KR100892821B1

KR100892821B1 - 배터리 충전상태 산출방법

Info

Publication number: KR100892821B1
Application number: KR1020070122499A
Authority: KR
Inventors: 서주원
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2009-04-10

Abstract

본 발명은 배터리 충전상태 산출방법에 관한 것으로서, 교체된 배터리의 용량을 추정하여 그에 상응하는 온도 모델링을 이용하여 전해액 온도를 산출하고 최종적으로 배터리 충전상태를 산출함을 특징으로 한다. 본 발명은 배터리 교체를 감지하는 제1단계와, 상기 교체된 배터리의 배터리 용량을 추정하는 제2단계와, 상기 추정한 배터리 용량에 해당하는 온도 모델링을 이용하여, 측정한 배터리 표면온도에 상응하는 배터리 전해액 온도를 산출하는 제3단계와, 측정한 배터리의 전압, 전류, 상기 산출한 배터리 전해액 온도를 근거로 하여 배터리 충전상태를 산출하는 제4단계를 포함한다.

차량, 배터리, 충전상태, SOC, 온도, 모델링, 교체, 장착

Description

배터리 충전상태 산출방법{Method for calculating state of charging in battery}

본 발명은 배터리 충전상태 산출방법에 관한 것이다.

도 1은 차량의 발전 제어 시스템을 도시한 그림이다.

배터리 센서부(23)는 배터리(20)의 전류, 전압, 배터리 주변온도를 측정하여 엔진제어유닛(ECU)에 전달한다. 엔진제어유닛(10)은 배터리 센서부(23)로부터 전달받은 배터리의 전류, 전압과 배터리 전해액 온도에 기초하여 배터리(20)의 충전상태(state of charging, 이하 SOC), 건강상태(state of health, 이하 SOH) 등을 추정하고, 이를 근거로 하여 출력가변 알터네이터(11)를 제어하여 배터리(20)의 충전 또는 방전을 수행한다. 상기 출력가변 알터네이터(11)는 전자제어유닛(10)의 제어신호에 기초하여 배터리가 충전 또는 방전되도록 한다.

즉, 엔진제어유닛(10)은 배터리(20)의 배터리 충전상태(SOC)를 기초로 하여 배터리의 배터리 충전상태가 목표값(예컨대 55%)이 되도록 제어한다. 예를 들면 배터리 충전상태(SOC)가 55% 이하이면 출력가변 알터네이터(11)의 스위치를 제어하여 전력이 배터리 방향으로 출력되도록 하여 배터리(20)를 충전시킨다. 반면에, 배터 리 충전상태(SOC)가 55% 이상이면 출력가변 알터네이터(11)의 스위치를 제어하여 배터리(20)를 방전시킨다.

엔진제어유닛(10)은 배터리 충전상태(SOC)에 기초하여 충방전 할 수 있는 파워(power)만큼 충방전함으로써 배터리가 과충전이나 과방전되는 것을 방지하여 배터리를 효율적으로 오랫동안 사용할 수 있도록 한다. 그러나 배터리가 자동차에 장착된 후에는 배터리의 실제 충전상태를 측정하기는 어려우므로, 배터리 센싱부에서 센싱한 전류, 전압, 배터리 전해액 온도를 기초하여 배터리 충전상태(SOC)를 계산해 내고 이를 근거로 하여 배터리 충전, 방전이 이루어지도록 한다.

그런데, 배터리 충전상태(SOC)의 산출 근거가 되는 배터리의 전류, 전압은 배터리 센서부(23)로부터 직접 측정될 수 있으나, 배터리 전해액 온도의 경우는 해당 배터리 용량에 따른 온도 모델링을 통해 간접적으로 추정된다.

즉, 도 2와 같이 배터리 센서부는 배터리의 표면 온도(21)만을 측정할 있을 뿐, 배터리 내부에 있는 배터리 전해액 온도(22)를 직접 측정할 수 없기 때문에, 측정된 배터리 표면 온도(21)로부터 배터리 내부의 배터리 전해액 온도(22)를 미리 가지고 있는 해당 배터리 용량에 상응하는 온도 모델링(24)을 통해 알아낸다.

