KR102512995B1 - 배터리 관리 장치, 그를 가지는 차량 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 배터리 관리 장치는 배터리의 전압을 검출하는 전압 검출부와 차량의 시동 온/오프 신호 및 상기 배터리의 충전 상태 정보(State of Charge:SoC)를 입력 받는 입력부 및차량의 시동이 오프(Off)된 상태에서 미리 설정된 임계시간 초과된 이후 시동이 온(On)되면, 검출된 배터리의 전압과 상기 배터리의 충전 상태 정보를 기초로 배터리의 방전 심도(Depth of Discharge:DoD)를 산출하는 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 차량 배터리 방전을 미연에 방지하기 위한 배터리 관리 장치, 그를 가지는 차량 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
차량은 차륜을 구동시켜 도로를 위를 이동하는 기계이다.
이러한 차량은 휘발유, 경유와 같은 석유연료를 연소시켜 기계적인 동력을 발생시키고 이 기계적인 동력을 이용하여 주행하는 내연기관 차량(일반 엔진 차량)과, 연비 및 유해 가스 배출량을 줄이기 위해 전기를 동력으로 하여 주행하는 친환경 차량을 포함한다.
즉, 다양한 종류의 차량의 형태로 발전됨과 동시에 차량의 보안을 위하여 블랙박스 단말기가 장착되는 경우가 일반적이다.
즉, 오늘날은 차량이 주행 중이거나 또는 정차 중에 발생할 수 있는 사고 또는 손상에 대한 증거자료를 확보하기 위해 블랙박스 단말기가 마련되어 있다. 이러한 블랙박스 단말기는 차량이 주차 또는 정차한 후에도 다른 차량의 통행이나 물건의 운송, 기타 접촉 및 충돌에 의해 차량에 손상이 발생할 수 있으므로 이를 확인 혹은 증거 보존을 위해서는 영상녹화를 지속시킬 수도 있다.
다만, 구체적으로, 차량의 시동을 오프(Off)한 상태에서도 블랙박스에서 지속적인 암전류가 발생함에 따른 배터리 심방전에 의한 배터리의 수명 단축이 발생될 수 있다. 예를 들어, 차량 배터리의 노후화에 따라 ISG(Idle Stope and Go)진입의 어려움이 발생하거나, 차량 시동의 불량 또는 충전 지연과 같은 다양한 현상으로 차량 운전자에게 불편함을 야기하고 있다.
다만, 주차 또는 정차 시 엔진이 정지된 상태에서는 차량용 블랙박스에 전원이 공급되지 않거나 장시간 상시 전원을 사용하는 것이 제한적일 수 밖에 없으므로 불필요한 전원 공급은 차량 배터리의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.
따라서, 오늘날, 차량 배터리의 수명(SOC: State of Charge)를 예상하기 위한 DoD(depth of Discharge)를 정확하게 산출하기 위한 알고리즘의 개발이 진행되고 있는 실정이다.
일 측면은 블랙박스와 같은 차량의 전장품의 장착으로 의한 차량 배터리의 심방전에 의한 배터리 노후화를 예측하여 배터리 내구력 저하를 사전에 방지하고자 한다.
다른 측면은, 온도 별 배터리의 노화 가속 인자를 설정함에 따라 배터리 노후화 수명 예측에 대한 정확성을 향상시키고자 한다.
일 측면에 따른 배터리 관리 장치는, 배터리의 전압을 검출하는 전압 검출부; 와 차량의 시동 온/오프 신호 및 상기 배터리의 충전 상태 정보(State of Charge:SoC)를 입력 받는 입력부; 및차량의 시동이 오프(Off)된 상태에서 미리 설정된 임계시간 초과된 이후 시동이 온(On)되면, 검출된 배터리의 전압과 상기 배터리의 충전 상태 정보를 기초로 배터리의 방전 심도(Depth of Discharge:DoD)를 산출하는 제어부;를 포함한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리의 방전 심도를 상기 배터리의 주기에 따른 누적 합산을 통하여 배터리의 손실 계수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리의 주기에 따른 방전심도의 실패 사이클 수와 배터리의 주기에 대응하는 사이클 수를 기초로 누적 합산하여 상기 배터리의 손실 계수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리의 손실 계수를 기초로 배터리의 용량을 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 산출된 배터리의 용량이 미리 설정한 임계 용량보다 작으면, 배터리 노화 상태로 판단할 수 있다.
