KR20230081855A - E-모빌리티 배터리 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

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한세경
박진경
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

E-모빌리티 배터리 관리 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 E-모빌리티 배터리 관리 시스템은 적어도 하나 이상의 배터리를 충전시키는 충전기, 상기 배터리와 상기 충전기 사이의 접속을 지원하고, 상기 충전기와 접속된 배터리를 식별하며 상기 식별된 배터리에 대한 충전상태를 센싱하는 배터리 데이터 수집장치 및 상기 배터리 데이터 수집장치로부터 상기 배터리에 대한 충전상태 데이터를 전달받아 현재 상태를 진단하고, 상기 진단된 현재 상태에 따른 적어도 하나 이상의 서비스를 제공하는 클라우드 서버를 포함한다. 따라서, 상술한 본 발명의 일 측면에 따르면, 충전기와 접속된 배터리를 식별하고 충전상태 데이터를 클라우드 서버에 전송함으로써, 다양한 배터리에 대해 클라우드 플랫폼과의 유기적인 서비스를 제공할 수 있다. 이로 인해, 배터리 상태 진단, 노화상태 추정, 노화에 따른 맞춤 충전 등 보다 고도화된 배터리 관리 서비스를 제공할 수 있다.

Description

E-모빌리티 배터리 관리 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MANAGING E-MOBILITY BATTERY}
본 발명은 E-모빌리티 배터리 관리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 클라우드에 기반하여 배터리의 현재 상태를 진단하고 이에 따라 적어도 하나 이상의 서비스를 제공하는 E-모빌리티 배터리 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 지구온난화와 같은 환경문제에 대한 관심이 높아짐에 따라, 온난화의 원인의 주범인 이산화탄소 배출 감소에 대한 요구가 증가하고, 이에 따라 기존의 가솔린을 주연료로 하는 운송수단을 대체하여 전기로 동력을 얻는 전기운송수단에 대한 수요가 늘어나고 있다.
이러한 전기운송수단으로는, 드론, 전기이륜차, 전동킥보드, 전기자전거 등이 고려될 수 있다. 대표적으로 전기이륜차를 살펴보면, 전기를 주원료로 하는 전기이륜차와 종래의 가솔린을 주연료로 하는 기존의 가솔린 이륜차와 비교했을 때, 가솔린 이륜차는 엔진오일의 교환, 클러치 슈, 점화 플러그 등과 같은 유지비가 지속적으로 소요된다는 점, 배기가스, 미세먼지, 소음 등을 유발한다는 점에서, 전기 이륜차에 비해 불리한 불리한 점이 많다. 또한 가솔린 이륜차는 유지 기간이 대략 3년 정도로 기간 도래 후에는 새 모델로 교체해야 하는데, 그 비용이 상당한 것에 반해, 전기이륜차는 특정 부품들만 교체해주면 되기 때문에 그 비용이 상대적으로 매우 저렴하다는 강점을 갖는다.
그러나 전기이륜차는 전기모터 주행을 위해 전기에너지를 소모하고, 주행할 수 있는 거리를 모두 주행하면 배터리를 충전할 필요가 있는데, 배터리의 종류, 전기이륜차의 종류, 제조사 등에 따라 배터리를 충전하는 방법이 상이하다는 점 등의 한계를 갖고 있다.
또한, 전기이륜차 뿐만 아니라 드론, 전동킥보드, 전기자전거 등 다양한 E-모빌리티 기기를 충전하는데 있어 배터리를 충전하는 방법, 배터리를 충전하기 위한 커넥터의 모양이 전부 상이하다. 따라서, 현재로서는 이러한 다양한 E-모빌리티 기기마다 별도의 충전기를 마련하여야 하며, 그 배터리를 관리하는 데에 있어서도 충전기 별로 과충전 방지 및 샐밸런싱 등의 관리를 하므로 보다 고도화된 배터리 관리 서비스의 제공이 불가능한 문제점을 갖고 있다.
한국공개특허공보 제10-2015-0023091호
본 발명의 일 측면은 적어도 하나 이상의 배터리와 충전기와의 접속을 지원하고, 접속된 배터리를 식별하여 현재 충전상태를 센싱하는 배터리 데이터 수집장치와 배터리에 대한 충전상태 데이터를 전달받아 현재 상태를 진단하고, 이에 따라 적어도 하나 이상의 서비스를 제공하는 클라우드 서버를 포함하는 E-모빌리티 배터리 관리 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 E-모빌리티 배터리 관리 시스템은 적어도 하나 이상의 배터리를 충전시키는 충전기, 상기 배터리와 상기 충전기 사이의 접속을 지원하고, 상기 충전기와 접속된 배터리를 식별하며 상기 식별된 배터리에 대한 충전상태를 센싱하는 배터리 데이터 수집장치 및 상기 배터리 데이터 수집장치로부터 상기 배터리에 대한 충전상태 데이터를 전달받아 현재 상태를 진단하고, 상기 진단된 현재 상태에 따른 적어도 하나 이상의 서비스를 제공하는 클라우드 서버를 포함한다.
