KR20170054846A - 차량용 배터리 모니터링 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직렬 연결된 두 개의 배터리를 가지는 24V 차량의 배터리 상태를 모니터링하는 차량용 배터리 모니터링 장치 및 그 방법을 제안한다.
이를 위해 본 발명의 일 측면에 의한 차량용 배터리 모니터링 장치 및 그 방법은, 12V 배터리 2개를 직렬로 연결한 24V 차량에서 두 개의 배터리의 상태를 각각 모니터링하여 발전 제어 및 ISG(Idle Stop & Go) 기능의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 배터리 간의 열화도 편차로 인하여 발생하는 배터리의 품질 문제를 사전에 예방할 수 있게 된다.

Description

차량용 배터리 모니터링 장치 및 그 방법{MONITORING APPARATUS OF BATTERY FOR VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 직렬 연결된 두 개의 배터리를 가지는 24V 차량의 배터리 상태를 모니터링하는 차량용 배터리 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연료 전지 버스, 대형 버스 및 상용 트럭 등과 같은 대형 차량에서는 전원 공급 장치로서 12V 배터리 2개를 직렬로 연결한 24V 전원을 사용한다.
따라서, 24V 전압이 필요한 장치들에 대해서는 12V 배터리 2개를 직렬로 연결한 24V 전원을 사용하고, 12V 전압이 필요한 제어기 등의 기타 장치들에 대해서는 24V 전원을 별도의 전압 강하 회로를 통해 12V로 강압 후 12V 전원을 사용한다.
이와 같이, 12V 배터리 2개를 직렬로 연결한 24V 차량에서는 12V 배터리에 대한 전압, 배터리 충방전 전류 및 온도 등을 검출하고, 이를 기반으로 배터리의 상태를 모니터링한다.
그러나, 종래 배터리의 상태를 모니터링하는 방법은 12V 배터리 하나의 상태만을 추정하므로 다른 배터리의 상태를 파악할 수 없다.
배터리 제조 편차 및 차량 환경 조건 등에 의하여 실차 상태에서 직렬 연결된 2개의 배터리는 잔존 용량이 차이가 나고, 열화도가 차이가 나게 된다. 또한 엔진 룸 가까이에 위치한 배터리의 전해액 감소가 크므로 전해액이 감소된 배터리의 극판이 노출되면 산화납의 형성으로 쇼트가 발생하여 극판이 노출된 배터리가 폭발하는 등 품질 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 측면은, 12V 배터리 2개를 직렬로 연결한 24V 차량에서 두 개의 배터리의 상태를 모니터링할 수 있는 차량용 배터리 모니터링 장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의한 차량용 배터리 모니터링 장치는, 차량에 전원을 공급하는 두 개의 배터리; 두 개의 배터리의 전압을 2채널을 통해 검출하고, 두 개의 배터리 중 하나의 배터리에 흐르는 충방전 전류를 검출하여 두 개의 배터리의 상태를 모니터링하는 제어 유닛;을 포함한다.
두 개의 배터리는, 12V 배터리를 직렬로 연결하여 24V 전원을 공급한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 차량용 배터리 모니터링 장치는, 두 개의 배터리 중 하나의 배터리에 연결되고, 하나의 배터리에 흐르는 충방전 전류를 측정하는 션트 저항;을 더 포함한다.
제어 유닛은, 두 개의 배터리의 전압을 2채널을 통해 검출하는 전압 검출부; 션트 저항 값에 기초하여 하나의 배터리에 흐르는 충방전 전류를 검출하는 전류 검출부;를 더 포함한다.
전압 검출부는, 두 개의 배터리를 직렬로 연결한 24V 전압과, 두 개의 배터리 중 하나의 배터리의 12V 전압을 검출한다.
또한, 제어 유닛은, 24V 전압과 12V 전압의 차를 계산하여 두 개의 배터리 중 다른 하나의 배터리의 전압을 추정한다.
전류 검출부는, 션트 저항에 연결되고, 션트 저항에 회로 연결된 하나의 배터리의 충방전 전류 공급을 통해 션트 저항의 값을 산출하고, 산출된 션트 저항 값을 근거로 하여 하나의 배터리에 흐르는 충방전 전류를 검출한다.
또한, 제어 유닛은, 24V 전압과 검출된 배터리 충방전 전류를 이용하여 두 개의 배터리의 내부 저항을 연산한다.
또한, 제어 유닛은, 12V 전압과 검출된 배터리 충방전 전류를 이용하여 하나의 배터리의 내부 저항을 연산한다.
또한, 제어 유닛은, 두 개의 배터리의 내부 저항과 하나의 배터리의 내부 저항의 차를 계산하여 두 개의 배터리 중 다른 하나의 배터리의 내부 저항을 추정한다.
