KR102513992B1

KR102513992B1 - 배터리 성능진단을 위한 배터리 관리 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102513992B1
Application number: KR1020200142954A
Authority: KR
Inventors: 장태욱; 김정욱
Original assignee: 주식회사 퀀텀솔루션
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2023-03-24
Also published as: KR20220057861A

Abstract

본 발명은 전기자동차용 배터리 성능진단 기술에 관한 것으로서, 일실시예에 따른 배터리 성능진단을 위한 배터리 관리 시스템은 전기자동차용 배터리로부터 충전과 방전을 수행하여 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 수집하는 배터리 성능진단용 간이진단기, 및 상기 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 전달 받고, 상기 전달받은 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 상기 전기자동차용 배터리의 성능에 대한 진단 데이터를 산출하고, 상기 산출된 진단 데이터에 기초하여 성능진단 리포트를 생성하는 배터리 성능진단 시스템을 포함할 수 있다.

Description

배터리 성능진단을 위한 배터리 관리 시스템 및 방법{Battery management system and method for battery performance diagnosis}

본 발명은 전기자동차용 배터리 성능진단 기술에 관한 것으로서, 고출력충방전을 통한 충전/방전시 수집되는 정보들을 활용하여 성능진단 리포트를 제공하는 기술적 사상에 관한 것이다.

전기자동차(electric vehicle, EV)나 플러그인 하이브리드　전기자동차(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 등에는 차량의 구동력으로 제공할 전기에너지를 저장하기 위해 고전압　배터리가 탑재된다. 이러한 고전압　배터리의 용량이나 상태에 따라 차량의 주행거리에 미치는 영향이 절대적이다.

그러나,　배터리의 특성상 지속적으로 사용하는 경우, 열화라는 용량이 감소되는 현상은 피할 수 없는 것이 현실이며, 열화가 진행되면 동일한 SOC(STATE OF CHARGE)량을 표시하고 있더라도 주행거리 감소, 가속을 위한 출력저하 등의 현상이 나타나게 된다.

이에, 종래에는　전기자동차의　배터리를 90% 이상 충전하여 사용하며 그때의 전압 특성을 이용하여　배터리　열화를 검출한다. 그러나, 이러한 종래기술은 일정 전압 내의 충전량이 열화가 진행됨에 따라 선형적으로 감소하는 특성을 이용하지만 완속 충전 인프라가 다양화되면서 충전 전류가 다양해졌고 충전 전류에 따른　배터리　충전 효율을 반영하지 않아　배터리　사용에 의해 열화도가 증가함에 따라 열화도 연산 오차가 발생한다.

현재 보유/운영 중인 전기차 배터리의 성능진단을 위한 측정, 판단, 점검 환경은 부재하다. 특히, 중고전기차 매매, 중고전기차 정기 성능 점검 시 배터리 성능진단 항목이 부재하다.

이에 전기차, 배터리 성능진단을 위한 간이진단기 및 성능진단 플랫폼 그리고 성능진단 결과 제공으로 구성하는 전기자동차용 배터리 성능진단 체계가 필요한 실정이다.

한국등록특허 제10-0256732호 "전기자동차의　배터리　진단방법" 한국공개특허 제10-2020-0107813호 "배터리　관리 시스템 및　배터리　관리 시스템　진단　방법"

본 발명은 배터리 성능진단을 위한 간이진단기를 이용하여 전기자동차용 배터리에 대한 성능진단 리포트를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 장소와 시간에 관계없이 배터리 성능진단을 간편하고 정확하게 수행하는데 목적이 있다.

일실시예에 따른 배터리 성능진단을 위한 배터리 관리 시스템은 전기자동차용 배터리로부터 충전과 방전을 수행하여 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 수집하는 배터리 성능진단용 간이진단기, 및 상기 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 전달 받고, 상기 전달받은 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 상기 전기자동차용 배터리의 성능에 대한 진단 데이터를 산출하고, 상기 산출된 진단 데이터에 기초하여 성능진단 리포트를 생성하는 배터리 성능진단 시스템을 포함할 수 있다.

일실시예에 따른 상기 배터리 성능진단 시스템은, 상기 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 상기 전기자동차용 배터리에 대한 용량 유지율을 산출하되, 초기 용량 대비 현재의 용량에 대한 비율을 상기 용량 유지율로서 산출하고, 상기 산출된 비율이 포함된 상기 진단 데이터를 산출할 수 있다.