한편, 배터리 데이터 수집장치는, 상기 배터리와 상기 충전기측에 각각 젠더 형태의 커넥터를 갖아, 상기 배터리와 충전기의 접속을 지원할 수 있다.
또한, 배터리 데이터 수집장치는, 상기 배터리를 식별하여 식별정보를 생성하는 식별부, 상기 식별된 배터리에 대한 충전상태로서, 상기 E-모빌리티 배터리로 전달되는 전류, 전압 및 주변환경정보를 센싱하는 센서부, 상기 식별정보와 함께 충전상태 데이터를 분류 저장하는 데이터 분류부 및 상기 충전기와 접속된 배터리가 충전이 시작된 시점으로부터 완전충전이 될 때까지, 상기 식별정보와 함께 충전상태 데이터를 상기 클라우드 서버측에 전송하는 통신부를 포함할 수 있다.
또한, 클라우드 서버는, 상기 배터리의 충전상태 데이터를 수집하고, 상기 식별정보와 연관된 히스토리 데이터를 검색하되, 현재 주변환경정보와 유사한 조건에서의 히스토리 데이터를 검색하는 데이터 수집 모듈, 상기 수집된 배터리의 충전상태 데이터에 기초하여 충전 중 이상발생 여부를 판단하고, 적어도 하나 이상의 배터리 상태 추정정보를 생성하여 상기 배터리에 대한 현재 상태를 진단하는 데이터 처리 모듈 및 상기 진단된 현재 상태에 따라 적어도 하나 이상의 서비스를 제공하는 서비스 제공 모듈을 포함할 수 있다.
또한, 데이터 처리 모듈은, 상기 데이터 수집 모듈에서 수집된 배터리의 충전상태 데이터에서 과전압과 노이즈를 제거하는 전처리부, 상기 데이터 수집 모듈에서 검색한 히스토리 데이터와 상기 전처리부로부터의 배터리의 충전상태 데이터를 비교하여 충전 중 이상발생 여부를 판단하는 이상발생 판단부 및 상기 배터리의 충전상태 데이터에 기초하여, 배터리 충전상태(SoC: State of Charge), 배터리의 건강상태(SoH: State of Health), 배터리의 출력 상태(SoP: State of Power), 및 배터리 셀 간의 균형 여부, 배터리 셀 밸런싱을 맞추기 위해 충전해야 할 충전 양 정보를 포함하는 상기 현재 상태를 진단하는 상태 진단부를 포함할 수 있다.
또한, E-모빌리티 배터리 관리 시스템은, 사용자로부터 상기 배터리와 관련된 서비스 요청을 입력받아 상기 클라우드 서버측에 전달하고, 상기 클라우드 서버로부터 적어도 하나 이상의 서비스를 제공받는 사용자 단말기를 더 포함하고, 상기 서비스 제공 모듈은, 상기 이상발생 판단부에서 충전 중 이상이 발생된 것이 판단되면, 해당 배터리와 연결된 상기 배터리 데이터 수집장치와 상기 사용자 단말기측에 이를 전달하고, 상기 사용자로부터 입력받은 서비스 요청에 대응하는 서비스를 제공할 수 있다.
또한, 히스토리 데이터와 상기 충전상태 데이터는 충전 전압 프로파일 데이터이고, 상기 이상발생 판단부는, 상기 히스토리 데이터와 상기 충전 상태 데이터의 전압을 직접 비교하는 방식, 상기 히스토리 데이터와 상기 충전 상태 데이터의 전압의 변화 패턴을 비교하는 방식, 상기 히스토리 데이터와 상기 충전 상태 데이터 간의 거리를 계산한 결과를 기초로 분류 학습하는 방식 중 어느 하나의 방식에 기초한 결과를 토대로 상기 충전 중 이상 발생 여부를 판단할 수 있다.
