KR100713631B1 - 배터리의 잔존용량 산출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리의 잔존용량 산출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리를 사용함에 따라 배터리에 충전할 수 있는 최대 전류량이 감소하는 노화현상을 고려하여 배터리의 잔존용량을 보다 정확하게 산출하기 위한 것이다. 본 발명은 배터리의 잔존용량을 산출하는 방법에 있어서, 노화된 배터리의 최대용량을 배터리의 누적 방전량 또는 누적 충전량에 기초하여 계산하고, 노화된 배터리의 최대용량에 따라 잔존용량을 산출하는 단계를 포함하여 이루어진다

배터리, 잔존용량, 노화

Description

배터리의 잔존용량 산출방법{Capacity Calculation Method For Battery}

도 1은 스마트 배터리의 구성을 나타낸 도.

도 2는 배터리의 최대용량과 누적 방전량의 관계를 나타낸 관계선도.

도 3는 셀 용량비와 누적 방전율의 관계를 나타낸 관계선도.

도 4는 본 발명의 순서도.

본 발명은 배터리의 잔존용량 산출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리를 사용함에 따라 배터리에 충전할 수 있는 최대 전류량이 감소하는 노화현상을 고려하여 배터리의 잔존용량을 보다 정확하게 산출하기 위한 것이다.

휴대폰이나 캠코더와 같은 전자기기에 있어서는 잔존 통화시간 또는 잔존 촬영시간을 사용자에게 정확하게 통보할 필요가 있는데, 이러한 기능을 구비한 배터리를 스마트 배터리라고 한다.

스마트 배터리는 도 1과 같이 멀티플렉서, A/D컨버터, 메모리, 마이크로 프로세서 및 오실레이터 등을 구비하며, 이를 원칩(won chip)화 한 것이 퓨얼게이징 IC이다. 이러한 IC를 채용한 스마트 배터리는 배터리의 잔존용량에 따라 잔존 통화시간 또는 잔존 촬영시간 등을 계산하여 모니터 등을 통하여 기기에 통지하게 된다.

최근 석유자원의 고갈에 따른 대체에너지의 수요와 더불어 전기 에너지를 축적하여 사용할 수 있는 배터리의 수요는 상기한 바와 같은 전자기기 뿐만 아니라 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등 다양한 분야로 확산되고 있으며, 이러한 대용량 배터리의 경우에는 장착된 배터리 관리 시스템(Battery Management System)을 사용하면서 잔존용량의 예측이 보다 정확하게 이루어 질 것이 요구되고 있다.

따라서 배터리의 잔존용량을 전자기기나 자동차의 사용자에게 정확하게 통보 할 수 있는 스마트 배터리의 잔존용량 산출방법에 대하여 많은 연구가 활발히 진행되고 있다.

잔존용량을 보다 정밀하게 산출하기 위하여는 대한민국 특허 제395637호와 같은 방법이 개발된 바 있으나, 전류, 온도, 전압의 관계를 모두 테이블 형태의 자료로 저장하여 사용하기 때문에, 대용량의 메모리가 필요할 뿐 만 아니라, 테이블로부터 근접 데이터를 억세스하여 내삽법 또는 외삽법으로 잔존용량을 산출하게 되기 때문에 잔존용량의 정확한 예측이 어려운 단점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 온도와 전류, 전압 사이에 일정한 관계가 있음을 밝혀내고, 이러한 관계에 의해 잔존용량을 정밀하게 계산할 수 있는 방법을 특허출원 제2004-44072호을 통해 개시한 바 있다.