또한, 상기 배터리의 온도를 측정하는 온도 측정부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리의 용량 손실 산출 시 측정된 배터리의 온도를 기초로 보정할 수 있다.
다른 일 측면에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 차량은 전원을 공급하는 배터리;와 상기 배터리의 전압을 검출하는 전압 검출부;와 차량의 시동 온/오프 신호 및 상기 배터리의 충전 상태 정보(State of Charge:SoC)를 입력 받는 입력부; 및 상기 차량의 시동이 오프(Off)된 상태에서 미리 설정된 임계시간 초과된 이후 시동이 온(On)되면, 검출된 배터리의 전압과 상기 배터리의 충전 상태 정보를 기초로 배터리의 방전 심도(Depth of Discharge:DoD)를 산출하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리의 방전 심도를 상기 배터리의 주기에 따른 누적 합산을 통하여 배터리의 손실 계수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리의 주기에 따른 방전심도의 실패 사이클 수와 배터리의 주기에 대응하는 사이클 수를 기초로 누적 합산하여 상기 배터리의 손실 계수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리의 손실 계수를 기초로 배터리의 용량을 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 산출된 배터리의 용량이 미리 설정한 임계 용량보다 작으면, 배터리 노화 상태로 판단할 수 있다.
또한, 상기 배터리의 온도를 측정하는 온도 측정부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리의 용량 손실 산출 시 측정된 배터리의 온도를 기초로 보정할 수 있다.
또 다른 일 측면에 따른 차량의 제어 방법은 배터리의 전압을 검출하는 단계;와 차량의 시동 온/오프 신호 및 상기 배터리의 충전 상태 정보(State of Charge:SoC)를 입력 받는 단계; 및 상기 차량의 시동이 오프(Off)된 상태에서 미리 설정된 임계시간 초과된 이후 시동이 온(On)되면, 검출된 배터리의 전압과 상기 배터리의 충전 상태 정보를 기초로 배터리의 방전 심도(Depth of Discharge:DoD)를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리의 방전 심도를 상기 배터리의 주기에 따른 누적 합산을 통하여 배터리의 손실 계수를 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리의 손실 계수를 기초로 배터리의 용량을 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 산출된 배터리의 용량이 미리 설정한 임계 용량보다 작으면, 배터리 노화 상태로 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리의 온도를 측정하는 단계;를 더 포함하고, 상기 배터리의 용량 손실 산출 시 측정된 배터리의 온도를 기초로 보정할 수 있다.
본 발명은 블랙박스와 같은 차량의 전장품의 장착으로 의한 차량 배터리의 심방전에 의한 배터리 노후화를 예측하여 배터리 내구력 저하를 사전에 방지할 수 있다.
또한, 이와 같이 본 발명은 온도 별 배터리의 노화 가속 인자를 설정함에 따라 배터리 노후화 수명 예측에 대한 정확성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 차량의 차체의 외장 예시도이다.
도 2는 실시 예에 따른 차량의 차체의 내장 예시도이다.
도 3은 실시 예에 따른 차량의 제어 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 배터리 관리 장치의 제어 구성도이다.
도 5는 차량 배터리 오프 시 DoD 및 온도에 대응하는 개방 전압을 나타낸 그래프이다.
도 6은 차량 배터리의 충전량 상태를 나타내는 그래프이다.
도 7 a는 차량 배터리의 시간에 대응하는 배터리의 스트레스(Stress)를 나타낸 그래프이다.
도 7 b는 차량 배터리의 시간에 따른 블록 별 셀 스트레스 값이다.