또한, 제어 유닛은, 추정된 각 배터리의 내부 저항 값을 이용하여 두 개의 배터리의 열화도를 추정한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 차량용 배터리 모니터링 장치는, 두 개의 배터리에 연결되고, 24V 전원을 12V로 강압하여 출력하는 레귤레이터;를 더 포함한다.
레귤레이터는, 스위칭 타입의 레귤레이터인 것이 바람직하다.
또한, 제어 유닛은, 차량의 시동이 켜진 시점부터 시간을 카운트하는 타이머와, 두 개의 배터리의 잔존 용량 값을 초기화하기 위한 잔존 용량 맵 테이블;을 더 포함한다.
그리고, 본 발명의 다른 측면은 직렬 연결된 두 개의 배터리를 가지는 24V 차량용 배터리 모니터링 장치에 있어서, 두 개의 배터리에 연결되고, 24V 전원을 12V로 강압하여 출력하는 레귤레이터; 레귤레이터를 통해 전원을 공급받고, 두 개의 배터리의 전압을 2채널을 통해 검출하고, 두 개의 배터리 중 하나의 배터리에 흐르는 충방전 전류를 검출하여 두 개의 배터리의 상태를 모니터링하는 제어 유닛;을 포함한다.
그리고, 본 발명의 일 측면은 직렬 연결된 두 개의 배터리를 가지는 24V 차량용 배터리 모니터링 방법에 있어서, 시동 키가 온 되었는가 판단하고; 시동 키가 온 되면, 시동 키가 온 된 시간을 카운트하여 일정 시간을 경과하였는가 판단하고; 카운트한 시간이 일정 시간을 경과하면, 두 개의 배터리의 개방 회로 전압(OCV1, OCV2)을 측정하고; 측정된 개방 회로 전압(OCV1, OCV2)에 따라 잔존 용량 맵 테이블에 저장된 잔존 용량 값을 불러와 두 개의 배터리의 잔존 용량(SOC)을 추정하는 것;을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 차량용 배터리 모니터링 방법은, 카운트한 시간이 일정 시간을 경과하지 않으면, 이전에 저장된 잔존 용량 값으로 두 개의 배터리의 잔존 용량(SOC)을 추정하는 것;을 더 포함한다.
그리고, 본 발명의 다른 측면은 직렬 연결된 두 개의 배터리를 가지는 24V 차량용 배터리 모니터링 방법에 있어서, 두 개의 배터리를 직렬로 연결한 24V 전압과 두 개의 배터리 중 하나의 배터리에 흐르는 충방전 전류를 검출하고; 검출된 24V 전압과 배터리 충방전 전류를 이용하여 두 개의 배터리의 내부 저항을 연산하고; 두 개의 배터리 중 하나의 배터리의 12V 전압과 두 개의 배터리 중 하나의 배터리에 흐르는 충방전 전류를 검출하고; 검출된 12V 전압과 배터리 충방전 전류를 이용하여 하나의 배터리의 내부 저항을 연산하고; 두 개의 배터리의 내부 저항과 하나의 배터리의 내부 저항의 차를 계산하여 두 개의 배터리 중 다른 하나의 배터리의 내부 저항을 추정하고; 추정된 각 배터리의 내부 저항 값을 이용하여 두 개의 배터리의 열화도를 추정하는 것;을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 차량용 배터리 모니터링 방법은, 차량의 시동 후 일정 시간 동안 두 개의 배터리의 내부 저항을 추정하는 것;을 더 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의한 차량용 배터리 모니터링 장치 및 그 방법에 의하면, 12V 배터리 2개를 직렬로 연결한 24V 차량에서 두 개의 배터리의 상태를 각각 모니터링하여 발전 제어 및 ISG(Idle Stop & Go) 기능의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 배터리 간의 열화도 편차로 인하여 발생하는 배터리의 품질 문제를 사전에 예방할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 배터리 모니터링 장치의 제어 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 2채널 배터리의 잔존 용량을 추정하기 위해 배터리의 개방 회로 전압(OCV)을 측정하는 방법을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 2채널 배터리의 잔존 용량을 추정하는 방법을 도시한 동작 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 2채널 배터리의 열화도를 추정하기 위해 배터리 전류를 측정한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 2채널 배터리의 열화도를 추정하는 방법을 도시한 동작 순서도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1구성 요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 개시된 차량용 배터리 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 외관을 도시한 도면이다.
