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KR20130064308A - 차량의 고전압배터리 열화 판정 방법 - Google Patents

차량의 고전압배터리 열화 판정 방법 Download PDF

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KR20130064308A
KR20130064308A KR1020110130852A KR20110130852A KR20130064308A KR 20130064308 A KR20130064308 A KR 20130064308A KR 1020110130852 A KR1020110130852 A KR 1020110130852A KR 20110130852 A KR20110130852 A KR 20110130852A KR 20130064308 A KR20130064308 A KR 20130064308A
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박상목
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Abstract

본 발명은 EV/PHEV 등에 탑재된 고전압배터리의 열화를 보다 정확하게 예측하여, 실질적인 SOC의 정확도를 향상시키고 차량의 안정된 운행상태를 확보할 수 있도록 하는 차량의 고전압배터리 열화 판정 방법을 제공한다.

Description

차량의 고전압배터리 열화 판정 방법{DEGRADATION ESTIMATION METHOD FOR HIGH VOLTAGE BATTERY OF VEHICLE}
본 발명은 전기자동차나 플러그인 하이브리드 전기 차량 등에 탑재된 고전압배터리의 열화를 판정하는 방법에 관한 기술이다.
전기자동차(EV: ELECTRIC VEHICLE)나 플러그인 하이브리드 전기 차량(PHEV: PLUG-IN HYBRID ELCTRIC VEHICLE) 등에는 차량의 구동력으로 제공할 전기에너지를 저장하기 위해 고전압배터리가 탑재되어 있으며, 고전압배터리의 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 출력 저하 등의 현상이 나타나게 되며, 이를 제대로 검출하지 못하면 원인을 알 수 없는 상태의 고객 불만이 제기 될 수 있다.
그러나, 현재 개발 된 EV/PHEV에서는 배터리 열화를 정확하게 예측 할 수 있는 방안이 없는 실정이다.
상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 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 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, EV/PHEV 등에 탑재된 고전압배터리의 열화를 보다 정확하게 예측하여, 실질적인 SOC의 정확도를 향상시키고 차량의 안정된 운행상태를 확보할 수 있도록 하는 차량의 고전압배터리 열화 판정 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 고전압배터리 열화 판정 방법은
고전압배터리의 열화도에 따른 완속 충전중의 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율 관계를 구하는 베이스맵구축단계와;
상기 고전압배터리와 동일한 사양의 고전압배터리를 탑재한 차량에서, 완속 충전중 고전압배터리의 충전용량과 전압을 취득하는 데이터취득단계와;
상기 차량에서 취득된 충전용량과 전압으로부터 상기 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을 산출하는 변화율산출단계와;
상기 변화율산출단계에서 산출된 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량 변화율을 상기 베이스맵구축단계의 열화도에 따른 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율에 비교하여, 해당 열화도를 판단하는 열화도판단단계;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 차량의 고전압배터리 열화 판정 방법은
차량에 탑재된 고전압배터리의 완속 충전중 일정한 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을 구하여, 이를 동일한 사양의 고전압배터리의 열화도에 따른 완속 충전중의 일정한 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율로 이루어진 데이터에 비교하여, 해당 열화도를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 차량의 고전압배터리 열화 판정 방법은
차량에 탑재된 고전압배터리의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 제1단계와;
상기 측정된 고전압배터리의 온도와 전류가 소정의 열화도 판정 조건에 만족하는지 판단하는 제2단계와;
상기 제2단계에서 열화도 판정 조건에 만족하면, 상기 고전압배터리의 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을 구하는 제3단계와;
상기 제3단계에서 산출된 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을, 상기 고전압배터리와 동일한 사양의 고전압배터리들에 대하여 각각의 열화도에 따라 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을 측정하여 구축된 데이터에 비교하여, 상기 차량에 탑재된 고전압배터리의 열화도를 구하는 제4단계;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 EV/PHEV 등에 탑재된 고전압배터리의 열화를 보다 정확하게 예측하여, 실질적인 SOC의 정확도를 향상시키고 차량의 안정된 운행상태를 확보할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 고전압배터리 열화 판정 방법을 정리한 블록도,
도 2는