또한, 배터리 데이터 수집장치는 상기 클라우드 서버로부터 충전 중 배터리의 이상발생 정보를 수신하면, 이를 알람하고 해당 배터리의 충전을 제한할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 E-모빌리티 배터리 관리방법은 충전기를 통해 적어도 하나 이상의 배터리를 충전시키는 E-모빌리티 배터리 관리 시스템에서의 E-모빌리티 배터리 관리방법으로서, 배터리 데이터 수집장치에서 상기 배터리와 상기 충전기 사이의 접속을 지원하고, 상기 충전기와 접속된 배터리를 식별하며 상기 식별된 배터리에 대한 충전상태를 센싱하고, 클라우드 서버에서 상기 배터리 데이터 수집장치로부터 상기 배터리에 대한 충전상태 데이터를 전달받아 현재 상태를 진단하고, 상기 진단된 현재 상태에 따른 적어도 하나 이상의 서비스를 제공한다.
상술한 본 발명의 일 측면에 따르면, 충전기와 접속된 E-모빌리티 배터리를 식별하고 충전상태 데이터를 클라우드 서버에 전송함으로써, 다양한 E-모빌리티 배터리에 대해 클라우드 플랫폼과의 유기적인 서비스를 제공할 수 있다. 이로 인해, 배터리 상태 진단, 노화상태 추정, 노화에 따른 맞춤 충전 등 보다 고도화된 배터리 관리 서비스를 제공할 수 있다.
또한, E-모빌리티 배터리와 충전기측에 각각 젠더 형태의 커넥터를 포함한 배터리 데이터 수집 장치를 제공하여 E-모빌리티 배터리와 충전기 사이의 접속을 지원함으로써, 다양한 E-모빌리티 배터리와 충전기 접속시 커넥터의 모양이 서로 상이한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 이점이 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 E-모빌리티 배터리 관리 시스템을 도시한 도면이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 배터리 데이터 수집 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3 은 도 1 에 도시된 클라우드 서버의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4 는 도 3 에 도시된 클라우드 서버의 전처리부에서 데이터를 처리한 결과를 도시한 도면이다.
도 5 는 도 3 에 도시된 클라우드 서버의 이상발생 판단부에서 이상발생 여부를 판단하는 방법을 도시한 도면이다.
도 6 은 도 3 에 도시된 클라우드 서버의 이상발생 판단부에서 이상발생 여부를 판단하는 방법을 도시한 도면이다.
도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 E-모빌리티 배터리 관리 방법을 도시한 도면이다.
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 실시예와 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 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 E-모빌리티 배터리 관리 시스템을 도시한 도면이다.
도 1 을 참조하면, 본 실시예에 따른 E-모빌리티 배터리 관리 시스템은 적어도 하나 이상의 E-모빌리티 전기운송수단(10)에 탑재된 배터리(미도시), 배터리를 충전시키는 충전기(20), 배터리 데이터 수집장치(100), 클라우드 서버(200) 및 사용자 단말기(300)를 포함한다.
이러한 E-모빌리티 배터리 관리 시스템은 도 1 에 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 구현될 수 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해 구현될 수 있다. 또한, E-모빌리티 배터리 관리 시스템은 해당 시스템에 마련되는 적어도 두 개의 구성요소가 하나의 구성요소로 통합되어 하나의 구성요소가 복합적인 기능을 수행할 수도 있다. 이하, 상술한 구성요소들에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
적어도 하나 이상의 배터리는 드론, 전기이륜차, 전동킥보드, 전기자전거 등 다양한 전기운송수단에 전력을 공급하도록 마련된다. 이와 같은 배터리는 양극, 음극 및 전해질이 마련되는 리튬 이온 배터리(Lithium-ion Battery) 일 수 있으며, 이에 따라, 배터리는 방전동작을 수행하는 동안 배터리 내부의 리튬 이온이 음극으로부터 양극으로 이동하도록 마련될 수 있다.
예컨대, 배터리는 리튬인산철(LFP:LiFePO4) 등의 리튬 이온 배터리가 이용될 수 있으며, 또한, 배터리는 과전압 특성이 비교적 낮아 안정적인 전압이 공급되는 배터리가 이용될 수 있다.
이때, 배터리는 충전 동작을 수행하는 동안 배터리 내부의 리튬 이온이 양극으로부터 음극으로 이동하도록 마련될 수 있으며, 이에 따라, 배터리는 충전 및 재사용이 가능하도록 마련될 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 배터리는 배터리팩 자체에 해당 배터리를 식별하기 위한 식별장치가 부착될 수 있다. 여기서, 식별장치는 RFID(Radio Frequency Identification) 태그, 바코드, QR 코드 중 어느 하나일 수 있다.
충전기(20)는 커넥터를 통해 배터리와 접속하여 미리 설정된 충방전 패턴에 따라 배터리를 충전시킨다. 한편, 충전기(20)는 충전기를 제조하는 회사별로 다양한 모양의 커넥터 단자를 포함할 수 있다.