도 1에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 차량(1)은 차량(1)의 외관을 형성하는 본체(10), 차량(1)을 이동시키는 차륜(21, 22), 차륜(21, 22)을 회전시키는 구동 장치(미도시), 차량(1) 내부를 외부로부터 차폐시키는 도어(14), 차량(1) 내부의 운전자에게 차량(1) 전방의 시야를 제공하는 전면 유리(17), 운전자에게 차량(1) 후방의 시야를 제공하는 사이드 미러(18, 19)를 포함한다.
차륜(21, 22)은 차량의 전방에 마련되는 전륜(21), 차량의 후방에 마련되는 후륜(22)을 포함하며, 구동 장치는 본체(10)가 전방 또는 후방으로 이동하도록 전륜(21) 또는 후륜(22)에 회전력을 제공한다. 이와 같은 구동 장치는 화석 연료를 연소시켜 회전력을 생성하는 엔진(engine) 또는 축전기(미도시)로부터 전원을 공급받아 회전력을 생성하는 모터(motor)를 채용할 수 있다.
도어(14)는 본체(10)의 좌측 및 우측에 회동 가능하게 마련되어 개방 시에 운전자가 차량(1)의 내부에 탑승할 수 있도록 하며, 폐쇄 시에 차량(1)의 내부를 외부로부터 차폐시킨다.
전면 유리(17)는 본체(10)의 전방 상측에 마련되어 차량(1) 내부의 운전자가 차량(1) 전방의 시각 정보를 획득할 수 있도록 하는 것으로서, 윈드쉴드 글래스(windshield glass)라고도 한다.
또한, 사이드 미러(18, 19)는 본체(1)의 좌측에 마련되는 좌측 사이드 미러(18) 및 우측에 마련되는 우측 사이드 미러(19)를 포함하며, 차량(1) 내부의 운전자가 차량(1) 측면 및 후방의 시각 정보를 획득할 수 있도록 한다.
이외에도 차량(1)은 후방의 장애물 내지 다른 차량을 감지하는 근접 센서, 강수 여부 및 강수량을 감지하는 레인 센서 등의 감지 장치를 포함할 수 있다.
근접 센서의 일 예로서, 차량의 측면 또는 후면에 감지 신호를 발신하고, 다른 차량 등의 장애물로부터 반사되는 반사 신호를 수신한다. 또한 수신된 반사 신호의 파형을 기초로 차량(1) 후방의 장애물의 존재 여부를 감지하고, 장애물의 위치를 검출할 수 있다. 이와 같은 근접 센서는 초음파를 발신하고, 장애물에 반사된 초음파를 이용하여 장애물까지의 거리를 검출하는 방식을 채용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 차량(1)은 차량(1)에 전원을 공급하는 두 개의 배터리(24, 26)를 포함한다. 두 개의 배터리(24, 26)는 12V의 제1배터리(24) 및 제2배터리(26)를 포함하고, 제1배터리(24) 및 제2배터리(26)는 직렬로 연결되어 24V 전압이 필요한 장치들에 대해서는 24V 전원을 공급하고, 12V 전압이 필요한 제어기 등의 기타 장치들에 대해서는 24V 전원을 12V로 강압 후 12V 전원을 공급한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 2에서, 차량(1)의 내부에는 탑승자가 앉는 시트(DS, PS), 차량(1)의 동작을 제어하고 차량(1)의 운행 정보를 표시하는 각종 계기가 마련되는 대시 보드(30; dashboard), 차량(1)의 방향을 조작하는 스티어링 휠(60)이 마련될 수 있다.
시트(DS, PS)는 운전자가 앉는 운전석(DS), 동승자가 앉는 조수석(PS), 차량(1) 내 후방에 위치하는 뒷좌석(미도시)을 포함할 수 있다.
대시 보드(30)에는 주행과 관련된 정보를 표기하는 속도 계기, 연료 계기, 자동 변속 선택 레버 표시등, 타코 미터, 구간 거리계 등의 계기판(31)과, 기어박스(40), 센터페시아(50) 등이 마련될 수 있다.
기어박스(40)에는 차량 변속을 위한 변속 기어(41)가 설치된다. 또한, 도면에 도시된 것처럼, 사용자가 AVN 장치(51)나 차량의 주요 기능의 수행을 제어하기 위한 사용자 명령을 입력하기 위한 입력 장치(110)가 설치된다. 입력 장치(110)에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 이후에 설명하기로 한다.
