KR20140026088A - 차량용 배터리의 수명 예측 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

차량용 배터리의 수명 예측 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명은 배터리의 내부저항으로부터 배터리 교체 여부를 판단하고, 배터리가 교체된 것으로 판단되는 경우 배터리의 수명을 초기화하여 배터리가 교체된 경우에도 배터리의 수명을 정확하게 연산할 수 있다. 또한, 본 발명은 배터리의 내부저항을 이용하여 배터리 노후 정도에 따른 보상계수를 연산하고, 보상계수에 따라 수명 소비량을 보상하여 배터리의 수명을 보다 정확하게 연산할 수 있다.

Description

차량용 배터리의 수명 예측 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR ESTIMATING SOH OF BATTERY FOR VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 차량용 배터리의 수명 예측 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리의 내부저항을 이용하여 배터리 교체 여부를 판단하고, 배터리 노후 정도에 따라 수명 소비량을 보상하여 배터리의 수명을 정확하게 연산할 수 있도록 한 차량용 배터리의 수명 예측 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근에 환경오염을 방지하고, 한정된 유체 에너지를 새로운 에너지원으로 대체하기 위한 목적으로 하이브리드 차량(HEV; Hybrid Electric Vehicle) 및 전기 차량(EV; Electric Vehicle)이 개발되고 있다.
이러한 전기 차량(EV)과 하이브리드 차량(HEV)에서는 배터리의 전력을 이용하여 차량의 주행이 이루어지기 때문에 배터리의 수명(SOH; State of Health)을 정확히 예측하는 것은 매우 중요한 문제이다.
또한, 최근에 출시되는 차량에는 ISG(Idle Stop & Go) 시스템 등 다양한 전자 제어 시스템과 전장품이 장착되고 있어 배터리의 사용 요구가 점차로 증가하고 있다.
ISG 시스템은 차량이 정지한 후 특정 조건을 만족하면 자동으로 엔진을 정지시키고(Idle Stop), 이후 운전자의 의지나 특정 조건에 의해 재출발이 요구되는 경우, 자동으로 엔진을 재시동시키는(Go) 엔진 시스템을 의미한다.
이러한 ISG 시스템에서는 시동상태의 빈번한 온/오프가 이루어지기 때문에 배터리의 수명(SOH; State of Health)을 정확히 예측하는 것은 매우 중요한 문제이다.
종래에는, 배터리의 잔존 충전량(SOC; State of Charge)에 따라 배터리의 수명 소비량을 측정하여 일종의 테이블(table)을 만들어두고, 충방전 사이클이 완료될 때마다 잔존 충전량(SOC)의 변화량을 측정하였다.
이후, 측정된 잔존 충전량에 따라 테이블 상에서 대응되는 수명 소비량을 배터리의 전체 수명에서 차감하는 방식으로 배터리의 수명을 연산하였다.
하지만, 종래의 방식에서는 배터리 교체 여부를 인지하지 못하기 때문에 배터리가 신규 배터리로 교체된 경우에 배터리의 수명을 정확하게 예측하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 동일한 잔존 충전량을 기준으로 충방전을 수행하는 경우, 배터리의 노후 정도에 따라 배터리의 수명에 미치는 영향이 달라지기 때문에 배터리의 수명(SOH)을 정확하게 예측하지 못하는 문제점이 있다.
