KR20140084823A - 배터리의 열화 판단방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 배터리의 충전시, 특정 SOC구간에서 충전기에 의해 입력된 전력량을 측정하는 측정단계; 및 특정 SOC구간에서 입력된 전력량을 입력으로 하고 열화도를 출력으로 하는 특정 함수에 상기 측정된 전력량을 대입하여 현재 배터리의 열화도를 산출하는 산출단계;를 포함하여 구성되는 배터리의 열화 판단방법이 소개된다.

Description

배터리의 열화 판단방법{METHOD FOR CHECKING DETERIORATION OF BATTERY}

본 발명은 배터리의 열화 판단기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리의 충전 중 SOC와 입력된 전력량 사이의 관계를 상대 비교하여 배터리의 열화 여부를 판정하도록 한 배터리의 열화 판단방법에 관한 것이다.

EV(Electronic Vehicle)용 고전압 배터리는 차량에서 사용되는 대부분의 에너지를 공급하는바, 배터리의 용량 및 상태에 따라 차량의 주행거리에 미치는 영향이 절대적이다.

다만, 배터리의 특성상, 배터리를 지속적으로 사용하는 경우, 열화현상에 의해 배터리의 용량이 감소되는 것을 피할 수 없다.

배터리에 열화현상이 진행되면 동일한 SOC량을 표시하고 있더라도 주행 가능한 거리가 감소하며, 가속을 위한 출력이 저하되는 등의 현상이 나타나게 되는바, 이를 제대로 검출하지 못하면 원인을 알 수 없는 상태의 고객 불만이 제기되는 문제가 발생된다.

한편, 종래에 한국 공개특허공보 공개번호 10-2007-0097623호의 "전기화학전지의 내부저항 측정장치 및 방법"과, 한국 공개특허공보 공개번호 10-2007-0076644호의 "배터리 관리 시스템 및 그의 고장셀 검출 방법"이 소개된바 있다.

즉, 상기한 종래 기술은 별도의 내부 저항 측정 장치에 연결하거나 내부 저항 측정 장치를 구성하여 내부 저항을 측정하거나, 배터리의 입력 전류에 대한 전압 출력을 모델링 해석을 통해 내부 저항을 추정하여 내부 저항의 증가 정도에 따라 배터리의 열화 상태를 판정하였다.

그러나, 배터리가 차량에 탑재된 상태에서 내부 저항 측정을 위하여 배터리를 탈거하기란 쉬운 일이 아니며, 시간 및 비용 등의 문제가 발생한다. 뿐만 아니라 배터리 내부 저항의 단순 증가 정도 만으로는 각 셀의 열화 상태를 판정하기란 쉽지 않은 문제가 있다.

또한, 기존의 방식들은 대부분 HEV 환경에 특화된 배터리 열화 검출 로직으로서 충전을 실시하여 거의 전 SOC 영역을 사용하는 EV에 활용하기에는 어려움이 있었다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2007-0097623 A KR 10-2007-0076644 A

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 배터리의 충전 중 SOC와 입력된 전력량 사이의 관계를 상대 비교하여 배터리의 열화 여부를 판정하도록 한 배터리의 열화 판단방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 배터리의 충전시, 특정 SOC구간에서 충전기에 의해 입력된 전력량을 측정하는 측정단계; 및 특정 SOC구간에서 입력된 전력량을 입력으로 하고 열화도를 출력으로 하는 특정 함수에 상기 측정된 전력량을 대입하여 현재 배터리의 열화도를 산출하는 산출단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

특정 SOC구간에서 배터리 열화도에 따른 입력된 전력량 데이터를 확보하는 데이터확보단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 배터리의 온도를 측정하는 상태측정단계; 상기 배터리의 온도가 특정온도 구간 내에 포함된 경우, 배터리를 충전하는 충전단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 충전단계에서는 배터리를 급속 충전할 수 있다.

상기 충전단계에서는 배터리를 정전류모드로 충전할 수 있다.

상기 측정단계에서 특정 SOC구간은 SOC 5~20%일 수 있다.

상기 산출단계에서의 특정 함수는 하기의 수학식 1일 수 있다.