일실시예에 따른 상기 배터리 성능진단 시스템은, 상기 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 상기 전기자동차용 배터리에 대한 저항 상승율을 산출하되, 초기 저항값 대비 현재의 저항값에 대한 비율을 상기 저항 상승율로서 산출하고, 상기 산출된 비율이 포함된 상기 진단 데이터를 산출할 수 있다.

일실시예에 따른 상기 배터리 성능진단 시스템은, 기저장된 표준 성능진단표에 상기 산출된 진단 데이터를 대비하여 상기 전기자동차용 배터리에 대한 성능수준을 등급별로 분류하여 상기 성능진단 리포트를 생성할 수 있다.

일실시예에 따른 상기 배터리 성능진단용 간이진단기는, 전기자동차용 배터리에 충전과 방전을 적어도 1회 이상 수행하도록 제어하는 충방전 제어부, 상기 충전과 방전에 따른 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 수집하는 상태정보 수집부, 상기 수집된 전압, 전류, 및 시간을 배터리 성능진단 시스템으로 전송하여 성능진단을 분석 요청하는 진단요청부, 및 상기 분석 요청에 대한 응답으로 상기 전기자동차용 배터리에 대한 성능진단 리포트를 전달 받는 성능진단 리포트 수집부를 포함할 수 있다.

일실시예에 따른 상기 충방전 제어부는, 상기 전기자동차용 배터리에 충전과 방전을 적어도 1회 이상 수행하되, 충전 360초 후 120초에서 180초 휴식, 방전 360초 후 120초~180초 휴식을 또는 충전 760초 후 120초에서 180초 휴식, 방전 760초 후 120초에서 180초 휴식을 후 반복하도록 제어할 수 있다.

일실시예에 따른 상기 상태정보 수집부는, 상기 충전과 방전에 따른 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 2초 간격으로 수집할 수 있다.

일실시예에 따른 배터리 성능진단을 위한 배터리 관리 방법은 배터리 성능진단용 간이진단기에서, 전기자동차용 배터리로부터 충전과 방전을 수행하여 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 수집하는 단계, 및 배터리 성능진단 시스템에서, 상기 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 전달 받고, 상기 전달받은 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 상기 전기자동차용 배터리의 성능에 대한 진단 데이터를 산출하고, 상기 산출된 진단 데이터에 기초하여 성능진단 리포트를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에 따른 상기 진단 데이터를 산출하고, 상기 산출된 진단 데이터에 기초하여 성능진단 리포트를 생성하는 단계는, 상기 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 상기 전기자동차용 배터리에 대한 용량 유지율을 산출하되, 초기 용량 대비 현재의 용량에 대한 비율을 상기 용량 유지율로서 산출하고, 상기 산출된 비율이 포함된 상기 진단 데이터를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에 따른 상기 진단 데이터를 산출하고, 상기 산출된 진단 데이터에 기초하여 성능진단 리포트를 생성하는 단계는, 상기 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 상기 전기자동차용 배터리에 대한 저항 상승율을 산출하되, 초기 저항값 대비 현재의 저항값에 대한 비율을 상기 저항 상승율로서 산출하고, 상기 산출된 비율이 포함된 상기 진단 데이터를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에 따른 상기 전기자동차용 배터리로부터 충전과 방전을 수행하여 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 수집하는 단계는, 전기자동차용 배터리에 충전과 방전을 적어도 1회 이상 수행하도록 제어하는 단계, 상기 충전과 방전에 따른 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 수집하는 단계, 상기 수집된 전압, 전류, 및 시간을 배터리 성능진단 시스템으로 전송하여 성능진단을 분석 요청하는 단계, 및 상기 분석 요청에 대한 응답으로 상기 전기자동차용 배터리에 대한 성능진단 리포트를 전달 받는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에 따른 상기 전기자동차용 배터리에 충전과 방전을 적어도 1회 이상 수행하도록 제어하는 단계는, 상기 전기자동차용 배터리에 충전과 방전을 적어도 1회 이상 수행하되, 충전 360초 후 120초에서 180초 휴식, 방전 360초 후 120초~180초 휴식을 또는 충전 760초 후 120초에서 180초 휴식, 방전 760초 후 120초에서 180초 휴식을 후 반복하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에 따르면, 배터리 성능진단을 위한 간이진단기를 이용하여 전기자동차용 배터리에 대한 성능진단 리포트를 제공할 수 있다.

일실시예에 따르면, 장소와 시간에 관계없이 배터리 성능진단을 간편하고 정확하게 수행할 수 있다.