배터리 데이터 수집장치(100)는 충전기(20)에 접속된 배터리에 대한 충전상태 데이터를 수집하고 이를 클라우드 서버(200)에 전송함으로써 BaaS(Battery as a Service) 플랫폼에서의 보다 고도화된 배터리 관리 서비스를 연계한다.
보다 구체적으로, 먼저 배터리 데이터 수집장치(100)는 양측단에 젠더 형태의 커넥터(100-1, 100-2)를 포함하여 배터리와 충전기(20) 사이의 접속을 지원한다. 한편, 다양한 회사에서 제조된 배터리와 충전기는 이를 접속하기 위한 커넥터 단자의 모양이 서로 상이하여 배터리 별로 충전기를 별도 구비해야 하는 어려움이 존재하였다. 따라서, 본 실시예에 따른 배터리 데이터 수집장치(100)는 배터리와 충전기(20) 사이에 연결되되, 이들과의 접속을 위한 단자를 젠더 형태로 구비하여 다양한 배터리와 충전기(20) 사이의 접속을 지원할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 배터리 데이터 수집장치(100)는 충전기(20)와 접속된 배터리를 식별하며 상기 식별된 배터리에 대한 충전상태를 센싱하기 위해, 도 2 에 도시된 바와 같이, 식별부(110), 센서부(120), 제어부(130) 및 통신부(140)를 포함한다.
식별부(110)는 배터리를 식별하여 식별정보를 생성한다. 식별부(110)는 배터리팩에 마련된 식별장치인 RFID, 바코드, QR코드를 읽을 수 있는 리더기로서, 배터리와의 접속을 지원하는 커넥터 측에 마련될 수 있다. 식별부(110)에서 생성된 식별정보는 배터리 고유 식별번호, 제조일자, 배터리 용량, 정격전압, 정격 전류, 배터리가 장착된 전기운송수단의 정보를 포함하는 배터리 고유 정보와 전기운송수단을 소유한 사용자 단말 정보를 포함할 수 있다.
센서부(120)는 상기 식별된 배터리에 대한 충전상태를 센싱한다. 이를 위해, 센서부(120)는 배터리로 전달되는 전류, 전압 및 주변환경정보를 센싱한다. 보다 구체적으로, 센서부(120)는 배터리의 일측에 흐르는 전류와 전압을 측정할 수 있으며, 이를 위해 센서부(120)는 전류계와 전압계를 구비할 수 있다. 또한, 센서부(120)는 배터리의 주변환경정보로서 배터리의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 더 포함할 수 있다.
제어부(130)는 데이터 분류부(131)와 충전제한부(132)를 포함한다.
데이터 분류부(131)는 충전상태 데이터를 메모리에 분류 저장시킨다. 데이터 분류부(131)는 충전중인 배터리의 식별정보와 충전중에 센서부(120)에서 센싱된 충전상태를 매칭하여 충전상태 데이터로서 메모리(160)에 이를 분류 저장한다. 이때, 충전상태 데이터는 센서부(120)에서 센싱된 전류, 전압 및 주변환경정보와 식별부(110)에서 생성된 식별정보를 포함한다.
충전제한부(132)는 통신부(140)에서 이상발생 정보가 수신되면, 해당 배터리로 출력되는 충전전류를 즉시 제한할 수 있다. 이를 위해 충전제한부(132) 는 배터리로 인가되는 충전전류를 차단하기 위한 차단신호를 생성할 수 있다.
통신부(140)는 충전중인 배터리에 대한 충전상태 데이터를 클라우드 서버(200) 측에 전송한다. 이를 위해, 통신부(140)는 BLE(Bluetooth Low Energy), WiFi, Zigbee, LTE, 5G 등 공지의 통신방법을 이용할 수 있다. 통신부(140)는 배터리가 충전이 시작된 시점으로부터 완전충전이 될 때까지 저장된 충전상태 데이터를 식별정보와 함께 클라우드 서버(200) 측에 전송한다. 이때, 통신부(140)는 실시간으로 및/또는 미리 설정된 주기마다 충전상태 데이터를 전송할 수 있다. 또한, 통신부(140)는 클라우드 서버(200) 측으로부터 배터리의 이상발생 정보를 수신할 수 있다.
알람부(150)는 통신부(140)에서 이상발생 정보가 수신되면 위험을 경보하도록 알람한다. 이를 위해, 알람부(150)는 LED 광원, 디스플레이, 스피커 등으로 구성되어, LED 광원색, 이상발생을 알리는 표시 및 알람음 등을 통해 이상발생을 알람할 수 있다.
