KR102007902B1 - 배터리의 잔존 에너지 추정 시스템 및 추정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 배터리의 잔존 에너지 추정 시스템은 배터리의 SOC(State Of Charge) 값을 추정하는 SOC 추정부, 상기 배터리의 CP-rate를 추정하는 CP-rate 추정 및 상기 SOC 추정부 및 CP-rate 추정부에서 추정된 SOC값 및 CP-rate에 대응되는 SOE(State Of Enegy) 값을 추정하는 SOE 추정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리의 잔존 에너지 추정 시스템 및 추정 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ESTIMATED STATE OF ENERGY OF BATTERY}

본 발명은 배터리의 잔존 에너지 추정 시스템 및 추정 방법에 관한 것으로, 특히, CP-rate에 따라 달라지는 배터리의 잔존 에너지를 추정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

배터리의 전류 효율은 100%에 가까워 SOC(State Of Charge)라는 개념을 사용하고 있다. 그러나, 배터리의 에너지 량의 경우에는 그 효율이 CP-rate에 따라 달라지므로 SOE(State Of Energy)를 도입할 수 없다.

예컨대, 배터리의 SOC가 50%로 동일한 경우에도 높은 값의 CP-rate를 사용하면 적은 에너지만 사용되고, 낮은 CP-rate를 사용하면 더 많은 에너지량을 사용할 수 있다.

CP-rate 또는 온도에 따라 배터리에 입출력되는 전압 값이 변하므로 같은 SOC에서도 사용 가능한 전력량이 달라지게 되므로, CP-rate에 따라 기준 배터리 셀의 에너지 량(Wh)이 달라지므로 배터리에 잔존하는 에너지의 량을 추정하기에 어려움이 있다.

본 발명의 목적은 CP-rate에 따라 달라지는 배터리의 잔존 에너지를 추정할 수 있게 하는 기술을 제공하는데 있다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 잔존 에너지 추정 시스템은 배터리의 SOC(State Of Charge) 값을 추정하는 SOC 추정부, 상기 배터리의 CP-rate를 추정하는 CP-rate 추정 및 상기 SOC 추정부 및 CP-rate 추정부에서 추정된 SOC값 및 CP-rate에 대응되는 SOE(State Of Enegy) 값을 추정하는 SOE 추정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 배터리의 입출력 전력을 측정하는 입출력 전력 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 입출력 전력 측정부는 상기 배터리의 전류를 측정하는 전류 센서와, 상기 배터리의 전압을 측정하는 전압 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 입출력 전력 측정부는 상기 전류 센서 및 전압 센서를 통해 측정된 전류 값 및 전압 값을 이용하여 상기 배터리의 입출력 전력 값을 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기 CP-rate 추정부는 상기 입출력 전력 측정부에서 측정된 상기 배터리의 입출력 전력을 통해 CP-rate를 계산하는 것을 특징으로 한다.

각각의CP-rate에 따른 SOC 값에 대응되는SOE 값을 나타낸 데이터 테이블이 저장된 데이터 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 SOE 추정부는 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터 테이블에서 상기 SOC 추정부를 통해 얻어진 SOC 값과 상기 CP-rate 추정부를 통해 얻어진CP-rate 값에 해당되는 값을 입력받는 것을 특징으로 한다.

상기 SOE 추정부에서 추정된 SOE 값을 통해 특정 시점에서 상기 배터리의 충전 가능한 에너지량 및 방전 가능한 에너지량을 예측하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 잔존 에너지 추정 방법은 배터리의 SOC 값을 추정하는 단계와, 상기 배터리의 CP-rate 정의하는 단계와, 특정 시점에서의 상기 CP-rate에 대응되는 SOE 값을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 CP-rate를 정의하는 단계는 상기 배터리의 입출력 전력을 추정하는 단계와, 상기 배터리의 입출력 전력을 이용하여 상기 CP-rate값을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 배터리의 입출력 전력을 추정하는 단계는 상기 배터리의 입출력 전류 및 입출력 전압을 측정하는 단계와, 상기 입출력 전류 및 입출력 전압 값을 통해 입출력 전력을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 특정 시점에서의 SOE 값을 추정하는 단계는 각각의CP-rate에 따른 SOC 값에 대응되는SOE 값을 나타낸 데이터 테이블에서 상기 CP-rate 및 SOC 값에 대응되는 SOE 값을 추정하는 것을 특징으로 한다.