도 1은 일실시예에 따른 배터리 성능진단을 위한 배터리 관리 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 배터리 성능진단용 간이진단기를 설명하는 도면이다.
도 3은 다른 일실시예에 따른 배터리 성능진단용 간이진단기를 설명하는 도면이다.
도 4 및 5는 배터리 관리 시스템이 편차를 최적화하는 과정을 설명하는데 참고할 수 있는 그래프이다.
도 6은 일실시예에 따른 배터리 성능진단을 위한 배터리 관리 방법을 설명하는 도면이다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 일실시예에 따른 배터리 성능진단을 위한 배터리 관리 시스템(100)을 설명하는 도면이다.

일실시예에 따른 배터리 관리 시스템(100)은 전기자동차(110)의 배터리에 대한 성능을 진단하여 진단 데이터를 생성하는 배터리 성능진단용 간이진단기(120)와 생성된 진단 데이터를 전달 받아 다양한 분석과정을 통해 성능진단 리포트(140)를 제공하는 배터리 성능진단 시스템(130)을 포함할 수 있다.

본 발명에서 설명하는 전기자동차(110)는 배터리 성능진단이 필요한 자동차로서, 성능점검차, 중고차 등을 포함할 수 있다.

구체적으로, 배터리 성능진단용 간이진단기(120)는 배터리 성능진단을 위한 간이진단기를 이용하여 전기자동차용 배터리에 대한 성능진단 리포트를 제공할 수 있다. 또한, 장소와 시간에 관계없이 배터리 성능진단을 간편하고 정확하게 수행할 수 있다.

이를 위해, 배터리 성능진단을 위한 간이진단기를 이용하여 전기자동차용 배터리에 대한 성능진단 리포트를 제공할 수 있다.

일실시예에 따르면, 배터리 성능진단용 간이진단기(120)는 전기자동차용 배터리로부터 충전과 방전을 수행하여 배터리에 대한 상태정보로서, 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 수집할 수 있다.

예를 들어, 배터리 성능진단용 간이진단기(120)는 전기자동차용 배터리(110)에 충전과 방전을 적어도 1회 이상 수행하되, 충전 360초 후 120초에서 180초 휴식, 방전 360초 후 120초~180초 휴식을 또는 충전 760초 후 120초에서 180초 휴식, 방전 760초 후 120초에서 180초 휴식을 후 반복하도록 제어할 수 있다. 또한, 배터리 성능진단용 간이진단기(120)는 전기자동차용 배터리(110)로부터 충전과 방전에 따른 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 2초 간격으로 수집할 수 있다.

배터리 성능진단용 간이진단기(120)는 전기자동차의 배터리의 충전/방전 단자를 이용하여 직접 연결되며, 고출력 충전기 및 방전기를 통해 10분간 충방전 데이터 취득할 수 있다.

다음으로, 배터리 성능진단용 간이진단기(120)는 수집한 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)이 포함된 상태정보를 배터리 성능진단 시스템(130)으로 전송할 수 있다.

또한, 배터리 성능진단용 간이진단기(120)는 수집한 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)에 대한 성능진단에 대한 분석을 요청할 수 있다.

일실시예에 따른 배터리 성능진단 시스템(130)은 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 전달 받고, 전달받은 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 전기자동차용 배터리의 성능에 대한 진단 데이터를 산출할 수 있다. 또한, 산출된 진단 데이터에 기초하여 성능진단 리포트를 생성할 수 있다.

이를 위해, 배터리 성능진단 시스템(130)은 성능진단을 위한 표준 성능진단표 생성 및 보유하고, 입력된 성능진단 데이터 분석 후 성능진단을 판단할 수 있다. 예를 들어, 배터리 성능진단 시스템(130)은 20분 이내 95%수준 성능진단 가능하고, 이를 기반으로 성능진단 리포트 생성 및 관리할 수 있다.

구체적인 예로, 배터리 성능진단 시스템(130)은 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 전기자동차용 배터리에 대한 용량 유지율을 산출할 수 있다. 또한, 배터리 성능진단 시스템(130)은 초기 용량 대비 현재의 용량에 대한 비율을 용량 유지율로서 산출하고, 산출된 비율이 포함된 상기 진단 데이터를 산출하고, 이를 기반으로 성능진단 리포트 생성 및 관리할 수 있다.

다른 예로, 배터리 성능진단 시스템(130)은 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 전기자동차용 배터리에 대한 저항 상승율을 산출하되, 초기 저항값 대비 현재의 저항값에 대한 비율을 저항 상승율로서 산출할 수 있다. 또한, 배터리 성능진단 시스템(130)은 산출된 비율이 포함된 진단 데이터를 산출하고, 이를 기반으로 성능진단 리포트 생성 및 관리할 수 있다.