센터페시아(50)에는 공조 장치, 시계, AVN 장치(51) 등이 설치될 수 있다. 공조 장치는 차량(1) 내부의 온도, 습도, 공기의 청정도, 공기의 흐름을 조절하여 차량(1)의 내부를 쾌적하게 유지한다. 공조 장치는 센터페시아(50)에 설치되고 공기를 토출하는 적어도 하나의 토출구를 포함할 수 있다. 센터페시아(50)에는 공조 장치 등을 제어하기 위한 버튼이나 다이얼 등이 설치될 수 있다. 운전자 등의 사용자는 센터페시아(50)에 배치된 버튼이나 다이얼을 이용하여 차량(1)의 공조 장치를 제어할 수 있다.
AVN 장치(51)는 차량(1) 내 오디오와 멀티미디어 장치 및 내비게이션 장치 등이 통합되어 하나의 시스템으로 구현된 장치로서, 차량(1) 내에서 사용자에게 지상파 라디오 신호에 기초하여 라디오를 재생하는 라디오 서비스, CD(Compact Disk) 등을 재생하는 오디오 서비스, DVD(Digital Versatile Disk) 등을 재생하는 비디오 서비스와, 목적지 안내 기능을 수행하는 내비게이션 서비스, 차량(1)과 연결된 이동 단말의 전화 수신 여부를 제어하는 전화 서비스 등을 제공한다. 또한, AVN 장치(51)는 사용자의 조작이 아닌 음성을 입력받아 상술한 라디오 서비스, 오디오 서비스, 비디오 서비스, 내비게이션 서비스, 전화 서비스를 제공하는 음성 인식 서비스 또한 제공할 수 있다.
또한, AVN 장치(51)는 USB(Universal Serial Bus) 포트 등을 장착하여 PMP(Portable Multimedia Player), MP3(MPEG Audio Layer-3) 플레이어, PDA(Personal Digital Assistants) 등의 멀티디어용 휴대 장치와 연결되며 오디오 및 비디오 파일을 재생시킬 수도 있다.
이러한 AVN 장치(51)는 대시보드(30) 상에 거치식으로 설치될 수 있고, 센터페시아(50) 내부에 매립되어 설치될 수도 있다.
사용자는 AVN 장치(51)를 통해 라디오 서비스, 오디오 서비스, 비디오 서비스, 및 내비게이션 서비스를 제공 받을 수 있다.
또한, 센터페시아(50)에는 일 실시예에 의하면 AVN 장치(51)를 제어하기 위한 입력부가 설치될 수도 있다. 실시예에 따라서 AVN 장치(51)의 입력부는 센터페시아(50)가 아닌 다른 위치에 설치될 수도 있다. 예를 들어, AVN 장치(51)의 입력부는 AVN 장치(51)의 디스플레이부(120) 주변에 형성될 수도 있다. 또한 다른 예로 AVN 장치(51)의 입력부는 기어 박스(40) 등에 설치될 수도 있다.
스티어링 휠(60)은 차량의 주행 방향을 조절하기 위한 장치로, 운전자에 의해 파지되는 림(61) 및 차량의 조향 장치와 연결되고 림(61)과 조향을 위한 회전축의 허브를 연결하는 스포크(62)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라서 스포크(62)에는 차량(1) 내의 각종 장치, 일례로 AVN 장치(51) 등을 제어하기 위한 조작 장치가 형성될 수 있다.
한편, 디스플레이부(120)는 사용자의 조작에 따라 제공되는 AVN 장치(51) 내 다양한 기능의 실행 영상을 표시한다. 예를 들어, 라디오 화면, 오디오 화면, 비디오 화면, 내비게이션 화면, 전화 화면 중 적어도 하나를 선택적으로 표시할 수 있을 뿐만 아니라, 차량(1)의 제어와 관련된 각종 제어 화면 또는 AVN 장치(51)에서 실행할 수 있는 부가 기능과 관련된 화면을 표시할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, AVN 장치(51)는 상술한 공조 장치와 연동하여 디스플레이부(120)를 통해 공조 장치의 제어와 관련된 각종 제어 화면을 표시할 수 있다. 뿐만 아니라, AVN 장치(51)는 공조 장치의 동작 상태를 제어하여 차량(1) 내의 공조 환경을 조절할 수 있다. 또한, AVN 장치(51)는 디스플레이부(120)를 통해 운전자에게 목적지까지의 경로가 표시된 지도를 표시할 수 있다. 이에 관한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
이러한 디스플레이부(120)는 기어 박스(40)에 마련된 입력부(110)와 함께 사용자 인터페이스(100)를 구성한다.
사용자 인터페이스 장치(100)는 차량(1)에 마련된 AVN 장치(51)와 사용자 간에 상호 작용이 가능하도록 하는 장치로, 키 패드, 리모컨, 조그 다이얼(노브), 터치 패드 등을 이용하여 사용자 명령을 입력 받고, 디스플레이부(120) 상에 표시되는 문자나 메뉴가 선택됨으로써 사용자 명령을 입력 받는 장치이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 배터리 모니터링 장치의 제어 구성도이다.