도 8은 차량 배터리의 DoD 값에 따른 실패사이클(Cycles of Failure) 수를 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예에 따른 차량의 제어 순서도이다.
도 2는 실시 예에 따른 차량의 차체의 내장 예시도이다.
도 3은 실시 예에 따른 차량의 제어 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 배터리 관리 장치의 제어 구성도이다.
도 5는 차량 배터리 오프 시 DoD 및 온도에 대응하는 개방 전압을 나타낸 그래프이다.
도 6은 차량 배터리의 충전량 상태를 나타내는 그래프이다.
도 7 a는 차량 배터리의 시간에 대응하는 배터리의 스트레스(Stress)를 나타낸 그래프이다.
도 7 b는 차량 배터리의 시간에 따른 블록 별 셀 스트레스 값이다.
도 8은 차량 배터리의 DoD 값에 따른 실패사이클(Cycles of Failure) 수를 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예에 따른 차량의 제어 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 차량의 차체의 외장 예시도이고, 도 2는 실시 예에 따른 차량의 차체의 내장 예시도이며, 도 3은 실시 예에 따른 차량의 제어 구성도이다.
실시 예의 차량(100)은 엔진, 배터리 및 모터를 포함하고 엔진의 기계적인 동력과 모터의 전기적인 동력을 제어하여 주행하는 하이브리드 차량일 수 있다.
차량(100)은 외장(110)과 내장(120)을 갖는 차체(Body)와, 차체를 제외한 나머지 부분으로 주행에 필요한 기계 장치가 설치되는 차대(Chassis, 140)를 포함한다.
도 1 에 도시된 바와 같이 차체의 외장(110)은 프론트 패널(111), 본네트(112), 루프 패널(113), 리어 패널(114), 전후좌우의 도어(115) 및 전후좌우의 도어(115)에 개폐 가능하게 마련된 윈도우 글래스(116)를 포함한다.
그리고 차체의 외장은 전후좌우 도어의 윈도우 글래스 사이의 경계에 마련된 필러와, 운전자에게 차랑(100) 후방의 시야를 제공하는 사이드 미러와, 전방시야를 주시하면서 주변의 정보를 쉽게 볼 수 있도록 하고 다른 차량과 보행자에 대한 신호, 커뮤니케이션의 기능을 수행하는 램프(117)를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 차체의 내장(120)은 탑승자가 앉는 시트(121)와, 대시 보드(122)와, 대시 보드 상에 배치되고 타코미터, 속도계, 냉각수 온도계, 연료계, 방향전환 지시등, 상향등 표시등, 경고등, 안전벨트 경고등, 주행 거리계, 주행 기록계, 변속 레버 표시등, 도어 열림 경고등, 엔진 오일 경고등, 연료부족 경고등이 배치된 계기판(즉 클러스터, 123)과, 공기조화기의 송풍구와 조절판이 배치된 센터 페시아(124)와, 센터 페시아(124)에 마련되고 오디오 기기와 공기 조화기의 동작 명령을 입력받는 헤드유닛(125)과, 센터 페시아(124)에 마련되고 시동 명령을 입력받는 시동부(126)를 포함한다.
차량(100)은 센터페시아(124)에 마련되고 조작 위치를 입력받는 변속 레버와, 변속 레버의 주변 또는 헤드 유닛(125)에 위치하고 전자식 주차 브레이크 장치(미도시)의 동작 명령을 입력받는 주차 버튼(EPB 버튼)을 더 포함한다.
차랑(100)은 각종 기능의 동작 명령을 입력받기 위한 입력부(127)를 더 포함할 수 있다.
입력부(127)는 헤드 유닛(125) 및 센터페시아(124)에 마련될 수 있고, 각종 기능의 동작 온 오프 버튼, 각종 기능의 설정값을 변경하기 위한 버튼 등과 같은 적어도 하나의 물리적인 버튼을 포함할 수 있다.