수학식 1

y = a ×(열화도)+b

여기서, y는 측정된 전력량

a는 특정 SOC구간에서 열화도에 따라 입력된 전력량의 함수값 기울기

b는 특정 SOC구간에서 열화도 0일 때 입력된 전력량

상기 함수값의 기울기는 열화도에 따라 입력된 전력량이 반비례적으로 나타날 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 배터리의 급속 충전 중 SOC와 입력전력량의 특성 관계를 활용하여 상대 비교를 통해 배터리의 열화 여부를 판정함으로써, EV배터리의 열화 정도를 정확하게 판단하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 배터리 열화 판단방법의 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 배터리 열화 판단방법에서 열화도에 따른 배터리 별 충전시, SOC에 따른 전압 특성을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 특정 SOC구간에서 배터리 열화도에 따른 입력된 전력량 간의 상관관계를 설명하기 위한 도면.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 배터리 열화 판단방법의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 배터리 열화 판단방법은 크게, 측정단계(S14)와, 산출단계(S15)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 배터리 열화 판단방법을 구체적으로 살펴보면, 배터리의 충전시, 특정 SOC구간에서 충전기에 의해 입력된 전력량을 측정하는 측정단계(S14); 및 특정 SOC구간에서 입력된 전력량을 입력으로 하고 열화도를 출력으로 하는 특정 함수에 상기 측정된 전력량을 대입하여 현재 배터리의 열화도를 산출하는 산출단계(S15);를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 본 발명은 특정 SOC구간에서 배터리 열화도에 따른 입력된 전력량 데이터를 확보하는 데이터확보단계(S10)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 본 발명은 상기 배터리의 온도를 측정하는 상태측정단계(S11)와, 상기 배터리의 온도가 특정온도 구간 내에 포함된 경우, 배터리를 충전하는 충전단계(S13)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 열화 판정의 정확도를 향상시키기 위해 특정 온도구간에서 배터리의 열화 판단로직을 진행하게 된다.

바람직하게는, 상온에서 실시할 수 있다. 즉, 배터리의 온도가 너무 높거나 낮은 경우 전류에 따른 내부저항 특성이 변하여 충전시 CV 충전 특성이 변하게 되며, 온도별 급속 충전 전류 가변제어를 하여 입력 전류량이 다르므로 상온 충전시 열화도 판단조건에 진입하는 것이다.

아울러, 본 발명의 상기 충전단계(S13)에서는 배터리를 급속 충전할 수 있다. 또한, 상기 충전단계(S13)에서는 배터리를 정전류모드로 충전할 수 있다.

즉, 배터리의 급속충전은 정전류모드와 정전압모드로 충전할 수 있으며, 본 발명에서는 정전류모드 조건에서 급속충전하게 된다.

본 발명의 상기 측정단계(S14)에서 특정 SOC구간은 SOC 5~20%일 수 있다.

도 2는 본 발명에 의한 배터리 열화 판단방법에서 열화도에 따른 배터리 별 충전시, SOC에 따른 전압 특성을 설명하기 위한 도면이다.

즉, 전류가 입력되어 배터리가 충전되면, V = I × R에 의해 전압이 상승하는데 열화가 진행됨에 따라 내부저항이 증가하는 경향을 보이므로, 도 2에 도시된 바와 같이 전류 입력 초기에는 전압의 상승폭이 커지게 된다. 따라서, SOC가 같은 값을 가지더라도 열화 정도에 따라 전압값은 다르게 나타나며, 열화도가 커질수록 더 높은 전압 특성이 나타날 수 있다.

특히, 열화도 별 전압곡선의 형태를 보면 SOC 5~20% 사이에서 열화 특성이 뚜렷하게 나타나므로 이 구간을 열화도 측정을 위한 SOC구간으로 선정하는 것이다.

도 3은 본 발명에 의한 특정 SOC구간에서 배터리 열화도에 따른 입력된 전력량 간의 상관관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에서 상기 산출단계(S15)에서의 특정 함수는 하기의 수학식 1로 나타낼 수 있다. 여기서, 상기 수학식 1은 데이터확보단계(S10)에서 확보된 배터리의 열화도 별 입력된 전력량을 이용하여 수학식 1의 함수를 도출하게 된다.

상기 수학식 1은

y = a ×(열화도)+b 로 도출된다.

여기서, y는 측정된 전력량이며, a는 특정 SOC구간에서 열화도에 따라 입력된 전력량의 함수값 기울기이고, b는 절편값으로 특정 SOC구간에서 열화도가 0일 때 입력된 전력량을 나타낸다.

이때, 상기 함수값의 기울기는 열화도에 따라 입력된 전력량이 반비례하여 나타나게 된다.

즉, 특정 SOC구간에서 배터리의 충전을 위해 일정 전류를 입력하게 되면, 배터리는 P = I ×V 를 통해 에너지를 가지게 되며 열화도에 따라 동일 SOC 구간에서 입력된 전력량은 차이가 생기게 된다.