도 3에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 배터리 모니터링 장치(200)는 레귤레이터(210), 션트 저항(220), 제어 유닛(230), 인터페이스 회로(240) 및 캔 모듈(250)을 포함한다.
레귤레이터(210)는 12V의 제1배터리(24) 및 제2배터리(26)와 연결되고, 제1배터리(24) 및 제2배터리(26)를 직렬로 연결한 24V 전원을 12V로 강압하여 안정화된 배터리 전압을 출력한다.
본 발명의 일 실시예에서는 리니어 타입의 레귤레이터가 아닌 스위칭 타입의 레귤레이터(210)를 사용한다. 이는 리니어 타입의 레귤레이터를 사용할 경우 레귤레이터의 발열로 인한 온도 상승으로 배터리(24, 26)의 전해액 온도를 추적하는 로직의 정확도가 저하될 수 있기 때문이다.
션트 저항(220)은 제1배터리(24)에 연결되어 제1배터리(24)에 흐르는 충방전 전류를 측정한다.
제어 유닛(230)은 제1배터리(24) 및 제2배터리(26)의 상태(열화도)를 추정하는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)로, 전원부(231), 전압 검출부(232), 전류 검출부(233) 및 온도 검출부(234)를 포함한다.
전원부(231)는 데이터 전송을 위한 전원 라인으로 전원을 공급하기 위한 것으로, 12V 전압이 필요한 제어기 등의 기타 장치들에 대하여 전원을 공급한다.
전압 검출부(232)는 제1배터리(24) 및 제2배터리(26)의 전압을 2채널을 통해 검출하는 전압 센서 모듈이다.
전압 검출부(232)는 제1배터리(24) 및 제2배터리(26)를 직렬로 연결한 24V 전압(배터리1 + 배터리2)과, 제1배터리(24)의 12V 전압(배터리1)을 모두 검출한다.
따라서, 제어 유닛(230)은 전압 검출부(232)에서 검출된 24V 전압(배터리1 + 배터리2)과, 12V 전압(배터리1)의 차를 계산하여 제2배터리(26)의 전압을 추정할 수 있다. 이에 따라 제어 유닛(230)은 제1배터리(24)와 제2배터리(26)의 상태를 개별적으로 추정할 수 있게 된다.
전류 검출부(233)는 션트 저항(220)에 연결되고, 션트 저항(220)에 회로 연결된 제1배터리(24)의 충방전 전류 공급을 통해 션트 저항(220)의 값을 산출하고, 산출된 션트 저항값을 근거로 하여 제1배터리(24)에 흐르는 충방전 전류를 검출하는 전류 센서 모듈이다.
온도 검출부(234)는 제1배터리(24) 및 제2배터리(26)의 전해액 온도를 검출하는 온도 센서(PTC)이다.
또한, 제어 유닛(230)은 차량의 시동이 켜진 시점부터 시간을 카운트하는 타이머와, 개방 회로 전압(OCV; Open Circuit Voltage)에 따라 잔존 용량(SOC; State Of Charge) 값을 초기화하기 위한 잔존 용량 맵 테이블을 저장하고 있다.
인터페이스 회로(240)는 션트 저항(220)과 제어 유닛(230)의 전류 검출부(233) 사이에 연결되어 션트 저항(220)을 통해 측정된 제1배터리(24)의 충방전 전류를 전류 검출부(233)에 전달한다.
캔 모듈(250)은 제어 유닛(230)의 전압 검출부(232), 전류 검출부(233) 및 온도 검출부(234)에서 검출된 데이터를 기반으로 하여 추정된 제1배터리(24) 및 제2배터리(26)의 상태를 캔(CAN) 통신을 통해 전송한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 배터리 모니터링 장치 및 그 방법의 동작 과정 및 작용 효과를 설명한다.
먼저, 24V 차량용 2채널 배터리의 잔존 용량(SOC; State Of Charge)을 추정하는 방법에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 2채널 배터리의 잔존 용량을 추정하기 위해 배터리의 개방 회로 전압(OCV)을 측정하는 방법을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 2채널 배터리의 잔존 용량을 추정하는 방법을 도시한 동작 순서도이다.
도 4에서, 12V의 제1배터리(24) 및 제2배터리(26)를 직렬로 연결한 상태에서 제1배터리(24)의 개방 회로 전압(OCV2)과 제2배터리(26)의 개방 회로 전압(OCV1-OCV2)을 측정한다.