상기 추정된 SOE 값을 이용하여 충전 및 방전 가능한 에너지량을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 특정 시점에서 배터리의 CP-rate 및 SOC 값을 이용하여 충전 가능한 에너지량과 방전 가능한 에너지량을 예측함으로써 배터리의 잔존 에너지를 용이하게 추정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 잔존 에너지 추정 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 잔존 에너지 추정 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 이동 CP-rate 와 실시간 CP-rate의 관계를 도시한 그래프이다.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 아울러, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 잔존 에너지 추정 시스템을 도시한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 배터리 잔존 에너지 추정 시스템은 배터리의 입출력 전력을 측정하는 배터리 입출력 전력 측정부(100)가 구비된다. 배터리 입출력 전력 측정부(100)는 배터리의 전류를 측정하는 배터리 전류 센서(100a) 및 배터리의 전압을 측정하는 배터리 전압 센서(100b)를 포함한다.

배터리 입출력 전력 측정부(100)에서는 배터리의 전류 센서(100a) 및 전압 센서(100b)를 통해 각각 배터리의 전류(A) 값 및 전압 값(V)을 읽어 들인다. 이후, 다음과 같은 방식으로 계산하여 배터리의 입출력 전력 값을 측정할 수 있다.

배터리의 입출력 전력 값(Power;W) = 배터리 입출력 전류 값(Current;A) × 배터리 전압 값(Voltage;V)

그리고, 배터리 입출력 전력 측정부(100)에서 측정된 배터리 입출력 전력 값을 전송받는 CP-rate 추정부(200)가 구비된다.

CP-rate는 배터리의 충방전율을 의미하는 것으로서, 배터리의 정격 용량에 대한 배터리의 입출력 전력의 비를 나타낸다. 일반적으로 CP-rate의 단위는 C로 표시된다.

CP-rate = 현재의 입출력 파워 값[W] / 배터리의 정격 에너지량[Wh]

배터리 팩의 정격 용량이

예컨대, 배터리의 정격 에너지 량이 2000mAh인 경우, 1.5C의 CP-rate로 충전 시, 입출력 파워 값은 3000W이고, 충전 시간은 2/3시간(h)이 될 수 있다.

또한, 배터리의 정격 용량이 2000mAh인 경우, 0.5C의 CP-rate로 충전 시, 입출력 파워 값은 1000W이고, 충전 시간은 2시간(h)이 될 수 있다.

그리고, 배터리의 SOC(State Of Charge) 값을 추정하는 SOC 추정부(250)가 구비된다.

배터리의 SOC는 배터리의 잔존 용량 비율을 나타내는 값이다.

예컨대, 100Ah의 배터리를 70A로 1시간 사용하였다고 가정하면, 배터리에 남은 용량은 30Ah가 된다. 이 경우, 100Ah의 기준으로 배터리의 현재 SOC는 30%로 추정할 수 있다.

그리고, 특정 시점에서의 배터리 SOE값을 추정하는 SOE 추정부(400)가 구비된다.

SOE 추정부(400)는 SOC 추정부(250) 및 CP-rate 추정부(200)로 각각 SOC 값 및 CP-rate 값을 입력받는다.

SOE 추정부(400)는 데이터 저장부(300)를 포함한다. 데이터 저장부(300)에는 각각의CP-rate에 따른 SOC 값에 대응되는SOE(State Of Energy) 값을 나타낸 데이터 테이블이 저장되어 있다.

예컨대, 데이터 저장부(300)에 저장된 데이터 테이블은 현재 배터리의 SOC가 30%일 때, 1CP-rate의 SOE는 28%, 2CP-rate의 SOE는 26%, 3CP-rate의 SOE는 24%와 같이 각각의 CP-rate마다 SOE 값이 대응되어 있다.

상기 데이터 저장부(300)에 저장된 데이터 테이블을 이용하여 입력받은 SOC값 및 CP-rate에 해당되는 SOE값을 추정할 수 있다.

SOE 추정부(400)는 추정된 SOE 값을 통해 특정 시점에서 상기 배터리의 충전 가능한 에너지량 및 방전 가능한 에너지량을 예측할 수 있다.