관련 선행기술로는 미국 등록특허공보 제7,554,330호(2009.06.30 공고, 발명의 명칭 : Method for determining the deterioration of a battery)가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 배터리의 내부저항을 이용하여 배터리 교체 여부를 판단하고, 배터리 노후 정도에 따라 수명 소비량을 보상하여 배터리의 수명을 정확하게 연산할 수 있도록 하는 차량용 배터리의 수명 예측 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 방법은 연산부가 배터리의 전압 및 전류로부터 연산되는 내부저항을 이용하여 배터리 교체 여부를 판단하는 단계; 및 상기 연산부가 상기 배터리 교체 여부를 반영하여 배터리의 수명을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 배터리의 전압 및 전류는 시동상태의 측정값인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 배터리 교체 여부를 판단하는 단계에서 상기 연산부는 상기 내부저항이 이전 내부저항보다 낮은 경우에 상기 배터리가 교체된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 배터리의 수명을 연산하는 단계에서 상기 연산부는 상기 배터리가 교체된 것으로 판단되는 경우에 상기 배터리의 수명을 초기화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 방법은 연산부가 배터리 잔존 충전량의 변화량에 대응되는 수명 소비량을 연산하는 단계; 상기 연산부가 배터리의 전압 및 전류로부터 연산되는 내부저항에 기초하여 배터리 노후 정도를 반영하는 보상계수를 연산하는 단계; 상기 연산부가 상기 수명 소비량에 상기 보상계수를 반영하여 보상 소비량을 연산하는 단계; 및 상기 연산부가 상기 보상 소비량에 기초하여 배터리의 수명을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 보상계수는 상기 내부저항을 미리 연산된 평균 내부저항으로 나눈 값인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 보상 소비량은 상기 수명 소비량에 상기 보상계수를 곱한 값인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 배터리의 수명은 이전 배터리의 수명에서 상기 보상 소비량을 차감한 값인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 연산부가 상기 내부저항을 이용하여 배터리 교체 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 연산부는 상기 배터리 교체 여부를 반영하여 상기 배터리의 수명을 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 연산부는 상기 배터리가 교체된 경우 상기 배터리의 수명을 초기화하고, 상기 배터리가 교체되지 않은 경우 상기 보상 소비량에 기초하여 상기 배터리의 수명을 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치는 배터리의 전류 및 전압으로부터 내부저항을 연산하는 내부저항 연산부; 상기 내부저항을 이용하여 배터리 교체 여부를 판단하는 교체 판단부; 상기 내부저항에 기초하여 배터리 노후 정도를 반영하는 보상계수를 연산하는 보상계수 연산부; 배터리 잔존 충전량의 변화량에 대응되는 수명 소비량을 연산하는 수명 소비량 연산부; 및 상기 수명 소비량에 상기 보상계수를 반영하여 보상 소비량을 연산하고, 상기 보상 소비량 및 상기 배터리 교체 여부에 기초하여 상기 배터리의 수명을 연산하는 수명 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 교체 판단부는 상기 내부저항이 이전 내부저항보다 낮은 경우에 상기 배터리가 교체된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 보상계수 연산부는 상기 내부저항을 미리 연산된 평균 내부저항으로 나누어 상기 보상계수를 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 수명 연산부는 상기 수명 소비량에 상기 보상계수를 곱하여 상기 보상 소비량을 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 수명 연산부는 이전 배터리의 수명에서 상기 보상 소비량을 차감하여 상기 배터리의 수명을 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 배터리의 내부저항으로부터 배터리 교체 여부를 판단하여 배터리의 수명을 초기화함으로써 배터리가 교체된 경우에도 배터리의 수명을 정확하게 연산할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 배터리의 내부저항을 이용하여 배터리 노후 정도에 따른 보상계수를 연산하고, 보상계수에 따라 수명 소비량을 보상함으로써 배터리의 수명을 보다 정확하게 연산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치와 관련하여 배터리의 노후 정도에 따른 내부저항의 변화를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치와 관련하여 잔존 충전량의 변화량에 대한 충방전 사이클 가능횟수를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치와 관련하여 잔존 충전량의 변화량에 대한 수명 소비량을 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치 및 그 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치의 구성을 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치와 관련하여 배터리의 노후 정도에 따른 내부저항의 변화를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치와 관련하여 잔존 충전량의 변화량에 대한 충방전 사이클 가능횟수를 도시한 그래프이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치와 관련하여 잔존 충전량의 변화량에 대한 수명 소비량을 도시한 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치는 전류 측정부(10), 전압 측정부(20), 연산부(30) 및 메모리부(40)를 포함한다.
전류 측정부(10) 및 전압 측정부(20)는 배터리(미도시)의 전류 및 전압을 각각 측정하여 연산부(30)로 출력한다.
연산부(30)는 전류 측정부(10) 및 전압 측정부(20)로부터 입력되는 배터리의 전류 및 전압에 기초하여 배터리의 수명을 연산한다. 이때, 배터리의 수명은 배터리의 잔여 수명으로 정의될 수 있다.