일실시예에 따른 배터리 성능진단 시스템(130)은 기저장된 표준 성능진단표에 산출된 진단 데이터를 대비하여 전기자동차용 배터리에 대한 성능수준을 등급별로 분류하여 상기 성능진단 리포트를 생성할 수도 있다.

도 2는 일실시예에 따른 배터리 성능진단용 간이진단기(200)를 설명하는 도면이다.

일실시예에 따른 배터리 성능진단용 간이진단기(200)는 충방전 제어부(210), 상태정보 수집부(220), 진단요청부(230), 성능진단 리포트 수집부(240)를 포함할 수 있다. 또한, 각 구성요소들의 동작을 전반적으로 제어할 수 있는 제어부(250)를 더 포함할 수 있다.

먼저, 충방전 제어부(210)는 전기자동차용 배터리에 충전과 방전을 적어도 1회 이상 수행하도록 제어할 수 있다.

특히, 충방전 제어부(210)는 전기자동차용 배터리에 충전과 방전을 적어도 1회 이상 수행하되, 충전 360초 후 120초에서 180초 휴식, 방전 360초 후 120초~180초 휴식을 또는 충전 760초 후 120초에서 180초 휴식, 방전 760초 후 120초에서 180초 휴식을 후 반복하도록 제어할 수 있다.

다음으로, 상태정보 수집부(220)는 충전과 방전에 따른 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 수집할 수 있다. 예를 들면, 상태정보 수집부(220)는 충전과 방전에 따른 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 2초 간격으로 수집할 수 있다.

진단요청부(230)는 수집된 전압, 전류, 및 시간을 배터리 성능진단 시스템으로 전송하여 성능진단을 분석 요청할 수 있다.

성능진단 리포트 수집부(240)는 분석 요청에 대한 응답으로 상기 전기자동차용 배터리에 대한 성능진단 리포트를 전달 받을 수 있다.

성능진단 리포트는 기저장된 표준 성능진단표에 산출된 진단 데이터를 대비하여 산출된 결과로서, 전기자동차용 배터리에 대한 성능수준을 등급별로 분류하여 분석한 분석 내용이 포함될 수 있다.

도 3은 다른 일실시예에 따른 배터리 성능진단용 간이진단기(300)를 설명하는 도면이다.

배터리 성능진단용 간이진단기(300)은 배터리 모듈이 일부 교체된 경우 교체된 배터리 모듈과 기존의 배터리 모듈 사이의 성능 차이를 고려하여 배터리 팩에 대한 점검의 필요 유무를 판단할 수도 있다.

이를 위해, 배터리 성능진단용 간이진단기(300)는 도 2의 실시예와 마찬가지로 충방전 제어부(310), 상태정보 수집부(320), 진단요청부(330), 성능진단 리포트 수집부(340), 및 제어부(390)를 더 포함할 수 있다.

이 밖에도, 배터리 성능진단용 간이진단기(300)는 추정부(350), 메모리(360), 밸런싱 처리부(370)를 더 포함할 수 있다.

뿐만 아니라, 진단신호 표시부(380)를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상태정보 수집부(320)는 전기자동차용 배터리를 구성하는 모듈들 각각으로부터 전압(V), 전류(I), 및 온도(T)를 측정할 수 있다.

즉, 상기 상태정보 수집부(320)는 배터리 모듈(M1~M3) 각각의 전압과 배터리 모듈(M1~M3)에 흐르는 전류를 포함하는 상태정보를 제어부(390)에 제공할 수 있다. 또한, 상기 상태정보 수집부(320)는 전압과 전류 이외에 배터리 모듈(M1~M3)의 온도에 관한 정보를 진단 데이터로서 더 제공할 수도 있다.

상태정보 수집부(320)를 통해 측정된 배터리 모듈(M1~M3) 각각의 상태에 관한 정보들은 제어부(390)에 제공되어 배터리 모듈(M1~M3)의 SOC(state of charge) 및 SOH(state of health)를 포함하는 다양한 정보를 진단 데이터로 산출하는데 이용될 수 있다.

제어부(390)는 상태정보 수집부(320)에 의해 측정된 전압을 포함하는 다양한 상태정보들을 이용하여 배터리 모듈(M1~M3) 각각의 SOC 및 SOH를 추정하고 추정된 SOC 및 SOH 값에 따라 미리 지정된 제어신호를 출력할 수 있다.

추정부(350)는 상태정보 수집부(320)에 의해 측정된 전압과 전류에 관한 정보를 이용하여 배터리 모듈(M1~M3) 각각의 SOC를 추정할 수 있으며, 추정된 SOC 값은 메모리(360)에 진단 데이터로서 저장될 수 있다.