본 실시예에 따른 클라우드 서버(200)는 배터리 데이터 수집장치(100)와 무선 네트워크 등을 통해 연결되어 배터리 데이터 수집장치(100)로부터 배터리에 대한 충전상태 데이터를 전달받아 배터리의 현재 상태를 진단하고, 진단된 현재 상태에 따른 다양한 배터리 관련 서비스를 제공할 수 있다. 이를 위해, 클라우드 서버(200)는 도 3 에서와 같이, 데이터 수집 모듈(210), 데이터 처리 모듈(220) 및 서비스 제공 모듈(230)을 포함한다.
데이터 수집 모듈(210)은 배터리 데이터 수집장치(100)로부터 전송되는 배터리의 충전 상태 데이터를 수집하여 이를 클라우드 빅데이터에 저장시킬 수 있다. 이때, 데이터 수집 모듈(210)은 배터리의 식별정보와 매칭하여 해당 배터리의 충전 상태 데이터를 함께 저장시킬 수 있다. 또한, 데이터 수집 모듈(210)은 클라우드 빅데이터에 기저장된 히스토리 데이터 중에서 상기 식별정보와 매칭되는 히스토리 데이터를 검색할 수 있다. 이때, 데이터 수집 모듈(210)은 충전 중인 배터리의 주변환경정보와 유사한 조건하에서의 히스토리 데이터를 검색할 수 있다. 즉, 데이터 수집 모듈(210)은 비슷한 주변환경의 조건하에서 센싱된 과거의 충전 상태 데이터를 검색하는 것이다.
데이터 처리 모듈(220)은 데이터 수집 모듈(210)에서 수집된 충전상태 데이터에 기초하여 충전중인 배터리의 현재 상태를 진단한다. 이때, 데이터 처리 모듈(220)은 기계 학습(Machine Learning) 및 강화 학습(Reinforcement Learning) 등의 인공지능(AI: Artificial Intelligence) 기법을 이용하여 마련된 학습 모델에 근거하여 데이터를 처리하고 배터리의 현재 상태를 진단할 수 있다. 여기서, 기계학습은 복수개의 정보에 기초하여 복수개의 정보를 하나 이상의 그룹으로 분류 가능하도록 학습 모델을 생성하고, 생성된 학습 모델에 기초하여 임의의 정보를 분류하는 기법이다. 이와 같은, 기계 학습은 관리자에 의해 분류된 복수개의 정보에 따라 임의의 정보를 분류가능하도록 학습 모델을 생성하는 지도 학습(Supervised Learning), 복수개의 정보 자체를 분석하거나 또는 군집화 과정을 수행하며 학습 모델을 생성하는 비지도 학습(Unsupervised Learning), 지도학습과 비지도 학습을 혼합하여 학습 모델을 생성하는 준지도 학습(Semi-Supervised Learning) 및 복수개의 정보에 대해 임의의 동작을 수행하는 과정에서 발생한 보상에 따라 학습 모델을 생성하는 강화 학습(Reinforcement Learning) 등을 포함할 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 데이터 처리 모듈(220)은 배터리의 이상발생 여부를 판단하고, 적어도 하나 이상의 배터리 상태 추정정보를 생성하여 배터리에 대한 현재 상태를 진단한다. 이를 위해, 데이터 치리 모듈(220)은 전처리부(221), 이상발생 판단부(222) 및 상태 진단부(223)를 포함할 수 있다.
전처리부(221)는 데이터 수집 모듈(210)에서 수집된 충전 상태 데이터에서 과전압과 노이즈를 제거할 수 있다. 전처리부(221)에서의 충전 상태 데이터를 전처리한 결과의 일 예는 도 4 와 같다.
이상발생 판단부(222)는 데이터 수집 모듈(210)에서 검색한 히스토리 데이터와 전처리부(221)로부터의 배터리의 충전상태 데이터를 비교하여 충전 중 이상발생 여부를 판단한다.
이때, 상기 히스토리 데이터와 상기 충전상태 데이터는 충전 전압 프로파일 데이터일 수 있고, 이상발생 판단부(222)는 히스토리 데이터와 충전 상태 데이터를 소정의 방식으로 비교하여 충전 중 이상발생 여부를 판단한다.
보다 구체적으로, 이상발생 판단부(222)는 상기 히스토리 데이터와 상기 충전 상태 데이터의 전압을 직접 비교하는 방식으로 충전 중 이상발생 여부를 판단할 수 있다. 이상발생 판단부(222)는 도 5 와 같이, 충전 상태 데이터와 히스토리 데이터의 충전 전압 프로파일의 차이를 RMSE(Root Mean Square Error) 와 같은 오차 판단 방식을 이용하여 산출하고, 산출된 오차값이 기설정된 범위를 넘어설 경우 충전 중 배터리의 이상이 발생하였음을 나타내는 이상발생 정보를 생성할 수 있다.
