게 적용할 수 있다.
10: 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 장치
110: 만충 전압 구간 지정부
130: 사용량 길이 측정부
150: 용량 학습부
170: 용량 추정부

Claims (9)

  1. 인산철 배터리의 만충 후에 방전을 시작하는 지점부터 방전 후 전압이 미리 지정한 범위 이상 변화하는 지점까지의 전압 구간인 만충 전압(HV; High Voltage) 구간을 지정하는 단계;
    만충 전압 구간에서 인산철 배터리의 사용량 길이(LHP; Length of High voltage Period)를 측정하는 단계;
    인산철 배터리의 각 용량에 따른 특징값을 입력으로 하는 용량 추정 모델을 생성하는 단계; 및
    생성된 용량 추정 모델을 이용하여, 인산철 배터리의 만충 전압 구간에서 측정된 특징값을 기초로 인산철 배터리의 용량을 추정하는 단계;를 포함하는, 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    특징값은 만충 전압 구간의 사용량 길이, 충방전률(C-rate) 및 온도를 포함하는, 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    만충 전압 구간에서 인산철 배터리의 사용량 길이, 전류 및 전압을 측정하는 단계;를 더 포함하는, 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 용량 추정 모델을 생성하는 단계는,
    각 충방전률(C-rate)과 온도에서 RPT(Reference Performance Test)를 통해 직접적으로 인산철 배터리의 용량을 측정하는 단계;를 포함하는, 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 따른 상기 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체.
  6. 인산철 배터리의 만충 후에 방전을 시작하는 지점부터 방전 후 전압이 미리 지정한 범위 이상 변화하는 지점까지의 전압 구간인 만충 전압(HV; High Voltage) 구간을 지정하는 만충 전압 구간 지정부;
    만충 전압 구간에서 인산철 배터리의 사용량 길이(LHP; Length of High voltage Period)를 측정하는 사용량 길이 측정부;
    인산철 배터리의 각 용량에 따른 특징값을 입력으로 하는 용량 추정 모델을 생성하는 용량 학습부; 및
    생성된 용량 추정 모델을 이용하여, 인산철 배터리의 만충 전압 구간에서 측정된 특징값을 기초로 인산철 배터리의 용량을 추정하는 용량 추정부;를 포함하는, 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    특징값은 만충 전압 구간의 사용량 길이, 충방전률(C-rate) 및 온도를 포함하는, 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 장치.
  8. 제6항에 있어서, 용량 학습부는,
    만충 전압 구간에서 인산철 배터리의 사용량 길이, 전류 및 전압을 측정하는, 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 장치.
  9. 제6항에 있어서, 용량 학습부는,
    각 충방전률(C-rate)과 온도에서 RPT(Reference Performance Test)를 통해 직접적으로 인산철 배터리의 용량을 측정하는, 인산철 배터리의 만충 전압 구간 기반 용량 추정 장치.
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