KR960015561B1 - 다단계 푸케방정식(Peukert's equation)을 이용한 전지잔존용량 측정방법 - Google Patents

Abstract

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Description

다단계 푸케방정식(Peukert's equation)을 이용한 전지잔존용량 측정방법

제1도는 푸케함수 검출 및 푸케방정식을 사용하여 전지잔존용량을 측정하는 예를 설명하기 위한 그래프이다.

제2도는 종래의 전지잔존용량 측정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

제3도는 본 발명에 의한 전지잔존용을 측정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명은 전지잔존용량 측정방법에 관한 것으로서, 특히 전기자동차 및 전지를 사용하는 모든 제품에 있어서, 다단계 푸케방정식(Peukert's equation)에 의해 전지잔존용량을 측정하기 위한 방법에 관한 것이다.

납축전지를 사용하는 전기자동차의 주행거리는 100㎞ 정도이나 운전자가 전지잔존용량에 대한 확인이 없는 경우, 50∼60㎞ 이상을 주행하기를 꺼려하게 되므로 실제로 사용가능한 주행거리는 100㎞보다 훨씬 짧다. 그러므로, 정확한 전지잔존용량의 표시는 전기자동차의 주행거리를 간접적으로 늘려 줄 수 있게 된다. 다시 말하면, 전지잔존용량계의 오차가 적으면 적을수록 실제 주행거리가 그만큼 늘어나게 된다.

전지잔존용량의 측정을 위해 많이 쓰이는 방법으로는 개방회로 전압검색, 전해액 비중측정, 부하전류 검색 및 전류누적 등의 방법이 사용되고 있다. 이중 방전전류를 누적하여 이를 미리 설정된 전지의 용량으로 나누어 잔존용량을 계산하는 전류누적방식이 전기자동차용으로는 가장 적합한 것으로 판단되고 있으며 나머지 방법을 사용할 경우 측정오차를 10% 미만으로 줄이는 것은 거의 불가능하다.

한편, 전류누적방식을 사용할 경우 오차를 줄이기 위한 방법 중 하나로서, 사용가능한 용량을 푸케방정식을 이용하여 측정하는 방법이 널리 사용되고 있다. 여기서 푸케방정식이란, 하나 이상의 정전류로 전지를 방전시켜 그에 해당하는 용량을 계산하고, 이 값을 가지고 그 사이의 전류에 해당하는 용량을 예측하는 공식이다.

이러한 푸케방정식을 사용할 경우, 종래에는 전지의 사용범위를 설정하여 최고, 최저전류(I₁, I₂)를 정하며, 이들을 이용하여 푸케함수(n,K)를 구한다. 종래의 푸케방정식을 이용한 전지잔존용량 측정방법에 대한 흐름도가 제2도에 상세히 도시되어 있다.

제2도를 참조하면, 제201단계에서는 전지의 방전전류(I)와 시간(t)을 읽어들이고, 제202단계에서는 누적방전전류(Ah-removed)를 계산한다.

제203단계에서는 푸케함수를 적용하여 전지의 순간적인 잔존용량(Capacity(t))을 계산하고, 각 순간적인 잔존용량에 대해 평균을 내어 사용가능용량(Available-Capacity)을 계산한다(제204단계).

제205단계에서는 제204단계에서 계산한 사용가능용량으로 그간 사용된 누적방전전류를 나누어 전지잔존용량(%-SOC)을 계산한 후 제201단계로 복귀한다.

그러나, 이러한 경우 사용전류가 I₁과 I₂범위 밖에 있을 경우와, 사용전류가 I₁과 I₂범위내에 있더라도 I₁과 I₂와 멀리 떨어진 경우 측정값의 정확도가 현저히 떨어지는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 적어도 3가지 이상의 전류를 푸케방정식에 적용하고, 누적방전전류의 크기에 따라 각각 다른 푸케함수를 적용하여 보다 적은 오차로 전지의 잔존용량을 측정하기 위한 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 전지잔존용량 측정방법은 전지잔존용량을 측정하고자 하는 전지의 방전전류의 크기를 I₁(저전류), I_m(중전류), I_h(고전류)로 양분하기 위한 방전전류 양분과정 ; 상기 전지를 방전시켜 누적방지전류를 계산하는 누적방지전류 계산과정 ; 상기 누적방전전류가 상기 I₁과 I_h의 범위내에 있는가를 판단하는 판단과정 ; 상기 누적방지전류가 상기 I₁과 I_h의 범위내에 있는 경우, 상기 누적방전전류와 상기 I_m을 비교하여 그 결과에 따라서 해당하는 푸케함수를 계산하는 푸케함수 계산과정 ; 상기 누적방전전류의 크기에 따라서 상기 푸케함수 계산과정에 계산된 푸케함수를 이용하여 전지잔존용량을 계산하는 전지잔존용량 계산과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

제1도는 푸케함수 검출 및 푸케방정식을 사용하여 전지잔존용량을 측정하는 예를 설명하기 위한 그래프로서, 전지를 3가지의 정전류로 방전했을때 전압과 시간과의 관계를 나타낸다.

제1도를 살펴보면,

I>I_m인 경우

K₁=I₁ ⁿ¹t₁=I_m ⁿ¹t_m

전지잔존용량 = K₁I^(1-n1)

이고, 한편,

I<I_m인 경우

K₂=I_h ⁿ²t_h=I_m ⁿ²t_m

전지잔존용량 = K₂I^(1-n2)

이다.