이러한 연산부(30)는 내부저항 연산부(31), 교체 판단부(32), 보상계수 연산부(33), 충전상태 연산부(34), 수명 소비량 연산부(35) 및 수명 연산부(36)를 포함한다.
내부저항 연산부(31)는 전류 측정부(10) 및 전압 측정부(20)로부터 입력되는 배터리의 전류 및 전압에 기초하여 배터리의 내부저항을 연산하고, 연산한 내부저항을 교체 판단부(32) 및 보상계수 연산부(33)로 출력한다.
구체적으로, 내부저항 연산부(31)는 배터리의 전압-전류 데이터를 이용하여 선형 회귀 분석을 수행하고, 선형 회귀 분석 결과 도출되는 1차 직선의 기울기(즉, 회귀식의 1차항 계수)를 내부저항으로 도출할 수 있다.
이때, 내부저항 연산부(31)는 시동상태에서 측정된 배터리의 전압 및 전류를 이용하여 내부저항을 연산할 수 있다.
여기서, 시동상태는 시동을 시도하는 상태 즉, 엔진 점화장치(미도시)에 전원이 공급되고, 스타트 모터(미도시)가 엔진(미도시)을 강제로 회전시키는 크랭킹(cranking) 상태를 의미한다.
한편, 내부저항 연산부(31)는 시동상태가 아닌 내부저항 연산에 적합한 기타 다양한 상태에서 측정된 배터리의 전압 및 전류를 이용하여 내부저항을 연산할 수도 있다.
교체 판단부(32)는 내부저항 연산부(31)에 의해 연산된 내부저항에 기초하여 배터리 교체 여부를 판단한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 배터리의 사용시간이 증가하여 배터리가 노후화될수록 배터리의 내부저항은 점차로 증가한다.
따라서, 교체 판단부(32)는 내부저항 연산부(31)에 의해 연산된 현재 내부저항을 메모리부(40)에 저장된 이전 내부저항과 비교하여 배터리 교체 여부를 판단할 수 있다.
즉, 교체 판단부(32)는 현재 내부저항이 이전 내부저항보다 낮은 경우에 배터리가 교체된 것으로 판단하고, 현재 내부저항이 이전 내부저항 이상인 경우에 배터리가 교체되지 않은 것으로 판단할 수 있다.
이때, 교체 판단부(32)는 판단의 신뢰성을 높이기 위하여 현재 내부저항이 이전 내부저항보다 기준치 이상 낮은 경우에 배터리가 교체된 것으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 이전 내부저항이 30[mΩ]이고 기준치가 5[mΩ]라고 가정하면, 현재 내부저항이 25[mΩ]보다 낮은 경우에 배터리가 교체된 것으로 판단될 수 있다.
보상계수 연산부(33)는 내부저항 연산부(31)에 의해 연산된 배터리의 내부저항에 기초하여 보상계수를 연산한다. 보상계수는 후술할 수명 소비량에 반영되는 값으로 배터리의 노후 정도에 따라 수명 소비량을 보상하기 위한 값을 의미한다.
배터리가 노후화될수록 배터리의 수명에 영향을 미치는 수명 소비량이 높아지기 때문에, 이러한 영향을 보상하기 위하여 보상계수 연산부(33)는 배터리 내부저항에 기초한 보상계수를 연산한다. 보상계수(α)는 아래의 수학식 1에 의해 연산될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Rin는 내부저항 연산부(31)에 의해 연산된 현재 내부저항을 나타내고, Rm은 도 2에 도시된 바와 같이 전체 배터리 사용시간에 대한 평균 내부저항을 나타낸다.
예를 들어, 평균 내부저항(Rm)이 40[mΩ]이라고 가정하면, 현재 내부저항이 10[mΩ]인 경우 보상계수는 0.25(=10/40)로 연산되고, 현재 내부저항이 60[mΩ]인 경우 보상계수는 1.5(=60/40)로 연산된다.
한편, 평균 내부저항(Rm)은 미리 연산되어 메모리부(40)에 저장되어 있으며, 아래의 수학식 2와 같이, 연속적으로 측정된 내부저항(R(t))을 시간에 대해 적분한 값을 전체 사용시간(t)으로 나눈 값으로 연산될 수 있다.