입력부(127)는 사용자 인터페이스(130)의 표시부에 표시된 커서의 이동 명령 및 선택 명령 등을 입력하기 위한 조그 다이얼(미도시) 또는 터치 패드(미도시)를 더 포함하는 것도 가능하다.
여기서 조그 다이얼 또는 터치 패드는 센터페시아 등에 마련될 수 있다.
차랑(100)은 헤드 유닛(125)에 마련되고, 차량에서 수행 중인 기능에 대한 정보 및 사용자에 의해 입력된 정보를 표시하는 표시부(128)를 더 포함할 수 있다.
표시부(128)는 차량의 현재 주행 모드인 전기차 모드(즉 EV모드), 하이브리드 전기차 모드(즉HEV모드) 중 어느 하나를 표시할 수 있다.
차량은 사용자의 사용 편의를 위한 사용자 인터페이스(130)를 더 포함한다.
사용자 인터페이스(130)는 대시 보드 상에 매립식 또는 거치식으로 설치될 수 있다.
사용자 인터페이스(130)는 오디오 기능, 비디오 기능, 내비게이션 기능, 방송 기능(DMB 기능), 라디오 기능 중 수행하고 있는 기능에 대한 정보 및 사용자에 의해 입력된 정보를 표시하는 것도 가능하다.
차량의 차대(140)는 차체(110, 120)를 지지하는 틀로, 전후좌우에 각 배치된 차륜(141)과, 차량의 주행에 필요한 구동력을 발생시키고 발생된 구동력을 조절하며 조절된 구동력을 전후좌우의 차륜(141)에 인가하기 위한 동력 장치(142-149), 조향 장치, 전후좌우의 차륜(141)에 제동력을 인가하기 위한 제동 장치 및 현가 장치가 마련될 수 있다.
차량(100)은 주행 방향을 조절하기 위한 조향 장치의 스티어링 휠(151)과, 사용자의 제동 의지에 따라 사용자에 의해 가압되는 브레이크 페달(152)과, 사용자의 가속 의지에 따라 사용자에 의해 가압되는 엑셀러레이터 페달(153)을 포함할 수 있다(도 2 참조).
또한, 본 발명에 따른 블랙박스(181)는 백미러(182) 하단에 설치될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 차량(1)은 도 3에 도시된 바와 같이, 각종 센서의 입력을 획득하는 입력부(171)와 센서값을 통해 제어 신호를 생성하는 제어부(170) 및 블랙박스 부(180), 표시부(128), 및 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(160)를 포함할 수 있다. 단, 차량(1)은 도 3에 도시된 장치 이외의 장치를 더 포함할 수 있다.
입력부(171)는 차량(1)에 입력되는 모든 입력값을 제어부(170)에 전달할 수 있다. 예컨대, 사용자의 입력을 수신하여 수신된 입력 신호에 따른 제어 신호를 산출하도록 입력값을 제어부(170)에 전달할 수 있다.
블랙박스 부(180)는 블랙박스(181)를 제어한다. 이 때, 블랙박스(181)는 차량 외부 상황을 파악하기 위하여 영상을 촬영하는 카메라 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 블랙박스 부(180)는 블랙박스(181)의 온/오프 제어를 수행할 수 있으며, 촬영된 영상을 저장할 수도 있다.
다음으로, 표시부(128)는 사용자에게 필요한 정보를 표시한다. 이러한 표시부는 입출력 제어 시스템을 포함하여 대시 보드에 마련되어 영상을 표시하는 클러스터 디스플레이, 영상을 윈드 스크린에 투영하는 헤드업 디스플레이 및 스티어링 휠에 설치되는 휠 버튼 모듈을 포함할 수 있다.
특히, 클러스터 디스플레이는 윈드 스크린에 인접하여 마련됨으로써 운전자의 시선이 차량(1)의 전방으로부터 크게 벗어나지 않은 상태에서 운전자(U)가 차량(1)의 동작 정보, 도로의 정보 또는 주행 경로 등을 획득할 수 있도록 한다. 이와 같은 클러스터 디스플레이는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD) 패널 또는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: OLED) 패널 등을 채용할 수 있다.