또한, 이상발생 판단부(222)는 상기 히스토리 데이터와 상기 충전 상태 데이터의 전압의 변화 패턴을 비교하는 방식으로 충전 중 이상발생 여부를 판단할 수 있다. 이상발생 판단부(222)는 도 6 과 같이, 히스토리 데이터와 충전 상태 데이터의 SoC에 따른 충전전압의 프로파일의 변화 패턴이 유사한지 여부를 판단하고, 그 변화 패턴이 상이하면 충전 중 배터리의 이상이 발생하였음을 나타내는 이상발생 정보를 생성할 수 있다. 이때, 이상발생 판단부(222)는 피어스 상관계수를 이용하여 히스토리 데이터와 충전 상태 데이터의 충전 전압 프로파일이 같은 패턴으로 변화하는지 판단할 수 있다.
또한, 이상발생 판단부(222)는 상기 히스토리 데이터와 상기 충전 상태 데이터 간의 거리를 계산한 결과를 기초로 군집화(Clustering)을 수행하여 분류 학습하는 방식으로 상기 충전 중 이상 발생 여부를 판단할 수 있다. 이상발생 판단부(222)는 K-means 와 같은 분류 학습 기법을 이용하여 히스토리 데이터와 충전 상태 데이터의 충전 전압 프로파일 간의 거리를 계산하고 K개의 그룹으로 군집화할 수 있다. 바람직하게는, 이상발생 판단부(222)는 K를 2 로 설정하여 이상 발생시 현재 충전 상태 데이터가 단독으로 하나의 그룹으로 군집화되도록 설정할 수 있다.
상태진단부(223)는 배터리의 충전상태 데이터에 기초하여, 배터리 충전상태(SoC: State of Charge), 배터리의 건강상태(SoH: State of Health), 배터리의 출력 상태(SoP: State of Power), 및 배터리 셀 간의 균형 여부, 배터리 셀 밸런싱을 맞추기 위해 충전해야 할 충전 양 정보를 포함하는 상기 현재 상태를 진단한다.
서비스 제공 모듈(230)은 상태진단부(223)에서 진단된 배터리의 현재 상태에 따라 적어도 하나 이상의 서비스를 제공한다.
서비스 제공 모듈(230)은 이상발생 판단부(222)에서 충전 중 이상발생이 판단되면, 이를 알리는 서비스를 제공한다. 이를 위해, 서비스 제공 모듈(230)은 충전 중 이상이 발생한 배터리와 연결된 배터리 데이터 수집 장치(100)와 상기 배터리와 연관된 사용자 단말(300) 측에 배터리 상태가 정상인지 이상이 존재하는지를 알람하는 서비스를 제공한다.
또한, 서비스 제공 모듈(230)은 사용자 단말(300)로부터의 서비스 요청에 대응하는 서비스를 더 제공할 수 있다. 상기 서비스 요청은 배터리의 현재 상태 정보를 표시하는 요청, 상기 현재 상태에 따라 배터리의 교체가 요구되는 시점 정보를 제공하는 요청, 배터리의 이상이 존재한다면 그 이상의 정도의 정보를 제공하는 요청 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
한편, 사용자 단말기(300)는 배터리 관리 서비스를 등록할 수 있는 단말기로서, 컴퓨터, 스마트폰 및 타블렛 등의 단말장치의 형태일 수 있다. 이러한 사용자 단말기(300)는 무선 네트워크 통신을 통해 클라우드 플랫폼에 접근할 수 있으며, 이에 따라 배터리 관리 서비스를 등록하려는 사용자는 클라우드 플랫폼에 배터리 관리 서비스와, 소유하고 있는 전기운송수단의 정보를 함께 등록할 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 사용자 단말기(300)는 사용자로부터 배터리와 관련된 서비스 요청을 입력받아 상기 클라우드 서버(200) 측에 전달하고, 상기 클라우드 서버(200)로부터 적어도 하나 이상의 서비스를 제공받는다.
도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 E-모빌리티 배터리 관리 방법을 도시한 도면이다.
도 7 을 참조하면, 본 실시예에 따른 E-모빌리티 배터리 관리 방법은 충전기를 통해 적어도 하나 이상의 배터리를 충전시키는 E-모빌리티 배터리 관리 시스템에서의 E-모빌리티 배터리 관리방법이다.