Figure pat00002
또한, 평균 내부저항(Rm)은 아래의 수학식 3과 같이, 불연속적으로 측정된 내부저항(Ri)을 모두 합산한 값을 전체 측정횟수(n)로 나눈 값으로 연산될 수도 있다.
Figure pat00003
충전상태 연산부(34)는 전류 측정부(10)로부터 입력되는 배터리의 전류에 기초하여 기준시간 동안의 배터리의 잔존 충전량(SOC; State of Charge)의 변화량을 연산한다.
여기서, 기준시간은 배터리의 잔존 충전량의 변화량을 측정하여 수명 소비량을 연산하기 위한 단위시간을 의미하며, 설계자의 의도에 따라 다양하게 정의될 수 있다. 본 실시예에서 기준시간은 1회의 충방전 사이클이 수행되는 시간으로 정의될 수 있다.
즉, 충전상태 연산부(34)는 1회의 충전 사이클 또는 방전 사이클마다 잔존 충전량의 변화량을 연산한다.
또한, 잔존 충전량은 배터리의 전체용량 대비 현재 보유용량을 백분율로 나타낸 것으로, 배터리의 충방전이 이루어지는 동안 배터리에 남아있는 전기량을 의미한다. 즉, 잔존 충전량이 100[%]라는 것은 완전히 충전된 상태를 나타내고, 잔존 충전량이 0[%] 라는 것은 완전히 방전된 상태를 나타낸다.
배터리의 전류가 (-)인 경우 방전 상태, 배터리의 전류가 (+)인 경우 충전 상태를 나타낸다.
만약, 배터리의 전류가 일정한 방향을 유지하는 경우, 충전 상태 또는 방전 상태가 일정하게 유지되는 것이므로, 충전상태 연산부(34)는 배터리의 전류를 적분하여 충전 또는 방전된 전하량을 연산한다.
이후, 배터리의 전류 방향이 변경되는 경우, 충전 상태에서 방전 상태로 변경되거나 방전 상태에서 충전 상태로 변경된 것이므로, 충전상태 연산부(34)는 연산된 전하량을 배터리 전체용량으로 나누어 충방전 사이클이 1회 수행되는 동안의 잔존 충전량의 변화량을 연산한다.
이때, 완전 충전 상태(잔존 충전량 100[%])에서 완전 방전 상태(잔존 충전량 0[%])로 변경되는 경우 또는 완전 방전 상태(잔존 충전량 0[%])에서 완전 충전 상태(잔존 충전량 100[%])로 변경되는 경우에 잔존 충전량의 변화량은 100[%]로 연산된다.
또한, 잔존 충전량이 70[%]인 상태에서 방전이 이루어져 잔존 충전량이 67[%]인 상태로 변경되는 경우에 잔존 충전량의 변화량은 3[%]로 연산된다.
수명 소비량 연산부(35)는 충전상태 연산부(34)에 의해 연산된 잔존 충전량의 변화량에 대응되는 수명 소비량을 연산한다.
이때, 수명 소비량 연산부(35)는 메모리부(40)에 미리 저장된 수명 소비량 테이블에 따라 잔존 충전량의 변화량에 대응되는 수명 소비량을 연산할 수 있다.
도 3에는 잔존 충전량의 변화량에 대한 충방전 사이클 가능횟수가 그래프로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 동일한 배터리를 기준으로 잔존 충전량의 변화량이 100[%]인 충방전 사이클은 200회 정도 수행할 수 있고, 잔존 충전량의 변화량이 3[%]인 충방전 사이클은 100,000회 정도 수행할 수 있음을 확인할 수 있다.
즉, 같은 1회의 충방전 사이클이더라도 각 충방전 사이클이 수행되는 동안의 잔존 충전량 변화량이 어느 정도인지에 따라 배터리의 수명에 미치는 영향이 다르다는 것을 알 수 있다.
한편, 배터리의 전체 수명을 '1'로 가정하여 '1'을 도 3의 Y축 변수로 나누면, 도 4에 도시된 바와 같이 1회의 충방전 사이클 동안의 수명 소비량에 대한 그래프를 얻을 수 있으며, 이러한 그래프 상의 좌표들이 전술한 수명 소비량 테이블에 저장되는 정보에 해당한다.