그런데, 차량 출고 후 A/S 등의 이유로 배터리 교체가 이루어질 때, 특히, 배터리 용량이 다른 배터리로 장착되어 교체될 경우에도, 기존 배터리 용량의 온도 모델링으로부터 배터리 전해액 온도를 추정하게 되므로, 이를 근거로 산출하는 배터리 충전상태(SOC)에 오차가 발생하게 되는 문제가 있다.

예를 들어, 도 3과 같이 차량 출고 시에 60AH(Ampere * Hour) 용량의 배터리가 장착되어 있어 그에 따른 60AH 온도 모델링을 근거로 배터리 전해액이 간접 추정되었는데, 배터리 교체로 인해 80AH 배터리로 교체 장착되었음에도 불구하고 80AH 온도 모델링이 아닌 종래의 60AH 온도 모델링을 근거로 배터리 전해액 온도를 추정하기 때문에, 최종적으로 산출하는 배터리 충전상태(SOC)에 오차가 발생하게 되는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 배터리 교체에 대해 그 변경 사항을 인지하고 보정하여 최 적의 SOC를 산출한다.

본 발명은 배터리 교체를 감지하는 제1단계와, 상기 교체된 배터리의 배터리 용량을 추정하는 제2단계와, 상기 추정한 배터리 용량에 해당하는 온도 모델링을 이용하여, 측정한 배터리 표면온도에 상응하는 배터리 전해액 온도를 산출하는 제3단계와, 측정한 배터리의 전압, 전류, 상기 산출한 배터리 전해액 온도를 근거로 하여 배터리 충전상태를 산출하는 제4단계를 포함한다.

상기 제1단계는, 배터리 상태를 감지하는 배터리 센서부로부터 리셋 신호가 감지될 때 배터리 교체가 있음을 감지한다.

상기 제2단계는, 차량 주행모드로 동작할 경우에 배터리 충전을 수행하며 배터리 전압을 측정하는 제2-1단계와, 상기 측정된 배터리 전압이 배터리 충전에서의 전압값인 배터리 충전 ON 상태가 될 때까지 상기 배터리 충전을 수행하는 제2-2단계와, 상기 배터리 충전 ON 상태가 이루어지면 배터리 충전을 종료하고, 현재 측정된 배터리의 전압을 충전 배터리 전압으로서 저장하며, 이때의 충전 상태를 배터리 임시 SOC로서 100%로 설정하는 제2-3 단계와, 미리 정해진 일정 시간 동안 배터리를 방전한 후 감소된 감소 배터리 전압을 측정하여, 상기 감소 배터리 전압, 상기 충전 배터리 전압, 상기 충전 배터리 전압과 상기 감소 배터리 전압 간의 비율에 의해 변경된 배터리 임시 SOC를 이용하여 교체된 배터리의 배터리 용량을 추정하는 제2-4단계를 포함한다.

상기 일정 시간 동안 배터리를 방전은, 60분 동안 배터리 방전이 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 제2-4단계는, 상기 감소 배터리 전압, 상기 충전 배터리 전압, 배터리 임시 SOC를 실험 평균치인 배터리 용량 맵핑 테이블에 대입함으로써, 배터리 용량을 추정한다.

상기 제3단계에서 상기 온도 모델링을 이용하는 것은, 배터리 용량별로 온도 모델링된 데이터베이스가 구비되어 있어, 상기 데이터베이스로부터 해당 배터리 용량의 온도 모델링을 추출하여 이용한다.

본 발명은 배터리 교체 등의 이유로 배터리 용량이 바뀔 경우 이를 감지하여 해당 배터리 용량의 온도 모델링을 이용하여 배터리 전해액 온도를 정확히 산출함으로써, 배터리 교체로 인한 배터리 용량상태(SOC)를 오차없이 정확하게 산출할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 배터리의 충전상태를 산출하는 과정을 도시한 플로차트이고, 도 5는 상기 배터리의 충전상태를 산출하는 각 단계 과정을 좀 더 상세하게 도시한 플로차트이다.

본 발명은 배터리 교체가 이루어지면 이를 감지(S40)하고, 교체된 배터리 용량을 추정(S50)하여, 상기 배터리 용량에 해당하는 온도 모델링을 이용하여 배터리 전해액 온도를 산출(S60)하고, 상기 추정한 배터리 전해액 온도, 배터리의 전압, 전류를 이용하여 배터리 충전상태(SOC)를 산출하는 과정(S70)으로 이루어진다.