다음으로, 차량(1)의 배터리(143)는 고압의 전류의 전력을 생성하고 생성된 전력을 모터, 제너레이터 및 차량 내 각종 전기 장치에 공급한다.
이러한 배터리(143)는 제너레이터에서 공급된 전력을 공급받아 충전을 수행한다.
특히, 배터리(143)는 배터리 관리 장치(160)에 의해 관리될 수 있다. 배터리 관리 장치(160)에 대해서 도 4에서 자세히 후술한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 관리 장치(160)는 온도 검출부(161), 전압 검출부(162), 관리 제어부(163), 통신부(165), 및 저장부(164)를 포함한다.
먼저, 온도 검출부(161)는 배터리(143)의 온도를 검출한다. 배터리(143)의 온도를 검출하여 온도 정보를 관리 제어부(163)에 송신한다.
전압 검출부(162)는 배터리(143)의 전압을 검출한다. 배터리(143)의 전압을 검출하여 전압 정보를 관리 제어부(163)에 송신한다. 즉, 전압 검출부(162)는 배터리(143)의 전압을 검출한다. 전압 검출부는 배터리의 출력단의 전압을 검출한다.
배터리 관리 장치(160)는 배터리의 전류를 검출하는 전류 검출부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
관리 제어부(163)는 배터리 관리 장치(160)를 총괄적으로 제어한다. 이러한 관리 제어부(163)은 CPU 또는 MCU일 수 있고, 프로세서일 수 있다.
즉, 관리 제어부(163)는 차량 내 구성요소들의 동작을 제어하기 위한 알고리즘 또는 알고리즘을 재현한 프로그램에 대한 데이터를 저장하는 메모리(미도시), 및 메모리에 저장된 데이터를 이용하여 전술한 동작을 수행하는 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다. 이때, 메모리와 프로세서는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 또는, 메모리와 프로세서는 단일 칩으로 구현될 수도 있다.
다음으로, 저장부(164)는 배터리 관리 장치(160)의 동작에 필요한 모든 정보를 저장한다. 예를 들어, 온도 정보 및 전압 정보를 기초로 배터리 잔량 정보를 산출하는 방법에 관한 일괄의 정보를 저장할 수 있다. 구체적으로, 저장부(164)는 캐쉬, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 및 플래쉬 메모리(Flash memory)와 같은 비휘발성 메모리 소자 또는 RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리 소자 또는 하드디스크 드라이브(HDD, Hard Disk Drive), CD-ROM과 같은 저장 매체 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 저장부는 제어부와 관련하여 전술한 프로세서와 별개의 칩으로 구현된 메모리일 수 있고, 프로세서와 단일 칩으로 구현될 수도 있다.
통신부(165)는 차량(1)의 각종 전자 장치로부터 각종 센서값을 입력 받는다. 즉, 차량(1)의 입력부(171)를 통하여 획득한 각종 센서값은 통신부(165)를 통해 입력받을 수 있다.
즉, 통신부(165)는 외부 장치와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈, 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
근거리 통신 모듈은 블루투스 모듈, 적외선 통신 모듈, RFID(Radio Frequency Identification) 통신 모듈, WLAN(Wireless Local Access Network) 통신 모듈, NFC 통신 모듈, 지그비(Zigbee) 통신 모듈 등 근거리에서 무선 통신망을 이용하여 신호를 송수신하는 다양한 근거리 통신 모듈을 포함할 수 있다.
유선 통신 모듈은 캔(Controller Area Network; CAN) 통신 모듈, 지역 통신(Local Area Network; LAN) 모듈, 광역 통신(Wide Area Network; WAN) 모듈 또는 부가가치 통신(Value Added Network; VAN) 모듈 등 다양한 유선 통신 모듈뿐만 아니라, USB(Universal Serial Bus), HDMI(High Definition Multimedia Interface), DVI(Digital Visual Interface), RS-232(recommended standard232), 전력선 통신, 또는 POTS(plain old telephone service) 등 다양한 케이블 통신 모듈을 포함할 수 있다.