예컨대, 1CP-rate에서 100Wh의 에너지에서 SOC값이 50인 상태라고 하면, 데이터 테이블 상에서 1CP -rate 및 SOC 값이 50에 대응되는 SOE 값을 추정한다. 그리고, 이때의 SOE 값이 48% 이라고 하면, 충전 가능한 에너지 량은 52Wh가 되고, 방전 가능한 에너지 량은 48Wh으로 예측할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 잔존 에너지 추정 방법을 도시한 순서도이다.

도 2를 참조하면, 배터리 입출력 측정부(도 1의 '100')을 통해 배터리의 입출력 전력을 측정한다(단계 S100).

배터리의 입출력 전력 값(배터리의 충방전 파워 값)은 배터리의 입출력 측정부에 포함된 배터리 전류 센서에서 배터리의 전류 값을 측정하고, 배터리의 전압 센서에서 배터리의 전압 값을 측정한다.

이후, 배터리 입출력 전류 값(Current;A) × 배터리 전압 값(Voltage;V)의 방식으로 계산하여 배터리의 입출력 전력 값 측정할 수 있다.

그 다음, 배터리의 SOC값을 추정하는 단계를 진행한다(단계 S110).

배터리의 SOC 값은 SOC 추정부(도 1의 '250')를 통해 얻을 수 있다.

SOC는 배터리의 잔존 용량 비율을 나타내는 값으로 100Ah의 배터리를 70A로 1시간 사용하였을 때 남은 용량은 30Ah가 된다. 100Ah의 기준으로 배터리의 현재 SOC는 30%로 추정할 수 있다.

다음으로, 해당 배터리의 CP-rate 정의하는 단계를 진행한다(단계 S120).

배터리의 CP-rate를 정의하는 단계는 단계 S100에서 측정된 배터리의 입출력 전력 값을 통해 정의할 수 있다.

CP-rate를 구하기 위한 식은 아래와 같다.

CP-rate = 현재의 입출력 전력 값[W] / 배터리의 정격 에너지량[Wh]

또한, 이동 평균(moving average) CP-rate는 일정 시간 동안의 CP-rate의 평균값을 나타낸 것으로, 예컨대, 5분 이동 평균 CP-rate는 최근 5분간의 CP-rate의 합 / 표본 개수로 구할 수 있다.

배터리의 입출력 전력 값에 대한 패턴이 불규칙적인 경우, 위와 같은 방법으로 구해진 이동 평균 CP-rate 값을 통하여 불규칙적인 입출력 전력 값 패턴에 대한 후속의 입출력 전력 값 패턴을 추정할 수 있다.

도 3은 실시간으로 측정된 CP-rate(real time CP-rate:A)과 이동 CP-rate(moving CP-rate:B)를 나타내는 그래프이다. 여기서, X축은 시간(time)을 나타내며 Y축은 CP-rate를 나타낸다.

도 3과 같은 그래프를 참조하여, 실시간으로 측정된 CP-rate의 변화에 따라 이동 CP-rate의 값을 예측할 수 있다.

그 다음, 특정 시점에서의SOE 값을 추정하는 단계를 진행한다(단계 S130.)

특정 시점에서의 SOE 값은 단계 S110에서 추정한 배터리의 SOC 값과 단계 S120에서 추정된 CP-rate를 통해 추정할 수 있다.

각각의 CP-rate 별로 SOC 값에 대응되는 SOE 값을 나타내는 데이터 테이블이 데이터 저장부(도 1의 '300')에 저장되어 있다.

예컨대, 데이터 테이블은 현재 배터리의 SOC가 30%일 때, 1CP-rate의 SOE는 28%, 2CP-rate의 SOE는 26%, 3CP-rate의 SOE는 24%와 같이 각각의 CP-rate마다 SOE 값이 대응되어 있다.

이러한 데이터 테이블을 통해 특정 시점에서의 SOC 값과 CP-rate에 대응되는 SOE값을 추정할 수 있다. 여기서, 데이터 테이블에 나타나지 않은 사이의 값들은 보간법(interpolation)을 통해 계산할 수 있다.

다음으로, 추정된SOE 값을 이용하여 충전 및 방전 가능한 에너지량을 계산하는 단계를 진행한다(단계 S140).

예컨대, 1CP-rate에서 100Wh의 에너지에서 SOC값이 50인 상태라고 하면, 데이터 테이블 상에서 1CP -rate 및 SOC 값이 50에 대응되는 SOE 값을 추정한다. 그리고, 이때의 SOE 값이 48% 이라고 하면, 충전 가능한 에너지 량은 52Wh가 되고, 방전 가능한 에너지 량은 48Wh이 된다고 예측할 수 있다.