따라서 배터리 교체로 인하여 배터리 용량이 달라졌다 하더라도, 달라진 배터리 용량에 맞는 온도 모델링을 이용하여 배터리 전해액 온도를 추정해낼 수 있으므로, 결국, 이러한 배터리 전해액 온도를 기초로 하여 정확한 배터리 충전상태(SOC)를 산출할 수 있다.

상기 각 과정들의 일 실시 예를 상술하면, 배터리 교체를 위해 배터리가 탈거(S41)될 경우, 배터리 센서부 내의 플래시 메모리 정보가 지워지기 때문에 전자제어장치(ECU)는 배터리 탈거를 감지할 수 있다. 상기 배터리 탈거가 감지된 후, 엔진제어유닛(ECU)은 배터리 교환 등으로 인하여 배터리 재장착이 이루어지는가를 감지(S42)한다. 상기 배터리 재장착(S42) 감지는 배터리 장착될 때 배터리 센서부에서 리셋신호가 감지되므로, 이를 통해 배터리 장착 여부를 감지할 수 있다.

상기와 같이 배터리 탈거(S41) 및 재장착(S42)으로 인해 배터리 교체가 감지(S40)된 후에는, 새롭게 장착된 배터리 용량이 얼마인지를 추정(S50)해야 하는데, 이를 위하여 다음 단계들을 가진다.

엔진이 작동하여 차량 주행 모드(S51)로 구동하면, 엔진제어유닛은 배터리 충전(S52)을 수행한다. 상기 배터리 충전(S52)을 수행하며, 배터리의 전압을 측정(S53)한다.

배터리 충전 ON 상태에 도달(S54)할 때까지 배터리 충전이 이루어지며, 배터리 충전 ON 상태에 도달하면 배터리 충전을 중지하고 현재의 배터리 충전상태(SOC)를 배터리 임시 SOC로서 100%로 임시 설정하고 아울러 현재의 배터리 전압을 충전 배터리 전압(V_top)으로서 저장(S55)한다.

상기 배터리 충전 ON 상태는 배터리 충전이 이루어져 출력되는 배터리 전압이 일정 전압 이상인 상태를 말하는 것으로서, 예를 들어, 배터리 충전 전의 OFF 상태에서는 12.8V 전압값을 출력하며, 반대로 배터리 충전 후의 ON 상태에서는 13.5V 이상을 유지한다. 따라서 배터리 전압이 13.5V 이상일 때를 배터리 임시 SOC로서 100%로 설정하는 것이다.

상기와 같이 배터리 충전 ON 상태가 될 때까지 배터리 충전이 이루어지고 난 후에는, 미리 정해진 일정 시간(예컨대, 60분) 동안 배터리 방전(S56)을 수행한다.

상기 일정 시간 동안 배터리 방전(S56)이 이루어지고 난 후에는, 현재의 배터리 전압을 측정하여 상기의 충전 배터리 전압(V_top)과 비교하여 그 차이인 감소 배터리 전압(V_drop)을 산출한다. 상기 충전 배터리 전압(V_top), 감소 배터리 전압(V_drop) 간의 비율로서 변경된 배터리 임시 SOC를 구한 후, 이들을 소정의 배터리 용량 맵핑 테이블에 적용하여 교체된 현재의 배터리 용량을 추정(S57)한다.

상기 배터리 용량 맵핑 테이블은 방전시간, 충전 배터리 전압, 감소 배터리 전압, 배터리 온도 등을 인자로 한 실험 데이터 값으로서, 수많은 실험을 통해 상기 각 인자값 들의 변화에 따른 배터리 용량을 매칭시켜 저장해 놓은 데이터베이스 이다.

상기 과정들을 거쳐 교체된 배터리의 용량을 추정한 후에는, 이러한 배터리 용량에 해당하는 온도 모델링을 이용하여 배터리 전해액 온도를 산출(S60)한다. 즉, 배터리 센서부에서 측정되는 배터리 표면 온도를 상기에서 추정한 배터리 용량의 온도 모델링에 적용하여 배터리 전해액 온도를 산출한다.

상기와 같이 배터리 전해액 온도가 산출되면, 배터리 센서부로부터 측정한 배터리의 전압, 전류와 상기 산출한 배터리 전해액 온도를 이용하여 배터리 충전상태(SOC)를 최종적으로 계산(S70)해 낼 수 있다.