또한, 추정부(350)는 상태정보 수집부(320)로부터 배터리 모듈(M1~M3)의 온도에 관한 정보가 추가적으로 제공되는 경우 이를 활용하여 추정된 SOC 값을 보정(calibration)하거나, 이를 SOC의 추정 연산에 직접 활용할 수도 있다.

이러한 상태정보들을 활용하여 SOC를 추정하는 방법에 대해서는 다양한 방법들이 공지되어 있으므로 SOC 추정 방법에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

추정부(350)는 상태정보 수집부(320)에 의해 측정된 상태정보를 이용하여 배터리 모듈(M1~M3)의 SOH를 추정할 수 있으며, 추정된 SOH 값은 메모리(360)에 저장되거나, 진단 데이터에 포함될 수 있다.

또한, 다른 일실시예에 따른 추정부(350)는 배터리 모듈(M1~M3)의 온도에 관한 상태정보를 추가적으로 활용함으로써 좀 더 정확한 SOH 값을 추정할 수도 있다.

이러한 상태정보들을 활용하여 SOH를 추정하는 방법에 대해서는 다양한 방법이 있으며, 일예로서 퇴화 정도에 따른 SOC의 값을 알고 있는 배터리의 온도에 따른 SOC-SOH 테이블을 배터리 성능진단 시스템에 미리 저장한 후 배터리 모듈(M1~M3)로부터 측정된 SOC 및 온도를 맵핑하여 SOH를 산출할 수도 있다.

제어부(390)는 메모리(360)에 저장된 SOC 값을 이용하여 밸런싱 신호의 출력 여부 및 진단신호의 출력 여부를 결정할 수 있다. 또한, 제어부(390)는 배터리 모듈(M1~M3) 중 일부가 퇴화나 고장으로 인해 신품으로 교체된 경우 메모리(360)에 저장된 SOH 값, 즉 교체되지 않은 기존의 배터리의 SOH 값을 이용하여 진단신호 출력 여부를 결정하는 기준 값을 변경할 수 있다.

보다 구체적으로, 제어부(390)는 메모리(360)에 저장된 SOC 값을 이용하여 배터리 모듈(M1~M3)의 최대편차를 산출한 후, 이를 메모리(360)에 저장된 제1 한계 편차 값과 비교하여 밸런싱 신호의 출력 여부를 결정할 수 있다.

즉, 제어부(390)는 최대편차가 제1 한계 편차 이상인 경우 밸런싱 신호를 출력함으로써 배터리 모듈(M1~M3) 사이의 SOC 편차를 없애거나 최소화할 수 있다.

제1 한계 편차는 사용되는 배터리 모듈(M1~M3)의 종류에 따라 다양한 값으로 설정될 수 있다.

또한, 제어부(390)는 배터리 모듈(M1~M3) 사이의 최대편차를 메모리(360)에 저장된 제2 한계 편차 값과 비교하여 진단신호의 출력 여부를 결정할 수 있다.

이 경우, 제2 한계 편차 값은 제1 한계 편차 값보다 큰 값으로 설정되며, 제1 한계 편차의 경우와 마찬가지로 사용되는 배터리 모듈(M1~M3)의 종류에 따라 다양한 값으로 설정될 수 있다.

즉, 제어부(390)는 최대편차가 제2 한계 편차 이상인 경우 배터리 모듈(M1~M3)에 이상이 있거나 배터리 성능진단용 간이진단기(300) 자체에 이상이 있는 것으로 인식하고 진단신호를 출력한다.

예를 들어, 배터리 모듈(M1~M3) 자체에 문제가 생겨 충/방전이 정상적으로 이루어지지 않거나 배터리 성능진단용 간이진단기(300)의 밸런싱 기능에 이상이 생겨 배터리 모듈 간의 SOC 편차가 점점 커지는 경우 사용자가 배터리 시스템을 점검할 수 있도록 하기 위함이다.

그러나, 일부 배터리 모듈(M1~M3)이 신품으로 교체된 경우 기존의 배터리 모듈과 새로운 배터리 모듈 사이에는 SOH의 차이가 존재하게 되는데, 이러한 SOH의 차이로 인해 배터리 성능진단용 간이진단기(120)가 정상적인 밸런싱 기능을 수행하는 경우에도 배터리 모듈 사이에는 어느 정도의 SOC 편차가 발생할 수 밖에 없다.

제어부(390)는 이러한 SOC 편차를 보상하기 위해 기존의 제2 한계 편차 값을 보정함으로써, 산출된 제3 한계 편차 값을 기준으로 진단신호 출력 여부를 결정할 수 있다.