도 4를 참조하면, 수명 소비량 연산부(35)는 잔존 충전량의 변화량이 100[%]인 충방전 사이클이 1회 수행된 경우, 수명 소비량을 0.005로 연산하고, 잔존 충전량의 변화량이 3[%]인 충방전 사이클이 1회 수행된 경우, 수명 소비량을 10-5로 연산한다.
즉, 잔존 충전량의 변화량이 100[%]인 충방전 사이클을 1회 수행하는 경우 0.005 만큼의 수명이 소비되고, 잔존 충전량의 변화량이 3[%]인 충방전 사이클을 1회 수행하는 경우 10-5만큼의 수명이 소비된다.
수명 연산부(36)는 수명 소비량 연산부(35)로부터 입력되는 수명 소비량에 보상계수 연산부(33)에서 연산한 보상계수를 반영하여 배터리의 수명을 연산한다.
이때, 수명 연산부(36)는 아래의 수학식 4에 따라 수명 소비량(C)에 보상계수(α)를 곱하여 보상 소비량(C')을 연산하고, 아래의 수학식 5에 따라 이전 배터리의 수명(SOHn -1)에서 보상 소비량(C')을 차감하여 배터리의 수명(SOHn)을 연산할 수 있다.
Figure pat00004
Figure pat00005
여기서, SOHn은 충방전 사이클이 수행된 현재 시점에서 배터리의 잔여 수명을 나타내고, SOHn -1은 충방전 사이클이 수행되기 이전 시점에서 배터리의 잔여 수명을 나타낸다.
예를 들어, 1회의 충방전 사이클 동안 잔존 충전량의 변화량이 100[%]인 경우, 수명 소비량은 도 4에 도시된 바와 같이 0.005로 연산된다.
이때 만약, 평균 내부저항이 40[mΩ]이고, 현재 내부저항이 10[mΩ]이라면, 보상계수가 0.25로 연산되기 때문에 보상 소비량은 0.00125로 연산되어 이전 배터리의 수명에서 차감된다.
반면, 현재 내부저항이 60[mΩ]이라면, 보상계수가 1.5로 연산되기 때문에 보상 소비량은 0.0075로 연산되어 이전 배터리의 수명에서 차감된다.
이처럼, 배터리의 노후 정도에 따라 배터리의 수명에 미치는 영향을 반영하면, 배터리의 수명을 보다 정확하게 예측할 수 있다.
한편, 수명 연산부(36)는 교체 판단부(32)에서 판단한 배터리 교체 여부를 배터리의 수명 연산에 반영할 수 있다.
만약, 배터리가 교체된 것으로 판단된 경우, 수명 연산부(36)는 배터리의 수명을 초기화한다. 즉, 수명 연산부(36)는 이전 배터리의 수명(SOHn -1)을 클리어하고, 배터리의 수명(SOH)을 '1'로 초기화할 수 있다.
수명 연산부(36)에 의해 연산된 배터리의 수명은 메모리부(40)에 저장되며, 이와 같이 저장된 배터리의 수명은 다음 충방전 사이클이 수행된 후, 배터리의 수명 연산시 이용된다.
또한, 수명 연산부(36)에 의해 연산된 배터리의 수명은 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Manage System)을 비롯한 차량 내 다양한 ECU로 전달되어 다양한 차량 제어에 이용될 수 있다.
메모리부(40)에는 내부저항 연산부(31)에 의해 연산된 내부저항 및 수명 연산부(36)에 의해 연산된 배터리의 수명이 저장된다. 또한, 메모리부(40)에는 전술한 바와 같이 보상계수를 연산하기 위한 평균 내부저항 및 수명 소비량을 연산하기 위한 수명 소비량 테이블이 저장되어 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 장치는 수명 연산부(36)에 의해 연산된 배터리의 수명이 최소요구치 미만으로 감소하는 경우에 배터리의 수명이 얼마 남지 않았음을 운전자에게 경고하는 출력부(미도시)를 더 포함할 수도 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다. 이하, 내부저항으로부터 배터리 교체 여부를 판단하여 배터리의 수명을 초기화하는 동작을 구체적으로 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 연산부(30)는 전류 측정부(10) 및 전압 측정부(20)로부터 배터리의 전류 및 전압을 입력받는다(S110).