개방 회로 전압(OCV; Open Circuit Voltage)은 배터리(24, 26)에 부하를 연결하지 않은 상태에서 배터리(24, 26)의 출력단에서 본 전압 및 전류 특성을 파악하기 위해 측정하는 것이다.
도 5에서, 제어 유닛(230)은 시동 키가 온 되었는가를 판별하여(300), 시동 키가 온 되면 차량용 배터리 모니터링 장치(200)가 동작을 시작하여 제어 유닛(230)에서 시동 키가 온 된 시간(T)을 카운트하기 시작한다(302).
제어 유닛(230)은 카운트한 시간(T)이 일정 시간(Ts; 배터리 전압이 안정화되기 위해 필요한 시간, 약 3시간)을 경과하였는가를 판단한다(304).
단계 304의 판단 결과, 카운트한 시간(T)이 일정 시간(Ts)을 경과하면 제1배터리(24)의 개방 회로 전압(OCV2)과 제2배터리(26)의 개방 회로 전압(OCV1-OCV2)을 측정한다(306).
따라서, 제어 유닛(230)은 측정된 개방 회로 전압(OCV1, OCV2)에 따라 잔존 용량 맵 테이블에 저장된 잔존 용량(SOC) 값을 불러와 제1배터리(24)와 제2배터리(26)의 잔존 용량(SOC)을 추정한다(308).
즉, 제1배터리(24)는 개방 회로 전압(OCV2)에 의한 잔존 용량(SOC) 값으로 초기화하고, 제2배터리(26)는 개방 회로 전압(OCV1-OCV2)에 의한 잔존 용량(SOC) 값으로 초기화한다.
한편, 단계 304의 판단 결과, 카운트한 시간(T)이 일정 시간(Ts)을 경과하지 않으면 이전에 저장된 잔존 용량(SOC) 값으로 제1배터리(24)와 제2배터리(26)의 잔존 용량(SOC)을 추정한다(310).
즉, 차량의 시동이 꺼지기 전에 저장된 잔존 용량(SOC) 값으로 제1배터리(24)와 제2배터리(26)의 잔존 용량(SOC)을 초기화한다
다음, 24V 차량용 2채널 배터리의 열화도(SOH; State Of Health)를 추정하는 방법에 대하여 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 2채널 배터리의 열화도를 추정하기 위해 배터리 전류를 측정한 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 2채널 배터리의 열화도를 추정하는 방법을 도시한 동작 순서도이다.
차량이 슬립(Sleep) 모드에 있다가 시동이 켜지면 전압 검출부(232)에서 제1배터리(24)와 제2배터리(26)를 직렬로 연결한 24V 전압(배터리1 + 배터리2)과, 제1배터리(24)의 12V 전압(배터리1)을 검출하고, 전류 검출부(233)에서 제1배터리(24)의 충방전 전류를 검출하기 시작한다.
도 7에서, 제어 유닛(230)은 시동 키가 온 되었는가를 판단한다(400).
단계 400의 판단 결과, 시동 키가 온 되면 즉, 차량이 슬립(Sleep) 모드에 있다가 시동이 켜지면 전압 검출부(232)에서 제1배터리(24)와 제2배터리(26)를 직렬로 연결한 24V 전압(배터리1 + 배터리2)을 검출하고, 전류 검출부(233)에서 제1배터리(24)의 충방전 전류를 검출한다(402, 도 6 참조).
따라서, 제어 유닛(230)은 전압 검출부(232)에서 검출된 24V 전압(배터리1 + 배터리2)과 전류 검출부(233)에서 검출된 배터리 충방전 전류를 이용하여 전체 배터리(24, 26)의 내부 저항(Rdi1 + 2)을 연산한다(404).
내부 저항(Rdi)을 연산하는 방법은 아래의 [식1]을 이용하여 구할 수 있다.
[식 1]
Figure pat00001
이어서, 전압 검출부(232)에서 제1배터리(24)의 12V 전압(배터리1)을 검출하고, 전류 검출부(233)에서 제1배터리(24)의 충방전 전류를 검출한다(406, 도 6 참조).
따라서, 제어 유닛(230)은 전압 검출부(232)에서 검출된 12V 전압(배터리1)과 전류 검출부(233)에서 검출된 배터리 충방전 전류를 이용하여 제1배터리(24)의 내부 저항(Rdi1)을 연산한다(408).
제어 유닛(230)은 연산된 전체 배터리(24, 26)의 내부 저항(Rdi1 + 2)과 제1배터리(24)의 내부 저항(Rdi1) 간의 차를 계산하여 제2배터리(26)의 내부 저항(Rdi2)을 추정할 수 있다(410)
이어서, 제어 유닛(230)은 연산된 제1배터리(24)의 내부 저항(Rdi1) 값과 추정된 제2배터리(26)의 내부 저항(Rdi2) 값을 이용하여 제1배터리(24)와 제2배터리(26)의 열화도(SOH)를 추정한다(412).