도 1을 참조하면, 본 발명 차량의 고전압배터리 열화 판정 방법은, 고전압배터리의 열화도에 따른 완속 충전중의 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율 관계를 구하는 베이스맵구축단계(S10)와; 상기 고전압배터리와 동일한 사양의 고전압배터리를 탑재한 차량에서, 완속 충전중 고전압배터리의 충전용량과 전압을 취득하는 데이터취득단계(S20)와; 상기 차량에서 취득된 충전용량과 전압으로부터 상기 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을 산출하는 변화율산출단계(S30)와; 상기 변화율산출단계(S30)에서 산출된 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량 변화율을 상기 베이스맵구축단계(S10)의 열화도에 따른 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율에 비교하여, 해당 열화도를 판단하는 열화도판단단계(S40)를 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명은 차량에 탑재된 고전압배터리의 완속 충전중 일정한 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을 구하여, 이를 동일한 사양의 고전압배터리의 열화도에 따른 완속 충전중의 일정한 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율로 이루어진 데이터인 상기 베이스맵에 비교하여, 해당 열화도를 판단하도록 하는 것이다.
도 2를 참조하면, 고전압배터리가 열화된 정도에 따라, 완속 충전시에 전압 변화에 대한 충전용량의 변화가 그래프로 도시되어 있다.
도 2의 세개의 곡선은 처음 사용하는 것과 8% 열화된 것 및 15% 열화된 고전압배터리의 전압에 대한 충전용량의 그래프로서, 3.7V~4V 사이의 전압 변화에 대하여, 충전용량의 변화율이 각각 다르게 나타남을 알 수 있는 바, 본 발명은 이와 같은 특성을 이용한 것이다.
즉, 상기 “소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율”이란, 3.7V~4V의 소정량의 전압 변화에 대하여 각 고전압배터리의 열화도에 따라 다르게 나타나는 충전용량의 변화율을 의미하는 것이다.
본 발명은 상기 베이스맵구축단계(S10)에서 각각 다른 상태로 열화된 고전압배터리에 대하여 완속 충전을 수행하면서, 상기와 같이 특정하게 정한 소정량의 전압 변화에 대하여 해당 고전압배터리의 충전용량의 변화율을 구하여 이를 맵으로 저장하여 두는 바, 예컨대 다음의 표 1과 같은 상태의 테이블이 될 것이다.
열화도 초기 10% 20% 30% 40% 50%
충전용량변화율 A% B% C% D% E% F%
여기서, A>B>C>D>E>F임.
상기 베이스맵구축단계(S10)의 열화도에 따른 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율 관계는, 각각의 열화가 진행된 고전압배터리의 완속 충전 시험을 통하여 충전용량과 전압을 취득하고, 이 충전용량과 전압으로부터 산출하여 구한다.
상기 데이터취득단계(S20)에서 측정 대상 차량의 고전압배터리의 충전용량은 상기 고전압배터리에 충전되는 충전 전류량을 적산하여 구하거나, 상기 고전압배터리에 대하여 연산되는 SOC량을 충전용량으로 환산하여 구하는 방법이 사용될 수 있다.
이와 같이 측정 대상 차량의 고전압배터리의 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을 상기와 같이 베이스맵구축단계(S10)에서 구축된 데이터에 비교하면, 해당되는 열화도를 산출할 수 있는 것이다.
상기 베이스맵구축단계(S10) 및 상기 데이터취득단계(S20)는 일정한 온도 범위와 전류 범위의 조건하에서 수행되고, 상기 고전압배터리의 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율은 고전압배터리의 열화도에 관계없이 SOC에 대한 전압 특성이 일정한 전압영역에서 구해지도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 고전압배터리의 온도가 너무 높거나 낮은 경우 그 전압 특성이 크게 변하여 정확성이 떨어지며, 전류가 너무 낮은 경우에도 이와 유사한 특성이 나타나므로 이와 같은 부정확성을 배제하기 위한 것으로, 상기 온도 범위와 전류 범위는 정확한 전압 특성을 얻을 수 있는 범위로 실험 등을 통해 적절히 선정될 수 있을 것이다.
한편, 상기 고전압배터리의 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을 고전압배터리의 열화도에 관계없이 SOC에 대한 전압 특성이 일정한 전압영역에서 구해지도록 하는 것은, 도 3을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
즉, 도 3은 각각 열화도가 다른 고전압배터리에 대하여, SOC에 대한 전압의 변화를 도시한 그래프로서, SOC가 25%~35% 정도에서는 고전압배터리의 열화도에 무관하게 거의 동일한 전압특성을 나타내는 바, 이 구간에 해당하는 전압 범위인 약 3.8V~3.9V의 일정한 전압영역에서 상기 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을 구하면, SOC의 영향을 배제한 보다 정확한 열화도 비교가 가능해진다는 것이다.
참고로, 도 4는 본 발명을 차량에 적용한 경우의 실시예를 예시하고 있는 바, 본 발명 실시예는 차량에 탑재된 고전압배터리의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 제1단계(S101)와; 상기 측정된 고전압배터리의 온도와 전류가 소정의 열화도 판정 조건에 만족하는지 판단하는 제2단계(S102)와; 상기 제2단계(S102)에서 열화도 판정 조건에 만족하면, 상기 고전압배터리의 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을 구하는 제3단계(S103)와; 상기 제3단계(S103)에서 산출된 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을, 상기 고전압배터리와 동일한 사양의 고전압배터리들에 대하여 각각의 열화도에 따라 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을 측정하여 구축된 데이터에 비교하여, 상기 차량에 탑재된 고전압배터리의 열화도를 구하는 제4단계(S104)를 포함하여 구성된다.
즉, 본 실시예의 제3단계(S103)는 상기 데이터취득단계(S20) 및 변화율산출단계(S30)에 해당하고, 상기 제4단계(S104)는 열화도판단단계(S40)에 상당하는 것이다.
물론, 상기 제3단계(S103) 및 제4단계(S104)에서 상기 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율은, 고전압배터리의 열화도에 무관하게 SOC에 대한 전압의 변화 특성이 동일한 전압 범위에서 구해지도록 한다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
S10; 베이스맵구축단계
S20; 데이터취득단계
S30; 변화율산출단계
S40; 열화도판단단계
S101; 제1단계
S102; 제2단계
S103; 제3단계
S104; 제4단계