이어서, 연산부(30)는 배터리의 전류 및 전압에 기초하여 배터리의 내부저항을 연산한다(S120).
이때, 연산부(30)는 배터리의 전압-전류 데이터를 이용하여 선형 회귀 분석을 수행하고, 선형 회귀 분석 결과 도출되는 1차 직선의 기울기(즉, 회귀식의 1차항 계수)를 내부저항으로 도출할 수 있다.
또한, 연산부(30)는 시동상태에서 측정된 배터리의 전압 및 전류를 이용하여 내부저항을 연산할 수 있다.
이후, 연산부(30)는 연산된 현재 내부저항이 이전 내부저항보다 낮은지 확인한다(S130).
만약, 현재 내부저항이 이전 내부저항보다 낮은 경우, 신규 배터리가 교체된 것으로 볼 수 있으므로, 연산부(30)는 배터리의 수명을 초기화한다(S140).
이때, 연산부(30)는 이전 배터리의 수명을 클리어하고, 현재 배터리의 수명을 '1'로 초기화할 수 있다.
반면, 현재 내부저항이 이전 내부저항 이상인 경우, 기존의 배터리가 계속 사용되고 있는 것이므로, 연산부(30)는 배터리의 수명을 초기화하지 않고, 통상적인 방법으로 배터리의 수명을 연산한다.
이와 같이, 배터리의 내부저항으로부터 배터리 교체 여부를 판단하여 배터리의 수명을 초기화함으로써 배터리가 교체된 경우에도 배터리의 수명을 정확하게 연산할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 배터리의 수명 예측 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다. 이하, 내부저항을 이용하여 배터리 교체 여부를 판단하고 수명 소비량을 보상하여 배터리의 수명을 연산하는 동작을 구체적으로 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 연산부(30)는 전류 측정부(10) 및 전압 측정부(20)로부터 배터리의 전류 및 전압을 입력받는다(S210).
이어서, 연산부(30)는 배터리의 전류 및 전압에 기초하여 배터리의 내부저항은 연산하고(S220), 연산된 현재 내부저항이 이전 내부저항보다 낮은지 여부를 확인한다(S230).
만약, 현재 내부저항이 이전 내부저항보다 낮은 경우, 새로운 배터리가 교체된 것으로 볼 수 있으므로, 연산부(30)는 배터리의 수명을 초기화한다(S250).
반면, 현재 내부저항이 이전 내부저항 이상인 경우, 기존의 배터리가 계속 사용되고 있는 것이므로, 연산부(30)는 배터리의 전류에 기초하여 충방전 사이클 1회 동안 배터리 잔존 충전량의 변화량을 연산한다(S240).
이어서, 연산부(30)는 메모리부(40)에 저장된 수명 소비량 테이블을 참조하여 잔존 충전량의 변화량에 대응되는 수명 소비량을 연산한다(S241).
수명 소비량을 연산한 후, 연산부(30)는 앞에서 연산한 내부저항을 이용하여 보상계수를 연산한다(S242).
이때, 연산부(30)는 전술한 수학식 1에 따라 현재 내부저항을 평균 내부저항으로 나누어 보상계수를 연산할 수 있다. 평균 내부저항은 전술한 수학식 2 또는 3에 의해 미리 연산되어 메모리부(40)에 저장되어 있을 수 있다.
이후, 연산부(30)는 수명 소비량에 보상계수를 반영하여 보상 소비량을 연산한다(S243). 이때, 연산부(30)는 수명 소비량에 보상계수를 곱하여 보상 소비량을 연산할 수 있다.
이어서, 연산부(30)는 메모리부(40)에 저장된 이전 배터리의 수명에서 보상 소비량을 차감하여 현재 배터리의 수명을 연산한다(S244).
이와 같이, 배터리의 내부저항을 이용하여 배터리 노후 정도에 따른 보상계수를 연산하고, 보상계수에 따라 수명 소비량을 보상함으로써 배터리의 수명을 보다 정확하게 연산할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 수명 소비량을 먼저 연산한 후에 보상계수를 연산하는 동작을 예로 들어 설명하였으나, 수명 소비량과 보상계수의 연산 순서는 자유롭게 선택될 수 있다.