먼저, 배터리 데이터 수집장치는 배터리와 충전기 사이의 접속을 지원하고, 충전기와 접속된 배터리를 식별하여 식별정보를 생성(S110)한다. 또한, 배터리 데이터 수집장치는 식별된 배터리에 대한 충전상태를 센싱(S120)하고 식별정보와 매칭하여 충전 상태 데이터를 수집 및 저장(S130)한다. 배터리 데이터 수집장치는 충전 상태 데이터를 배터리가 충전이 시작된 시점부터 완전충전이 될 때까지 실시간으로 및/또는 미리 설정된 주기마다 클라우드 서버측에 전송(S140)할 수 있다.
클라우드 서버는 상기 배터리 데이터 수집장치로부터 배터리에 대한 충전상태 데이터를 전달받아 현재 상태를 진단하고, 상기 진단된 현재 상태에 따른 적어도 하나 이상의 서비스를 제공한다.
이를 위해 클라우드 서버는 먼저, 식별정보에 기초하여 식별정보와 연관된 충전 상태 데이터를 수집하고 이를 클라우드 빅데이터에 저장(S210)시킨다. 또한, 클라우드 서버는 클라우드 빅데이터에 기저장된 히스토리 데이터 중에서 상기 식별정보와 매칭되는 히스토리 데이터를 검색(S220)한다. 이렇게 검색된 히스토리 데이터는 배터리의 현재 상태를 진단하기 위한 비교데이터가 될 수 있다. 클라우드 서버는 충전 상태 데이터에서 과전압과 노이즈를 제거하는 방식으로 데이터 전처리를 수행하고, 전처리된 충전 상태 데이터와 상기 검색된 히스토리 데이터를 비교하여 배터리의 이상을 판단(S230)한다. 클라우드 서버는 배터리 이상 판단시, 충전 상태 데이터와 히스토리 데이터의 전압을 직접 비교하는 방식, 전압의 변화 패턴을 비교하는 방식, 충전 상태 데이터와 히스토리 데이터간의 거리를 계산한 결과를 기초로 군집화를 수행하여 분류 학습하는 방식 중 어느 하나의 방식으로 충전 중 이상발생 여부를 판단한다.
또한, 클라우드 서버는 배터리의 충전 상태 데이터에 기초하여 배터리 충전상태(SoC: State of Charge), 배터리의 건강상태(SoH: State of Health), 배터리의 출력 상태(SoP: State of Power), 및 배터리 셀 간의 균형 여부, 배터리 셀 밸런싱을 맞추기 위해 충전해야 할 충전 양 정보를 포함하는 상기 현재 상태를 진단(S250)할 수 있다.
클라우드 서버는 배터리의 이상이 발생하면, 이에 대한 정보를 배터리 데이터 수집장치와 사용자 단말기 측에 전달하는 서비스를 제공(S240)할 수 있다. 또한, 클라우드 서버는 사용자 단말기에서 요청한 서비스(S320)에 응답한 적어도 하나 이상의 서비스를 제공(S260)할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 측면에 따르면, 충전기와 접속된 E-모빌리티 배터리를 식별하고 충전상태 데이터를 클라우드 서버에 전송함으로써, 다양한 E-모빌리티 배터리에 대해 클라우드 플랫폼과의 유기적인 서비스를 제공할 수 있다. 이로 인해, 배터리 상태 진단, 노화상태 추정, 노화에 따른 맞춤 충전 등 보다 고도화된 배터리 관리 서비스를 제공할 수 있다.