Claims (8)

  1. 고전압배터리의 열화도에 따른 완속 충전중의 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율 관계를 구하는 베이스맵구축단계(S10)와;
    상기 고전압배터리와 동일한 사양의 고전압배터리를 탑재한 차량에서, 완속 충전중 고전압배터리의 충전용량과 전압을 취득하는 데이터취득단계(S20)와;
    상기 차량에서 취득된 충전용량과 전압으로부터 상기 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을 산출하는 변화율산출단계(S30)와;
    상기 변화율산출단계(S30)에서 산출된 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량 변화율을 상기 베이스맵구축단계(S10)의 열화도에 따른 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율에 비교하여, 해당 열화도를 판단하는 열화도판단단계(S40);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 열화 판정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스맵구축단계(S10)의 열화도에 따른 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율 관계는, 각각의 열화가 진행된 고전압배터리의 완속 충전 시험을 통하여 충전용량과 전압을 취득하고, 이 충전용량과 전압으로부터 산출하여 구하는 것
    을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 열화 판정 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 데이터취득단계(S20)에서 차량의 고전압배터리의 충전용량은 상기 고전압배터리에 충전되는 충전전류량을 적산하여 구하는 것
    을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 열화 판정 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 데이터취득단계(S20)에서 차량의 고전압배터리의 충전용량은 상기 고전압배터리에 대하여 연산되는 SOC량을 충전용량으로 환산하여 구하는 것
    을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 열화 판정 방법.
  5. 청구항 1 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스맵구축단계(S10) 및 상기 데이터취득단계(S20)는 일정한 온도 범위와 전류 범위의 조건하에서 수행되고;
    상기 고전압배터리의 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율은 고전압배터리의 열화도에 관계없이 SOC에 대한 전압 특성이 일정한 전압영역에서 구해지는 것
    을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 열화 판정 방법.
  6. 차량에 탑재된 고전압배터리의 완속 충전중 일정한 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을 구하여, 이를 동일한 사양의 고전압배터리의 열화도에 따른 완속 충전중의 일정한 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율로 이루어진 데이터에 비교하여, 해당 열화도를 판단하는 것;
    을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 열화 판정 방법.
  7. 차량에 탑재된 고전압배터리의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 제1단계(S101)와;
    상기 측정된 고전압배터리의 온도와 전류가 소정의 열화도 판정 조건에 만족하는지 판단하는 제2단계(S102)와;
    상기 제2단계(S102)에서 열화도 판정 조건에 만족하면, 상기 고전압배터리의 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을 구하는 제3단계(S103)와;
    상기 제3단계(S103)에서 산출된 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을, 상기 고전압배터리와 동일한 사양의 고전압배터리들에 대하여 각각의 열화도에 따라 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율을 측정하여 구축된 데이터에 비교하여, 상기 차량에 탑재된 고전압배터리의 열화도를 구하는 제4단계(S104);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 열화 판정 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제3단계(S103) 및 제4단계(S104)에서 상기 소정량의 전압 변화에 대한 충전용량의 변화율은, 고전압배터리의 열화도에 무관하게 SOC에 대한 전압의 변화 특성이 동일한 전압 범위에서 구해지는 것
    을 특징으로 하는 차량의 고전압배터리 열화 판정 방법.
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