여기서, 제3 한계 편차 값은 신품 배터리 모듈과 기존의 배터리 모듈 사이의 SOH 편차를 반영하여 산출된 값으로서, SOH 편차에 비례하는 값을 제2 한계 편차 값에 더한 값에 해당한다.

배터리 모듈(M1~M3)의 일부 교체가 있는 경우 제어부(390)가 진단신호 출력의 기준이 되는 한계 편차를 최적화하는 구체적인 과정에 대해서는 도 4 및 5를 참조하여 상세히 후술하기로 한다.

메모리(360)는 상태정보 수집부(320)에서 측정된 전압 등의 상태정보, 추정부(350)에서 추정된 SOC 추정 값, 추정된 SOH 추정 값, 밸런싱 신호 출력 여부의 기준이 되는 제1 한계 편차, 진단신호 출력 여부의 기준이 되는 제2 한계 편차 및 SOH의 맵핑을 위한 정보 등을 저장한다.

또한, 메모리(360)에 저장되는 정보들은 배터리 성능진단 시스템(130)에 기록될 수도 있다.

메모리(360)에 저장된 정보들은 추정부(350) 및 제어부(390)에 제공됨으로써 SOC의 추정, SOH의 추정 및 다양한 제어신호의 출력 여부의 결정에 활용된다.

한편, 상기 밸런싱 처리부(370)는 제어부(390)로부터 출력된 밸런싱 신호에 따라 각 배터리 모듈(M1~M3) 사이의 SOC 편차를 없애거나 최소화하는 역할을 하는 것으로서, 예를 들어 SOC의 조정이 필요한 배터리 모듈(M1~M3)을 방전시킬 수 있도록 구성된 선택적 스위칭 소자를 포함할 수 있다.

진단신호 표시부(380)는 제어부(390)로부터 출력된 진단신호에 따라 시각적 및/또는 청각적으로 사용자에게 진단이 필요함을 출력할 수 있다.

도 4 및 5는 배터리 관리 시스템이 편차를 최적화하는 과정을 설명하는데 참고할 수 있는 그래프이다.

도 4를 참조하면, 특정 시점에서 산출된 3개의 배터리 모듈(410, 420, 430) 각각의 SOC 값은 서로 다르며, 최대편차는 D1에 해당한다.

상술한 바와 같이, 배터리 성능진단 시스템은 D1 값이 제1 한계 편차 이상인 경우 배터리 모듈(410, 420, 430)의 SOC를 균일하게 하기 위한 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. 또한, 제2 한계 편차 이상인 경우 진단 시그널을 통해 사용자에게 진단이 필요함을 알릴 수 있다.

다음으로, 도 5를 참조하면, 예를 들어 상기 배터리 모듈 중 어느 하나가 신품(520)으로 교체된 경우 신품(520)의 SOH는 100%인 반면 기존의 배터리 모듈(510, 530)의 SOH는 (100-d)(%)(단, 0 < d < 100)에 불과하므로(D1+d)=D 만큼의 SOC 최대 편차가 발생하게 된다.

다음으로, 배터리 성능진단 시스템이 갖는 제2 한계 편차가 45%로 설정되어 있다고 가정하고, d 값이 15%로 추정된 경우 모듈 교체 시점 이후의 진단 시그널 발생 기준은, 제3 한계 편차에 해당하며 60%가 된다.

즉, 상기 배터리 성능진단 시스템은 모듈 교체 시점 이전에는 배터리 모듈 상호 간의 SOC 최대 편차가 45%이 이상인 경우 진단 시그널을 발생시키나, 모듈 교체 시점 이후에는 기존의 배터리 모듈의 퇴화 정도를 고려하여 SOC 최대 편차가 60% 이상 되어야만 진단 시그널을 발생시킬 수 있다.

결국 본 발명을 이용하면, 배터리 팩의 사용 과정에서 일부 배터리 모듈이 교체된 경우 교체된 배터리 모듈과 기존의 배터리 모듈 사이의 성능 차이를 감안하여 배터리 팩 및 배터리 성능진단용 간이진단기에 대한 점검의 필요성 유무를 판단할 수 있다.

도 6은 일실시예에 따른 배터리 성능진단을 위한 배터리 관리 방법을 설명하는 도면이다.

배터리 성능진단을 위한 배터리 관리 방법은 배터리 성능진단용 간이진단기에서, 전기자동차용 배터리로부터 충전과 방전을 수행하여 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 상태정보로서 수집할 수 있다(단계 601).