무선 통신 모듈은 와이파이(Wifi) 모듈, 와이브로(Wireless broadband) 모듈 외에도, GSM(global System for Mobile Communication), CDMA(Code Division Multiple Access), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), UMTS(universal mobile telecommunications system), TDMA(Time Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 등 다양한 무선 통신 방식을 지원하는 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
이상에서는, 배터리 관리 장치(160)의 구성에 대하여 간략히 살펴보았다.
이하에서는, 배터리 관리 장치(160)의 전반적인 동작을 수행하는 관리 제어부(163)에 대하여 자세히 설명한다.
먼저, 관리 제어부(163)는 온도 검출부(161)로부터 배터리(143)의 온도 및 전압 검출부(162)로부터 배터리(143)의 전압을 획득한다.
다만, 관리 제어부(163)는 차량의 시동이 오프(Off) 된 상태로 미리 설정한 임계 시간[sec]을 초과한 이후에, 재 시동된 경우에 한하여 배터리의 온도 정보 및 전압 정보를 획득할 수 있다. 이는, 차량(1)의 시동 오프 상태로, 배터리(143)가 OCV(Open Circuit Voltage)상태로 안정화 된 경우에 한하여 재시동 된 때, 배터리의 수명을 예측하기 위함이다.
다음으로, 관리 제어부(163)는 차량의 전압 및 온도 정보를 기초로 방전 심도값(DoD: Depth Of Discharge)를 산출한다. 방전 심도(DoD)란 배터리를 완충한 상태의 배터리 용량을 100%로 놓았을 때, 얼만큼 방전 시켰는지를 의미한다. 예를 들어, 방전심도가 100이라는 것은 배터리의 용량을 모두 방전시킨 상태를 의미한다.
구체적으로, 도 5는 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(160)에 있어서, 차량 배터리(143) 오프 시 방전 심도(DoD), 온도, 및 개방 전압의 상관관계를 나타내는 3차원 그래프이다.
따라서, 관리 제어부(163)는 도 5의 3차원 그래프를 기초로 배터리의 온도 및 전압값을 통해 방전심도를 산출할 수 있다.
다음으로, 도 6은 차량 배터리의 충전량 상태를 나타내는 그래프이다. 관리 제어부(163)는 저장부(164)에 미리 저장된 차량 배터리의 충전량 그래프를 기초로 충전량을 확인할 수 있다. 구체적으로, 도 6의 가로축은 배터리의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 나타내고, 세로축은 배터리의 개방 전압값을 의미한다. 따라서, 관리 제어부(163)는 전압 검출부(162)로부터 획득한 배터리(143)의 개방 전압을 기초로 충전량을 획득할 수 있다.
다음으로, 관리 제어부(163)는 배터리(143)를 구성하는 블록별 방전심도(DoD)와 충전량을 기초로 배터리 방전심도 별 용량 손실을 계산한다. 구체적으로, 용량 손실을 산출하는 방법은 도 7 및 도 8을 기초로 설명한다.
먼저, 도 7 a는 차량 배터리의 시간에 대응하는 배터리의 스트레스(Stress)를 나타낸 그래프이고, 도 7 b는 차량 배터리의 시간에 따른 블록 별 셀 스트레스 값이며, 도 8은 차량 배터리의 DoD 값에 따른 실패사이클(Cycles of Failure) 수를 나타낸 그래프이다.
또한, 일 실시예에 따른 배터리의 손실 계수를 구하는 방법은 아래 [표 1]을 통하여 설명한다.
k (block #) | DoDk | Ncycles,k | Nfailure,k |
1 | 0.8 | 50 | 1300 |
2 | 0.4 | 100 | 2100 |
3 | 0.2 | 300 | 4500 |
4 | 0.6 | 20 | 1700 |
먼저, K는 배터리의 셀을 구성하는 블록(Block)의 번호를 의미하는 것으로, [표 1]에서는 네개의 블록에 한하여 설명한다. DoDK는 배터리 K블록의 방전심도를 의미하고, N cycles.k 는 배터리 K블록의 방전심도 별 사이클 수를 의미하고, N failure.k는 배터리 배터리 K 블록의 방전심도 실패 사이클 수를 의미한다.