이후에는, 제1배터리(24)와 제2배터리(26)를 직렬로 연결한 24V 전압(배터리1 + 배터리2)과 배터리 충방전 전류를 이용하여 전체 배터리(24, 26)의 내부 저항(Rdi1+2)을 연산한다.
그 이유는, 배터리(24, 26)의 내부 저항은 급격한 증가를 보이는 인자(Factor)가 아니므로 개별 배터리(배터리1 또는 배터리2)의 내부 저항(Rdi1 , Rdi2)은 시동 직후에만 연산하고, 이후에는 SOF 등 내부 저항 값을 이용하는 타 로직의 신뢰성을 높이기 위해 전체 배터리(24, 26)의 내부 저항(Rdi1 +2) 값을 연산한다.
한편, 24V 전압(배터리1 + 배터리2)과 배터리 충방전 전류를 이용하여 전체 배터리(24, 26)의 내부 저항(Rdi1 + 2)을 연산하는 시간은 시동 후 20초 간 이루어진다(도 6 참조).
본 발명의 일 실시예에서는 제1배터리(24) 및 제2배터리(26)를 직렬로 연결한 24V 전압(배터리1 + 배터리2)과, 제1배터리(24)의 12V 전압(배터리1)을 검출하여 제2배터리(26)의 전압을 추정하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 제1배터리(24) 및 제2배터리(26)를 직렬로 연결한 24V 전압(배터리1 + 배터리2)과, 제2배터리(26)의 12V 전압(배터리2)을 검출하여 제1배터리(24)의 전압을 추정하여도 본 발명과 동일한 목적 및 효과를 달성할 수 있음은 물론이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 전체 배터리(24, 26)의 내부 저항(Rdi1 + 2)과 제1배터리(24)의 내부 저항(Rdi1) 간의 차를 계산하여 제2배터리(26)의 내부 저항(Rdi2)을 추정하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 전체 배터리(24, 26)의 내부 저항(Rdi1 + 2)과 제2배터리(26)의 내부 저항(Rdi2) 간의 차를 계산하여 제1배터리(24)의 내부 저항(Rdi1)을 추정하여도 본 발명과 동일한 목적 및 효과를 달성할 수 있음은 물론이다.
1 : 차량 24, 26 : 제1 및 제2배터리
100 : 사용자 인터페이스 110 : 입력부
120 : 디스플레이부 200 : 차량용 배터리 모니터링 장치
210 : 레귤레이터 220 : 션트 저항
230 : 제어 유닛 231 : 전원부
232 : 전압 검출부 233 : 전류 검출부
234 : 온도 검출부 240 : 인터페이스 회로
250 : 캔 모듈

Claims (20)

  1. 차량에 전원을 공급하는 두 개의 배터리;
    상기 두 개의 배터리의 전압을 2채널을 통해 검출하고, 상기 두 개의 배터리 중 하나의 배터리에 흐르는 충방전 전류를 검출하여 상기 두 개의 배터리의 상태를 모니터링하는 제어 유닛;을 포함하는 차량용 배터리 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 두 개의 배터리는,
    12V 배터리를 직렬로 연결하여 24V 전원을 공급하는 차량용 배터리 모니터링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 두 개의 배터리 중 하나의 배터리에 연결되고, 상기 하나의 배터리에 흐르는 충방전 전류를 측정하는 션트 저항;을 더 포함하는 차량용 배터리 모니터링 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 두 개의 배터리의 전압을 2채널을 통해 검출하는 전압 검출부;
    상기 션트 저항 값에 기초하여 상기 하나의 배터리에 흐르는 충방전 전류를 검출하는 전류 검출부;를 더 포함하는 차량용 배터리 모니터링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전압 검출부는,
    상기 두 개의 배터리를 직렬로 연결한 24V 전압과, 상기 두 개의 배터리 중 하나의 배터리의 12V 전압을 검출하는 차량용 배터리 모니터링 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 24V 전압과 상기 12V 전압의 차를 계산하여 상기 두 개의 배터리 중 다른 하나의 배터리의 전압을 추정하는 차량용 배터리 모니터링 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전류 검출부는,
    상기 션트 저항에 연결되고, 상기 션트 저항에 회로 연결된 상기 하나의 배터리의 충방전 전류 공급을 통해 상기 션트 저항의 값을 산출하고, 상기 산출된 션트 저항 값을 근거로 하여 상기 하나의 배터리에 흐르는 충방전 전류를 검출하는 차량용 배터리 모니터링 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 24V 전압과 상기 검출된 배터리 충방전 전류를 이용하여 상기 두 개의 배터리의 내부 저항을 연산하는 차량용 배터리 모니터링 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 12V 전압과 상기 검출된 배터리 충방전 전류를 이용하여 상기 하나의 배터리의 내부 저항을 연산하는 차량용 배터리 모니터링 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 두 개의 배터리의 내부 저항과 상기 하나의 배터리의 내부 저항의 차를 계산하여 상기 두 개의 배터리 중 다른 하나의 배터리의 내부 저항을 추정하는 차량용 배터리 모니터링 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 추정된 각 배터리의 내부 저항 값을 이용하여 상기 두 개의 배터리의 열화도를 추정하는 차량용 배터리 모니터링 장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 두 개의 배터리에 연결되고, 상기 24V 전원을 12V로 강압하여 출력하는 레귤레이터;를 더 포함하는 차량용 배터리 모니터링 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 레귤레이터는,
    스위칭 타입의 레귤레이터인 차량용 배터리 모니터링 장치.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 차량의 시동이 켜진 시점부터 시간을 카운트하는 타이머와, 상기 두 개의 배터리의 잔존 용량 값을 초기화하기 위한 잔존 용량 맵 테이블;을 더 포함하는 차량용 배터리 모니터링 장치.