한편, 도 6은 종래의 SOC 산출 로직과 본 발명에 따른 SOC 산출 로직을 비교 도시한 그림으로서, 배터리 용량이 60AH의 배터리에서 80AH의 배터리로 교체되었을 때의 SOC 산출 로직을 비교한 것이다.

종래의 SOC 산출 로직을 따를 때는 60AH의 배터리에서 80AH의 배터리로 교체된다고 하더라도, 80AH 배터리의 온도 모델링이 아닌 기존의 60AH 배터리의 온도 모델링을 이용하기 때문에, 최종적으로 산출되는 SOC는 오차가 발생하여 정확하지 않다.

그러나, 본 발명에 따를 때는 교체된 배터리 용량을 판단 계산하는 알고리즘 이외에도 각 배터리 용량별 온도 모델링 DB를 이용하여, 기존 60AH 배터리에서 80AH 배터리로 교체가 이루어질 때는 80AH 배터리의 온도 모델링을 상기 배터리 용량별 온도 모델링 DB로부터 추출하여 이용함으로써, 정확한 SOC 산출이 가능하다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위뿐 아니라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.

도 1은 차량의 발전 제어 시스템을 도시한 그림이다.

도 2는 배터리 표면온도 측정 부분과 배터리 전해액 온도 측정 부분을 도시한 그림이다.

도 3은 용량이 다른 배터리로 교체되는 모습을 도시한 그림이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 배터리의 충전상태를 산출하는 과정을 도시한 플로차트이다.

도 5는 상기 배터리의 충전상태를 산출하는 각 단계 과정을 좀 더 상세하게 도시한 플로차트이다.

도 6은 종래의 SOC 산출 로직과 본 발명에 따른 SOC 산출 로직을 비교 도시한 그림이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 엔진제어유닛 11: 출력가변 알터네이터

20: 배터리 21: 배터리 표면온도 센싱

22: 배터리 전해액 온도 센싱 23: 배터리 센서부

24: 해당 배터리 용량의 온도 모델링

Claims

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배터리 교체를 감지하는 제1단계;

상기 교체된 배터리의 배터리 용량을 추정하는 제2단계;

상기 추정한 배터리 용량에 해당하는 온도 모델링을 이용하여, 측정한 배터리 표면온도에 상응하는 배터리 전해액 온도를 산출하는 제3단계;

측정한 배터리의 전압, 전류, 상기 산출한 배터리 전해액 온도를 근거로 하여 배터리 충전상태를 산출하는 제4단계를 포함하며,

상기 제2단계는,

차량 주행모드로 동작할 경우에 배터리 충전을 수행하며 배터리 전압을 측정하는 제2-1단계;

상기 측정된 배터리 전압이 배터리 충전에서의 전압값인 배터리 충전 ON 상태가 될 때까지 상기 배터리 충전을 수행하는 제2-2단계;

상기 배터리 충전 ON 상태가 이루어지면 배터리 충전을 종료하고, 현재 측정된 배터리의 전압을 충전 배터리 전압으로서 저장하며, 이때의 충전 상태를 배터리 임시 SOC로서 100%로 설정하는 제2-3 단계;

미리 정해진 일정 시간 동안 배터리를 방전한 후 감소된 감소 배터리 전압을 측정하여, 상기 감소 배터리 전압, 상기 충전 배터리 전압, 상기 충전 배터리 전압과 상기 감소 배터리 전압 간의 비율에 의해 변경된 배터리 임시 SOC를 이용하여 교체된 배터리의 배터리 용량을 추정하는 제2-4단계;를 포함하는 배터리 충전상태 산출방법.
제3항에 있어서, 상기 일정 시간 동안 배터리를 방전은, 60분 동안 배터리 방전이 이루어짐을 특징으로 하는 배터리 충전상태 산출방법.
제3항에 있어서, 상기 제2-4단계는, 상기 감소 배터리 전압, 상기 충전 배터리 전압, 배터리 임시 SOC를 실험 평균치인 배터리 용량 맵핑 테이블에 대입함으로써, 배터리 용량을 추정하는 배터리 충전상태 산출방법.
제3항에 있어서, 상기 제3단계에서 상기 온도 모델링을 이용하는 것은, 배터리 용량별로 온도 모델링된 데이터베이스가 구비되어 있어, 상기 데이터베이스로부터 해당 배터리 용량의 온도 모델링을 추출하여 이용하는 배터리 충전상태 산출방법.