또한, 배터리 성능진단을 위한 배터리 관리 방법은 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 전달 받고(단계 602), 전달받은 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 전기자동차용 배터리의 성능에 대한 진단 데이터를 산출하며, 산출된 진단 데이터에 기초하여 성능진단 리포트를 생성할 수 있다(단계 603).

일실시예 따르면, 진단 데이터를 산출하고, 산출된 진단 데이터에 기초하여 성능진단 리포트를 생성하기 위해서는, 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 상기 전기자동차용 배터리에 대한 용량 유지율을 산출할 수 있다. 또한, 초기 용량 대비 현재의 용량에 대한 비율을 용량 유지율로서 산출하고, 산출된 비율이 포함된 진단 데이터를 산출할 수 있다.

한편, 진단 데이터를 산출하고, 산출된 진단 데이터에 기초하여 성능진단 리포트를 생성하기 위해서는, 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 상기 전기자동차용 배터리에 대한 저항 상승율을 산출하되, 초기 저항값 대비 현재의 저항값에 대한 비율을 저항 상승율로서 산출하고, 산출된 비율이 포함된 진단 데이터를 산출할 수 있다.

뿐만 아니라, 전기자동차용 배터리로부터 충전과 방전을 수행하여 획득한 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 수집하기 위해, 배터리 성능진단을 위한 배터리 관리 방법은 전기자동차용 배터리에 충전과 방전을 적어도 1회 이상 수행하도록 제어할 수 있다.

또한, 충전과 방전에 따른 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 수집하고, 수집된 전압, 전류, 및 시간을 배터리 성능진단 시스템으로 전송하여 성능진단을 분석 요청할 수 있다.

또한, 분석 요청에 대한 응답으로 전기자동차용 배터리에 대한 성능진단리포트를 전달 받을 수 있다.

일실시예에 따르면, 배터리 성능진단을 위한 배터리 관리 방법은 전기자동차용 배터리에 충전과 방전을 적어도 1회 이상 수행하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 전기자동차용 배터리에 충전과 방전을 적어도 1회 이상 수행하되, 충전 360초 후 120초에서 180초 휴식, 방전 360초 후 120초~180초 휴식을 또는 충전 760초 후 120초에서 180초 휴식, 방전 760초 후 120초에서 180초 휴식을 후 반복하도록 제어할 수 있다.

결국, 본 발명을 이용하면, 배터리 성능진단을 위한 간이진단기를 이용하여 전기자동차용 배터리에 대한 성능진단 리포트를 제공할 수 있고, 장소와 시간에 관계없이 배터리 성능진단을 간편하고 정확하게 수행할 수 있다.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims

전기자동차용 배터리로부터 충전과 방전을 수행하여 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 수집하는 배터리 성능진단용 간이진단기; 및
상기 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 전달 받고, 상기 전달받은 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 상기 전기자동차용 배터리의 성능에 대한 진단 데이터를 산출하고, 상기 산출된 진단 데이터에 기초하여 성능진단 리포트를 생성하는 배터리 성능진단 시스템을 포함하고,
상기 배터리 성능진단 시스템은,
복수의 배터리 모듈들의 SOC 값의 최대편차가 제1 한계 편차 이상인 경우 상기 복수의 배터리 모듈의 SOC 값을 균일하게 하기 위한 밸런싱 동작을 수행하고,
상기 배터리 모듈들의 교체 시점 이전에는 상기 최대편차가 제2 한계 편차인 45% 이상인 경우 진단 시그널을 발생시키고,
상기 배터리 모듈들의 교체 시점 이후에는 상기 최대편차가 제3 한계 편차인 60% 이상인 경우 진단 시그널을 발생시키는 배터리 성능진단을 위한 배터리 관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 배터리 성능진단 시스템은,
상기 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 상기 전기자동차용 배터리에 대한 용량 유지율을 산출하되, 초기 용량 대비 현재의 용량에 대한 비율을 상기 용량 유지율로서 산출하고, 상기 산출된 비율이 포함된 상기 진단 데이터를 산출하는 배터리 관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 배터리 성능진단 시스템은,
상기 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 상기 전기자동차용 배터리에 대한 저항 상승율을 산출하되, 초기 저항값 대비 현재의 저항값에 대한 비율을 상기 저항 상승율로서 산출하고, 상기 산출된 비율이 포함된 상기 진단 데이터를 산출하는 배터리 관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 배터리 성능진단 시스템은,
기저장된 표준 성능진단표에 상기 산출된 진단 데이터를 대비하여 상기 전기자동차용 배터리에 대한 성능수준을 등급별로 분류하여 상기 성능진단 리포트를 생성하는 배터리 관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 배터리 성능진단용 간이진단기는,
전기자동차용 배터리에 충전과 방전을 적어도 1회 이상 수행하도록 제어하는 충방전 제어부;
상기 충전과 방전에 따른 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 수집하는 상태정보 수집부;
상기 수집된 전압, 전류, 및 시간을 배터리 성능진단 시스템으로 전송하여 성능진단을 분석 요청하는 진단요청부; 및
상기 분석 요청에 대한 응답으로 상기 전기자동차용 배터리에 대한 성능진단 리포트를 전달 받는 성능진단 리포트 수집부
를 포함하는 배터리 관리 시스템.
제5항에 있어서,
상기 충방전 제어부는,
상기 전기자동차용 배터리에 충전과 방전을 적어도 1회 이상 수행하되, 충전 360초 후 120초에서 180초 휴식, 방전 360초 후 120초~180초 휴식을 또는 충전 760초 후 120초에서 180초 휴식, 방전 760초 후 120초에서 180초 휴식을 후 반복하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
제6항에 있어서,
상기 상태정보 수집부는,
상기 충전과 방전에 따른 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 2초 간격으로 수집하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
배터리 성능진단용 간이진단기에서, 전기자동차용 배터리로부터 충전과 방전을 수행하여 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 수집하는 단계; 및
배터리 성능진단 시스템에서, 상기 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 전달 받고, 상기 전달받은 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 상기 전기자동차용 배터리의 성능에 대한 진단 데이터를 산출하고, 상기 산출된 진단 데이터에 기초하여 성능진단 리포트를 생성하는 단계를 포함하고,
상기 배터리 성능진단 시스템에서 성능진단 리포트를 생성하는 단계는
복수의 배터리 모듈들의 SOC 값의 최대편차가 제1 한계 편차 이상인 경우 상기 복수의 배터리 모듈의 SOC 값을 균일하게 하기 위한 밸런싱 동작을 수행하고,
상기 배터리 모듈들의 교체 시점 이전에는 상기 최대편차가 제2 한계 편차인 45% 이상인 경우 진단 시그널을 발생시키고,
상기 배터리 모듈들의 교체 시점 이후에는 상기 최대편차가 제3 한계 편차인 60% 이상인 경우 진단 시그널을 발생시키는 배터리 성능진단을 위한 배터리 관리 방법.
제8항에 있어서,
상기 진단 데이터를 산출하고, 상기 산출된 진단 데이터에 기초하여 성능진단 리포트를 생성하는 단계는,
상기 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 상기 전기자동차용 배터리에 대한 용량 유지율을 산출하되, 초기 용량 대비 현재의 용량에 대한 비율을 상기 용량 유지율로서 산출하고, 상기 산출된 비율이 포함된 상기 진단 데이터를 산출하는 단계
를 포함하는 배터리 관리 방법.
제8항에 있어서,
상기 진단 데이터를 산출하고, 상기 산출된 진단 데이터에 기초하여 성능진단 리포트를 생성하는 단계는,
상기 수집된 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 이용하여 상기 전기자동차용 배터리에 대한 저항 상승율을 산출하되, 초기 저항값 대비 현재의 저항값에 대한 비율을 상기 저항 상승율로서 산출하고, 상기 산출된 비율이 포함된 상기 진단 데이터를 산출하는 단계
를 포함하는 배터리 관리 방법.
제8항에 있어서,
상기 전기자동차용 배터리로부터 충전과 방전을 획득한 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 수집하는 단계는,
전기자동차용 배터리에 충전과 방전을 적어도 1회 이상 수행하도록 제어하는 단계;
상기 충전과 방전에 따른 전압(V), 전류(I), 및 시간(T)을 수집하는 단계;
상기 수집된 전압, 전류, 및 시간을 배터리 성능진단 시스템으로 전송하여 성능진단을 분석 요청하는 단계; 및
상기 분석 요청에 대한 응답으로 상기 전기자동차용 배터리에 대한 성능진단 리포트를 전달 받는 단계
를 포함하는 배터리 관리 방법.
제11항에 있어서,
상기 전기자동차용 배터리에 충전과 방전을 적어도 1회 이상 수행하도록 제어하는 단계는,
상기 전기자동차용 배터리에 충전과 방전을 적어도 1회 이상 수행하되, 충전 360초 후 120초에서 180초 휴식, 방전 360초 후 120초~180초 휴식을 또는 충전 760초 후 120초에서 180초 휴식, 방전 760초 후 120초에서 180초 휴식을 후 반복하도록 제어하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.