또한, E-모빌리티 배터리와 충전기측에 각각 젠더 형태의 커넥터를 포함한 배터리 데이터 수집 장치를 제공하여 E-모빌리티 배터리와 충전기 사이의 접속을 지원함으로써, 다양한 E-모빌리티 배터리와 충전기 접속시 커넥터의 모양이 서로 상이한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 이점이 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 배터리 데이터 수집장치
200: 클라우드 서버
300: 모바일 단말기

Claims (9)

  1. 적어도 하나 이상의 배터리를 충전시키는 충전기;
    상기 배터리와 상기 충전기 사이의 접속을 지원하고, 상기 충전기와 접속된 배터리를 식별하며 상기 식별된 배터리에 대한 충전상태를 센싱하는 배터리 데이터 수집장치; 및
    상기 배터리 데이터 수집장치로부터 상기 배터리에 대한 충전상태 데이터를 전달받아 현재 상태를 진단하고, 상기 진단된 현재 상태에 따른 적어도 하나 이상의 서비스를 제공하는 클라우드 서버를 포함하는, E-모빌리티 배터리 관리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 데이터 수집장치는,
    상기 배터리와 상기 충전기측에 각각 젠더 형태의 커넥터를 갖아, 상기 배터리와 충전기의 접속을 지원하는 E-모빌리티 배터리 관리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 데이터 수집장치는,
    상기 배터리를 식별하여 식별정보를 생성하는 식별부;
    상기 식별된 배터리에 대한 충전상태로서, 상기 배터리로 전달되는 전류, 전압 및 주변환경정보를 센싱하는 센서부;
    상기 충전중인 배터리의 충전상태 데이터를 분류 저장하는 데이터 분류부; 및
    상기 충전기와 접속된 배터리가 충전이 시작된 시점으로부터 완전충전이 될 때까지, 상기 식별정보와 함께 충전상태 데이터를 상기 클라우드 서버측에 전송하는 통신부를 포함하는 E-모빌리티 배터리 관리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 클라우드 서버는,
    상기 배터리의 충전상태 데이터를 수집하고, 상기 식별정보와 연관된 히스토리 데이터를 검색하되, 현재 주변환경정보와 유사한 조건에서의 히스토리 데이터를 검색하는 데이터 수집 모듈;
    상기 수집된 배터리의 충전상태 데이터에 기초하여 충전 중 이상발생 여부를 판단하고, 적어도 하나 이상의 배터리 상태 추정정보를 생성하여 상기 배터리에 대한 현재 상태를 진단하는 데이터 처리 모듈; 및
    상기 진단된 현재 상태에 따라 적어도 하나 이상의 서비스를 제공하는 서비스 제공 모듈을 포함하는 E-모빌리티 배터리 관리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 데이터 처리 모듈은,
    상기 데이터 수집 모듈에서 수집된 배터리의 충전상태 데이터에서 과전압과 노이즈를 제거하는 전처리부;
    상기 데이터 수집 모듈에서 검색한 히스토리 데이터와 상기 전처리부로부터의 배터리의 충전상태 데이터를 비교하여 충전 중 이상발생 여부를 판단하는 이상발생 판단부; 및
    상기 배터리의 충전상태 데이터에 기초하여, 배터리 충전상태(SoC: State of Charge), 배터리의 건강상태(SoH: State of Health), 배터리의 출력 상태(SoP: State of Power), 및 배터리 셀 간의 균형 여부, 배터리 셀 밸런싱을 맞추기 위해 충전해야 할 충전 양 정보를 포함하는 상기 현재 상태를 진단하는 상태 진단부를 포함하는 E-모빌리티 배터리 관리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 E-모빌리티 배터리 관리 시스템은,
    사용자로부터 상기 배터리와 관련된 서비스 요청을 입력받아 상기 클라우드 서버측에 전달하고, 상기 클라우드 서버로부터 적어도 하나 이상의 서비스를 제공받는 사용자 단말기를 더 포함하고,
    상기 서비스 제공 모듈은,
    상기 이상발생 판단부에서 충전 중 이상이 발생된 것이 판단되면, 해당 배터리와 연결된 상기 배터리 데이터 수집장치와 상기 사용자 단말기측에 이를 전달하고,
    상기 사용자로부터 입력받은 서비스 요청에 대응하는 서비스를 제공하는 E-모빌리티 배터리 관리 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 히스토리 데이터와 상기 충전상태 데이터는 충전 전압 프로파일 데이터이고,
    상기 이상발생 판단부는,
    상기 히스토리 데이터와 상기 충전 상태 데이터의 전압을 직접 비교하는 방식, 상기 히스토리 데이터와 상기 충전 상태 데이터의 전압의 변화 패턴을 비교하는 방식, 상기 히스토리 데이터와 상기 충전 상태 데이터 간의 거리를 계산한 결과를 기초로 분류 학습하는 방식 중 어느 하나의 방식에 기초한 결과를 토대로 상기 충전 중 이상 발생 여부를 판단하는 E-모빌리티 배터리 관리 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 배터리 데이터 수집장치는 상기 클라우드 서버로부터 충전 중 배터리의 이상발생 정보를 수신하면, 이를 알람하고 해당 배터리의 충전을 제한하는 E-모빌리티 배터리 관리 시스템.
  9. 충전기를 통해 적어도 하나 이상의 배터리를 충전시키는 E-모빌리티 배터리 관리 시스템에서의 E-모빌리티 배터리 관리방법으로서,
    배터리 데이터 수집장치에서 상기 배터리와 상기 충전기 사이의 접속을 지원하고, 상기 충전기와 접속된 배터리를 식별하며 상기 식별된 배터리에 대한 충전상태를 센싱하고,
    클라우드 서버에서 상기 배터리 데이터 수집장치로부터 상기 배터리에 대한 충전상태 데이터를 전달받아 현재 상태를 진단하고, 상기 진단된 현재 상태에 따른 적어도 하나 이상의 서비스를 제공하는, E-모빌리티 배터리 관리방법.
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