상술한 바와 같이, 배터리의 CP-rate 및 SOC값를 계산하고, 해당 CP-rate 에서의 SOC 값에 대응되는 SOE 값을 추정할 수 있다. 실시간으로 CP-rate를 계산하여 배터리의 충전 가능한 에너지량과 방전 가능한 에너지량을 예측함으로써 배터리 잔존 에너지 추정이 가능하다.

이상의 설명은 본 출원의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 출원에 개시된 실시예들은 본 출원의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 출원의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 출원의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 입출력 전력 측정부
100a : 전류 센서
100b : 전압 센서
200 : CP-rate 추정부
250 : SOC 추정부
300 : 데이터 저장부
400 : SOE 추정부

Claims (13)

1. 배터리의 입출력 전력을 측정하는 입출력 전력 측정부;
   상기 배터리의 SOC(State Of Charge) 값을 추정하는 SOC 추정부;
   상기 배터리의 일정 시간 동안의 CP-rate의 평균값인 이동 평균 CP-rate를 추정하는 CP-rate 추정부; 및
   특정 시점에서의 상기 SOC 추정부 및 CP-rate 추정부에서 추정된 SOC값 및 이동 평균 CP-rate에 대응되는 SOE(State Of Enegy) 값을 추정하는 SOE 추정부
   를 포함하며,
   상기 CP-rate 추정부는 상기 입출력 전력 측정부에서 측정된 상기 배터리의 입출력 전력을 통해 이동 평균 CP-rate를 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리의 잔존 에너지 추정 시스템.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 입출력 전력 측정부는
   상기 배터리의 전류를 측정하는 전류 센서; 및
   상기 배터리의 전압을 측정하는 전압 센서
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 잔존 에너지 추정 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 입출력 전력 측정부는
   상기 전류 센서 및 전압 센서를 통해 측정된 전류 값 및 전압 값을 이용하여 상기 배터리의 입출력 전력 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리의 잔존 에너지 추정 시스템.
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 SOE 추정부는
   각각의 이동 평균 CP-rate에 따른 SOC 값에 대응되는 SOE 값을 나타낸 데이터 테이블이 저장된 데이터 저장부
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 잔존 에너지 추정 시스템.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 SOE 추정부는
   상기 데이터 저장부에 저장된 데이터 테이블에서 상기 SOC 추정부를 통해 얻어진 SOC 값과 상기 CP-rate 추정부를 통해 얻어진 이동 평균 CP-rate 값에 해당되는 값을 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리의 잔존 에너지 추정 시스템.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 SOE 추정부에서 추정된 SOE 값을 통해 특정 시점에서 상기 배터리의 충전 가능한 에너지량 및 방전 가능한 에너지량을 예측하는 것을 특징으로 하는 배터리의 잔존 에너지 추정 시스템.
9. 배터리의 SOC 값을 추정하는 단계;
   상기 배터리의 일정 시간 동안의 CP-rate의 평균값인 이동 평균 CP-rate를 정의하는 단계; 및
   특정 시점에서의 상기 이동 평균 CP-rate 및 SOC 값에 대응되는 SOE 값을 추정하는 단계
   를 포함하며,
   상기 이동 평균 CP-rate를 정의하는 단계는
   상기 배터리의 입출력 전력을 추정하는 단계; 및
   상기 배터리의 입출력 전력을 이용하여 상기 이동 평균 CP-rate값을 계산하는 단계
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 잔존 에너지 추정 방법.
10. 삭제
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 배터리의 입출력 전력을 추정하는 단계는
    상기 배터리의 입출력 전류 및 입출력 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 입출력 전류 및 입출력 전압 값을 통해 입출력 전력을 계산하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 잔존 에너지 추정 방법.
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 특정 시점에서의 SOE 값을 추정하는 단계는
    각각의 이동 평균 CP-rate에 따른 SOC 값에 대응되는 SOE 값을 나타낸 데이터 테이블에서 상기 이동 평균 CP-rate 및 SOC 값에 대응되는 SOE 값을 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리의 잔존 에너지 추정 방법.
13. 청구항 9에 있어서,
    상기 추정된 SOE 값을 이용하여 충전 및 방전 가능한 에너지량을 계산하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 잔존 에너지 추정 방법.

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