특히, 방전 심도는 차량(1)의 시동 오프 이전과 시동 오프 이후의 값을 비교하여 산출할 수 있다.
따라서, 관리 제어부(163)은 DoDK, N cycles.k,및 N failure.k 값을 기초로 [식 1]을 통하여 배터리의 용량 손실 계수(C loss,DoD)를 산출할 수 있다.
[식 1]
이 때, C loss,DoD는 용량 손실 계수를 의미하며, , N cycles.k 는 배터리 K블록의 방전심도 별 사이클 수를 의미하고, N failure.k는 배터리 배터리 K 블록의 방전심도 실패 사이클 수를 의미한다.
따라서, [표 1]의 실시예에 따른 배터리의 경우에 배터리의 용량 손실 계수는 아래 [식2]와 같이 산출될 수 있다.
[식 2]
이 때, C loss,DoD는 용량 손실 계수를 의미하며, N cycles.k 는 배터리 K블록의 방전심도 별 사이클 수를 의미하고, N failure.k는 배터리 배터리 K 블록의 방전심도 실패 사이클 수를 의미한다.
이후, 관리 제어부(163)는 산출된 배터리의 손실 계수를 기초로 [식 3]을 통하여 배터리의 용량(C)를 산출할 수 있다.
[식 3]
C= 100[Ah](1-C
loss,DoD)
예를 들어, [식 2]에 의하여 [표 1]의 배터리의 손실 계수가 0.165인 경우에 배터리의 용량은 83.5[Ah]임을 확인할 수 있다. 단, [식 3]의 경우, 배터리의 용량을 100[Ah] 기준으로 산출한 것을 의미한다.
다만, 관리 제어부(163)는 미리 설정한 임계 손실 계수보다 산출된 손실계수가 크면 해당 배터리를 노후화 상태로 판단할 수 있다.
구체적으로, 도 7 a는 차량 배터리의 시간에 대응하는 배터리의 스트레스(Stress)를 나타낸 그래프이고, 도 7 b는 차량 배터리의 시간에 따른 블록 별 셀 스트레스 값이다. 배터리의 스트레스란, 배터리(143)를 구성하는 재료의 충전 및 방전 시 역학적으로 받는 힘(Foce)의 크기를 의미하는 것으로, 도 7 a는 시간에 따른 실제 차량(1) 배터리(143)의 충전 및 방전에 따른 스트레스 값을 통해 나타낸 패턴이며, 도 7 b는 배터리의 블록별 방전 심도를 적산한 적산 회수를 나타낸 그래프이다.
즉, 도 7b에 도시된 바와 같이, 블록별 방전 심도를 산출하고, 산출된 방전 심도와 N cycles.k, 를 기초로 N failure.k를 산출할 수 있다. 구체적으로, 도 8은 [식 1]에 따른 배터리의 손실 계수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 예를 들어, 산출된 방전 심도(DoD)가0.2인 경우에 N failure.k 는 4500임을 확인할 수 있다.
따라서, N failure.k 값을 기초로 [식 1]을 기초로 배터리의 손실 계수를 최종적으로 산출한다. 다만, 도시되지는 않았으나, 온도를 배터리 손실 가속 요인(Factor)으로 추가적으로 고려하여 배터리의 손실 계수를 산출할 수 있다. 단, 예를 들어, 상온 24℃일 때, 배터리 손실 가속 요인값이 '1'로 설정될 수 있다. 다만, 온도가 낮아지거나, 온도가 높아지는 경우, 저장부(164)에 미리 저장된 비율에 따라 가속 요인값이 커지거나 작아질 수 있다.
이상에서는 관리 제어부(163)의 동작 구성에 대하여 설명하였다.