즉, 내부저항으로부터 보상계수를 먼저 연산한 후 수명 소비량을 연산하는 것도 가능하고, 동시에 병렬적으로 연산하는 것도 가능하다 할 것이다.
또한, 본 실시예에서는 배터리의 내부저항을 이용하여 배터리 교체 여부를 판단하고, 배터리의 내부저항에 기초한 보상계수에 따라 수명 소비량을 보상하는 경우를 예로 들어 설명하였다.
참고로, 배터리의 내부저항 대신에 잔차오류(Residual Error)를 이용하여 배터리 교체 여부 및 수명 소비량을 보상하는 것도 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 전류 측정부 20 : 전압 측정부
30 : 연산부 31 : 내부저항 연산부
32 : 교체 판단부 33 : 보상계수 연산부
34 : 충전상태 연산부 35 : 수명 소비량 연산부
36 : 수명 연산부

Claims (15)

  1. 연산부가 배터리의 전압 및 전류로부터 연산되는 내부저항을 이용하여 배터리 교체 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 연산부가 상기 배터리 교체 여부를 반영하여 배터리의 수명을 연산하는 단계를 포함하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 배터리의 전압 및 전류는 시동상태의 측정값인 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 배터리 교체 여부를 판단하는 단계에서
    상기 연산부는 상기 내부저항이 이전 내부저항보다 낮은 경우에 상기 배터리가 교체된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 배터리의 수명을 연산하는 단계에서
    상기 연산부는 상기 배터리가 교체된 것으로 판단되는 경우에 상기 배터리의 수명을 초기화하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  5. 연산부가 배터리 잔존 충전량의 변화량에 대응되는 수명 소비량을 연산하는 단계;
    상기 연산부가 배터리의 전압 및 전류로부터 연산되는 내부저항에 기초하여 배터리 노후 정도를 반영하는 보상계수를 연산하는 단계;
    상기 연산부가 상기 수명 소비량에 상기 보상계수를 반영하여 보상 소비량을 연산하는 단계; 및
    상기 연산부가 상기 보상 소비량을 이용하여 배터리의 수명을 연산하는 단계를 포함하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 보상계수는 상기 내부저항을 미리 연산된 평균 내부저항으로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 보상 소비량은 상기 수명 소비량에 상기 보상계수를 곱한 값인 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 배터리의 수명은 이전 배터리의 수명에서 상기 보상 소비량을 차감한 값인 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 연산부가 상기 내부저항을 이용하여 배터리 교체 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고,
    상기 연산부는 상기 배터리 교체 여부를 반영하여 상기 배터리의 수명을 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 연산부는 상기 배터리가 교체된 경우 상기 배터리의 수명을 초기화하고, 상기 배터리가 교체되지 않은 경우 상기 보상 소비량에 기초하여 상기 배터리의 수명을 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 방법.
  11. 배터리의 전류 및 전압으로부터 내부저항을 연산하는 내부저항 연산부;
    상기 내부저항을 이용하여 배터리 교체 여부를 판단하는 교체 판단부;
    상기 내부저항에 기초하여 배터리 노후 정도를 반영하는 보상계수를 연산하는 보상계수 연산부;
    배터리 잔존 충전량의 변화량에 대응되는 수명 소비량을 연산하는 수명 소비량 연산부; 및
    상기 수명 소비량에 상기 보상계수를 반영하여 보상 소비량을 연산하고, 상기 보상 소비량 및 상기 배터리 교체 여부에 기초하여 상기 배터리의 수명을 연산하는 수명 연산부를 포함하는 차량용 배터리의 수명 예측 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 교체 판단부는 상기 내부저항이 이전 내부저항보다 낮은 경우에 상기 배터리가 교체된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 장치.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 보상계수 연산부는 상기 내부저항을 미리 연산된 평균 내부저항으로 나누어 상기 보상계수를 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 수명 연산부는 상기 수명 소비량에 상기 보상계수를 곱하여 상기 보상 소비량을 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 장치.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 수명 연산부는 이전 배터리의 수명에서 상기 보상 소비량을 차감하여 상기 배터리의 수명을 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 수명 예측 장치.
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