제3도는 본 발명에 의한 전지잔존용량 측정방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 제301, 302단계는 잔존용량을 측정하고자 하는 전지를 방전시켜 누적방지전류를 계산하는 과정이고, 제303단계는 계산된 누적방전전류가 I₁과 I_h의 범위내에 있는가를 판단하는 과정이고, 제304∼306단계는 누적방전전류가 I₁과 I_h의 범위내에 있는 경우, 누적방지전류와 I_m을 비교하여 누적방전전류와 I_m을 비교하여 누적방전가 I_m보다 작은 경우에 해당하는 제1푸케 함수와, 누적방전전류가 I_m보다 큰 경우에 해당하는 제2푸케 함수를 계산하는 과정이고, 제307∼309단계는 누적방전전류의 크기에 따라 계산된 서로 다른 푸케함수를 이용하여 전지잔존용량을 계산하는 과정이다.

그러면 본 발명의 동작에 대하여 제3도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 푸케방정식을 사용하는데 있어서, 종래의 I₁과 I₂대신 I₁(저전류), I_m(중전류), Ih(고전류)를 사용하여 종래의 방법에 비해 오차를 줄이는 구조를 사용한다. 또한, 전류의 크기가 일정한 범위 밖에 있는 경우가 극히 드문 점을 고려하여 이를 계산에서 제외시키는 알고리즘을 사용한다.

먼저, I₁과 I_m을 사용하여 일정 전류보다 낮은 전류에 해당하는 푸케 함수를 계산하고, I_m과 I_h을 사용하여 일정 전류보다 높은 전류에 해당하는 푸케 함수를 계산한다.

이를 제3도를 참조하면, 제301단계에서는 전지의 방전전류(I)와 시간(t)을 읽어들이고, 제302단계에서는 누적방전전류(Ah-removed)를 계산한다.

제303단계에서는 누적방지전류의 크기가 I₁과 I_h사이에 존재하는지를 판단하여 I₁과 I_h사이의 존재하지 않는 경우 제301단계로 복귀하고, I₁과 I_h사이에 존재하는 경우 누적방지전류가 I_m보다 작은지를 판단하여 작은 경우 제1도에서 설명한 바와 같은 푸케함수(K₁, n₁)를 적용하고(제305단계), 큰 경우 제1도에서 설명한 바와 같은 푸케함수(K₂, n₂)를 적용한다(제306단계).

제307단계에서는 누적된 방전전류의 크기에 따라 제305단계 혹은 제306단계에서와 같은 푸케함수를 적용하여 전지의 순간적인 잔존용량(Capacity(t))을 계산하고, 각 순간적인 잔존용량에 대해 평균을 내어 사용가능용량(Available-Capacity)을 계산한다(제308단계).

제309단계에서는 제308단계에서 계산한 사용가능용량으로 그간 사용된 누적방전전류를 나누어 전지잔존용량(%_-SOC)을 계산한 후 제301단계로 복귀한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 전지잔존용량 측정방법에서는 3가지 이상의 전류를 푸케방정식에 적용하고, 누적방전전류의 크기에 따라 각각 다른 푸케함수를 적용함으로써 전지의 잔존용량을 보다 정확히 측정할 수 있고, 따라서 전지를 사용하는 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 잔존용량을 측정하고자 하는 전지의 방전전류의 크기를 I₁(저전류), I_m(중전류), I_h(고전류)로 양분하기 위한 방전전류 양분과정 ; 상기 전지를 방전시켜 누적방전전류를 계산하는 누적방전전류 계산과정 ; 상기 누적방전전류가 상기 I₁과 I_h의 범위내에 있는가를 판단하는 판단과정 ; 상기 누적방전전류가 상기 I₁과 I_h의 범위내에 있는 경우, 상기 누적방전전류와 상기 I_m을 비교하여 그 결과에 따라서 해당하는 푸케함수를 계산하는 푸케함수 계산과정 ; 상기 누적방전전류의 크기에 따라서 상기 푸케함수 계산과정에 계산된 푸케함수를 이용하여 전지잔존용량을 계산하는 전지잔존용량 계산과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다단계 푸케방정식을 이용한 전지잔존용량 측정방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 전지잔존용량 계산과정을 상기 누적방전전류의 크기에 따라서 상기 제1혹은 제2푸케함수 계산과정에 계산된 푸케함수를 이용하여 푸케함수를 적용하여 전지의 순간적인 잔존용량을 계산하는 단계 ; 상기 각 순간적인 잔존용량에 대해 평균을 내어 전지의 사용가능용량을 계산하는 단계 ; 및 상기 계산한 사용가능용량으로 상기 누적방전전류를 나누어 전지잔존용량을 계산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다단계 푸케방정식을 이용한 전지잔존용량 측정방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 푸케함수 계산과정은 상기 누적방전전류가 상기 I_m보다 작은 경우, 상기 I₁과 I_m을 사용하여 상기 I_m보다 작은 전류에 해당하는 제1푸케함수를 계산하는 것을 특징으로 하는 다단계 푸케방정식을 이용한 전지잔존용량 측정방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 푸케함수 계산과정은 상기 누적방전전류가 상기 I_m보다 큰 경우, 상기 I_m과 I_h을 사용하여 상기 I_m보다 큰 전류에 해당하는 제2푸케함수를 계산하는 것을 특징으로 하는 다단계 푸케방정식을 이용한 전지잔존용량 측정방법.