이하에서는 관리 제어부를 포함하는 차량의 배터리 관리 장치(160)의 동작 제어 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 배터리 관리 장치(160)는 차량(1)의 시동이 오프(Off)상태 진입으로부터 임계 시간 경과한 이후에 차량(1)의 시동이 온(On)된 경우에 한하여 온도 검출부(161)로부터 검출된 온도 정보, 전압 검출부(162)로부터 측정된 전압 값 및 배터리의 충전 상태를 획득한다(800 내지 830).
아울러, 배터리 관리 장치(160) 내 관리 제어부(163)는 배터리의 충전 상태와 검출된 배터리의 온도에 기초하여 배터리의 충전량(SoC)을 획득하는 것도 가능하다.
이후, 배터리 관리 장치(160)는 배터리의 용량 손실 계수(Closs,DoD)를 산출한다(840). 구체적으로, 배터리 관리 장치(160) 내 관리 제어부(163)는[식 1]을 통하여 배터리의 용량 손실 계수를 산출하고, 산출된 용량 손실 계수를 기초로 [식 2]를 통하여 배터리의 용량 계수를 산출한다(850). ㅂ
이 때, 배터리 관리 장치(160)는 미리 저장된 제 1 임계값보다 산출된 용량 계수가 작으면(860의 예), 배터리가 노후된 상태로 판단한다(870).
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다.본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
100: 차량 128: 표시부
130: 사용자 인터페이스 141: 차륜
143: 배터리144:
130: 사용자 인터페이스 141: 차륜
143: 배터리144:
Claims (19)
- 배터리의 전압을 검출하는 전압 검출부;
차량의 시동 온/오프 신호 및 상기 배터리의 충전 상태 정보(State of Charge:SoC)를 입력 받는 입력부; 및
차량의 시동이 오프(Off)된 상태에서 미리 설정된 임계시간 초과된 이후 시동이 온(On)되면, 검출된 배터리의 전압과 상기 배터리의 충전 상태 정보를 기초로 배터리의 방전 심도(Depth of Discharge:DoD)를 산출하고,
상기 배터리의 셀을 구성하는 블록의 방전심도, 상기 배터리 블록의 방전심도별 사이클 수, 상기 배터리 블록의 방전심도 실패 사이클 수를 기초로, 상기 배터리의 손실 계수를 산출하되,
상기 배터리의 온도를 기초로 상기 손실 계수에 대한 보정을 수행하는 제어부;를 포함하는 배터리 관리 장치. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 배터리의 손실 계수를 기초로 배터리의 용량을 산출하는 배터리 관리 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 제어부는, 산출된 배터리의 용량이 미리 설정한 임계 용량보다 작으면, 배터리 노화 상태로 판단하는 배터리 관리 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 배터리의 온도를 측정하는 온도 측정부;를 더 포함하는 배터리 관리 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 배터리의 전압을 검출하고,
차량의 시동 온/오프 신호 및 상기 배터리의 충전 상태 정보(State of Charge:SoC)를 입력 받고,
상기 차량의 시동이 오프(Off)된 상태에서 미리 설정된 임계시간 초과된 이후 시동이 온(On)되면, 검출된 배터리의 전압과 상기 배터리의 충전 상태 정보를 기초로 배터리의 방전 심도(Depth of Discharge:DoD)를 산출하고,
상기 배터리의 셀을 구성하는 블록의 방전심도, 상기 배터리 블록의 방전심도별 사이클 수, 상기 배터리 블록의 방전심도 실패 사이클 수를 기초로, 상기 배터리의 손실 계수를 산출하는 과정을 포함하되,
상기 배터리의 온도를 기초로 상기 손실 계수에 대한 보정을 수행하는, 차량의 제어 방법. - 삭제
- 삭제
- 제 15 항에 있어서,
상기 산출된 배터리의 용량이 미리 설정한 임계 용량보다 작으면, 배터리 노화 상태로 판단하는 단계;를 더 포함하는 차량의 제어 방법.
- 삭제
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