다만, 배터리의 열화도가 커질수록 더 높은 전압특성의 경향을 보이게 되지만, 열화도가 큰 배터리는 열화도가 작은 배터리에 비해 특정 SOC구간에서의 충전시 더 오랜시간 동안 충전이 이루어지게 되는바, 길어진 충전시간만큼 입력된 전력량은 더 커지게 된다.

이에, 특정 SOC구간에서 입력된 전력량을 연산하여 그 합을 플로팅하면, 도 3에 도시된 바와 같이 배터리의 열화도가 증가할수록 입력된 전력량은 작아지는 반비례의 직선 형태를 띠게 된다.

도 1을 참조하여 본 발명의 배터리 열화 판단방법의 흐름을 살펴본다.

먼저, S10단계에서 SOC 5~20% 구간에서 배터리의 열화도에 따라 입력된 전력량 데이터를 확보한다. 본 발명에서는 열화도가 0, 11, 33인 각각의 배터리를 충전시험하여 이때 입력된 전력량 데이터를 확보하였다.

한편, S11단계에서는 배터리의 전류 및 전압을 측정하여 배터리의 충전여부를 확인하며, 배터리의 온도를 측정한다.

이어서, S12단계에서는 배터리의 온도가 상온 구간에 있는지 판단하여, 배터리의 온도가 상온 구간에 진입시, 현재 배터리를 정전류모드에서 급속 충전한다(S13).

그리고, S14단계에서는, 배터리의 충전시 SOC 5~20% 구간에서 입력되는 전력량을 I×V에 의해 합산하여 연산 및 측정한다.

이어서, S15단계에서는, S10단계에서 미리 확보된 전력량 데이터를 이용하여 특정 함수(y = a×열화도 + b)를 도출하고, 도출된 함수에 현재 배터리 충전시 입력된 전력량을 입력함으로써, 열화도를 출력값으로 산출하게 된다. 이때, a의 기울기와 b의 절편값은 실험데이터를 통해 산출된다.

그리고, S16단계에서는, 산출된 열화도에 따라 현재 배터리의 열화 정도를 판단하여, 열화 정도에 따라 진단 실시 여부를 결정하게 된다.

이와 같이, 본 발명은 배터리의 급속 충전 중 SOC와 입력전력량의 특성 관계를 활용하여 상대 비교를 통해 배터리의 열화 여부를 판정함으로써, EV배터리의 열화 정도를 정확하게 판단하게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

S10 : 데이터확보단계 S11 : 상태측정단계
S13 : 충전단계 S14 : 측정단계
S15 : 산출단계

Claims (8)

1. 배터리의 충전시, 특정 SOC구간에서 충전기에 의해 입력된 전력량을 측정하는 측정단계(S14); 및
   특정 SOC구간에서 입력된 전력량을 입력으로 하고 열화도를 출력으로 하는 특정 함수에 상기 측정된 전력량을 대입하여 현재 배터리의 열화도를 산출하는 산출단계(S15);를 포함하는 배터리의 열화 판단방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   특정 SOC구간에서 배터리 열화도에 따른 입력된 전력량 데이터를 확보하는 데이터확보단계(S10);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 열화 판단방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 배터리의 온도를 측정하는 상태측정단계(S11);
   상기 배터리의 온도가 특정온도 구간 내에 포함된 경우, 배터리를 충전하는 충전단계(S13);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 열화 판단방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 충전단계(S13)에서는 배터리를 급속 충전하는 것을 특징으로 하는 배터리의 열화 판단방법.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 충전단계(S13)에서는 배터리를 정전류모드로 충전하는 것을 특징으로 하는 배터리의 열화 판단방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 측정단계(S14)에서 특정 SOC구간은 SOC 5~20%인 것을 특징으로 하는 배터리의 열화 판단방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 산출단계(S15)에서의 특정 함수는 하기의 수학식 1인 것을 특징으로 하는 배터리의 열화 판단방법.
   수학식 1
   y = a ×(열화도)+b
   여기서, y는 측정된 전력량
   a는 특정 SOC구간에서 열화도에 따라 입력된 전력량의 함수값 기울기
   b는 특정 SOC구간에서 열화도 0일 때 입력된 전력량
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 함수값의 기울기는 열화도에 따라 입력된 전력량이 반비례적으로 나타나는 것을 특징으로 하는 배터리의 열화 판단방법.

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