  15. 직렬 연결된 두 개의 배터리를 가지는 24V 차량용 배터리 모니터링 장치에 있어서,
    상기 두 개의 배터리에 연결되고, 상기 24V 전원을 12V로 강압하여 출력하는 레귤레이터;
    상기 레귤레이터를 통해 전원을 공급받고, 상기 두 개의 배터리의 전압을 2채널을 통해 검출하고, 상기 두 개의 배터리 중 하나의 배터리에 흐르는 충방전 전류를 검출하여 상기 두 개의 배터리의 상태를 모니터링하는 제어 유닛;을 포함하는 차량용 배터리 모니터링 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 두 개의 배터리 중 하나의 배터리에 연결되고, 상기 하나의 배터리에 흐르는 충방전 전류를 측정하는 션트 저항;을 더 포함하는 차량용 배터리 모니터링 장치.
  17. 직렬 연결된 두 개의 배터리를 가지는 24V 차량용 배터리 모니터링 방법에 있어서,
    시동 키가 온 되었는가 판단하고;
    상기 시동 키가 온 되면, 상기 시동 키가 온 된 시간을 카운트하여 일정 시간을 경과하였는가 판단하고;
    상기 카운트한 시간이 일정 시간을 경과하면, 상기 두 개의 배터리의 개방 회로 전압(OCV1, OCV2)을 측정하고;
    상기 측정된 개방 회로 전압(OCV1, OCV2)에 따라 잔존 용량 맵 테이블에 저장된 잔존 용량 값을 불러와 상기 두 개의 배터리의 잔존 용량(SOC)을 추정하는 것;을 포함하는 차량용 배터리 모니터링 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 카운트한 시간이 일정 시간을 경과하지 않으면, 이전에 저장된 잔존 용량 값으로 상기 두 개의 배터리의 잔존 용량(SOC)을 추정하는 것;을 더 포함하는 차량용 배터리 모니터링 방법.
  19. 직렬 연결된 두 개의 배터리를 가지는 24V 차량용 배터리 모니터링 방법에 있어서,
    상기 두 개의 배터리를 직렬로 연결한 24V 전압과 상기 두 개의 배터리 중 하나의 배터리에 흐르는 충방전 전류를 검출하고;
    상기 검출된 24V 전압과 배터리 충방전 전류를 이용하여 상기 두 개의 배터리의 내부 저항을 연산하고;
    상기 두 개의 배터리 중 하나의 배터리의 12V 전압과 상기 두 개의 배터리 중 하나의 배터리에 흐르는 충방전 전류를 검출하고;
    상기 검출된 12V 전압과 배터리 충방전 전류를 이용하여 상기 하나의 배터리의 내부 저항을 연산하고;
    상기 두 개의 배터리의 내부 저항과 상기 하나의 배터리의 내부 저항의 차를 계산하여 상기 두 개의 배터리 중 다른 하나의 배터리의 내부 저항을 추정하고;
    상기 추정된 각 배터리의 내부 저항 값을 이용하여 상기 두 개의 배터리의 열화도를 추정하는 것;을 포함하는 차량용 배터리 모니터링 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 차량의 시동 후 일정 시간 동안 상기 두 개의 배터리의 내부 저항을 추정하는 것;을 더 포함하는 차량용 배터리 모니터링 방법.
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