그러나 종래의 잔존용량 산출방법에서는 배터리의 노화를 배터리의 충방전 횟 수에 따라 고려하는 방법을 사용하고 있으나, 이러한 방법은 충방전 횟수가 잦아지면 배터리가 실제 노화되는 것 이상으로 노화가 빨리 진행되는 것으로 예측하거나 또는 만방전 부근까지 방전하지 않고 사용할 경우 충방전 횟수의 카운트가 이루어 지지 않아 실제 노화되는 것 보다 늦게 노화가 진행되는 것으로 예측하여예측하는 잘못된 결과를 가져오게 된다. 따라서 배터리의 실제 노화보다 더 노화 또는 덜 노화된 결과를 제시하게 되고, 이로 인해 불필요한 배터리의 교체 수요가 발생할 뿐 만 아니라, 제품의 신뢰도도 현격히 감소하게 되는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은,

배터리가 노화되어 용량이 감소된 배터리의 현재 최대 용량을 구하고, 이에 따라 배터리의 잔존용량을 정확하게 예측할 수 있는 잔존용량 계산방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 누적 방전량에 따른 배터리의 노화를 일정 형태의 관계식으로 정리함에 따라 관계테이블을 사용하는 경우보다 배터리의 메모리를 절약할 수 있도록 할 뿐 만 아니라, 관계 테이블에서 내삽법 또는 외삽법에 의해 발생하는 오차를 감소시킬 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배터리의 잔존용량을 산출하는 방법에 있어서, 노화된 배터리의 최대용량을 배터리의 누적 방전량 또는 누적 충전량에 기초하여 계산하고, 노화된 배터리의 최대용량에 따라 잔존용량을 산출하는 단계를 포함하여 이루어진다.

또한 본 발명의 노화된 배터리의 최대용량을 배터리의 누적 방전량에 기초하여 계산하고, 노화된 배터리의 최대용량에 따라 잔존용량을 산출하는 단계는,

배터리 또는 기기로 흐르는 전류와 시간을 측정하고 전류량을 계산하는 단계(단계 1)와;

전류의 흐름방향에 따라 충전인지 방전인지를 판단하는 단계(단계 2)와;

방전일 경우에는 누적 방전량에 상기 전류량을 더하고, 충전량에서 상기 전류량을 빼는 단계(단계 3)와;

충전일 경우에는 충전량에 상기 전류량을 더하는 단계(단계 4)와;

누적 방전량을 배터리의 초기 최대용량으로 나눈 누적 방전율을 계산하는 단계(단계 5)와;

단계 1에서 측정된 시간이 설정시간을 경과하였는지를 판단하는 단계(단계 6)와;

설정시간을 경과하였을 때 현재온도를 측정하는 단계(단계 7)와;

현재온도로부터 평균온도를 산출하는 단계(단계 8)와;

상기 평균온도에 따른 배터리의 용량감소율을 계산하는 단계(단계 9)와;

상기 용량감소율과 누적 방전량에 따라 셀 용량비를 구하는 단계(단계 10)와;

배터리의 초기용량과 셀 용량비에 따라 배터리의 현재 최대용량을 구하는 단계 (단계 11)와;

단계 3 또는 단계 4에서 구한 충전량을 배터리의 현재 최대용량으로 나누어 잔존용량을 구하는 단계(단계 12)로 이루어진다.

이하 본 발명을 그 실시예에 따라 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 2에는 누적 방전량과 배터리의 최대용량간의 관계를 나타낸 것으로, 누적 방전량이 증가함에 따라 최대용량이 감소하는 것을 보여준다. 또한 누적 방전량이 80만mAh에 달했을 때의 최대용량은 초기의 최대용량에 비해 약 22%정도까지 감소하게 됨을 알 수 있다.

배터리의 사양에 따라 초기의 최대용량이 다르기 때문에 이를 감안하기 위하여, 누적 방전량을 배터리의 초기 최대용량으로 나눈 누적 방전율을 계산하여 사용한다.

누적 방전율에 따른 배터리의 셀 용량비의 관계는 도 3과 같이 나타나게 되는데, 온도에 따라 그 기울기는 차이가 있으나, 누적 방전율이 증가할수록 셀 용량비가 감소하게 됨을 알 수 있다.

여기서 셀 용량비는 배터리의 초기 최대용량에 대한 배터리의 현재 최대용량의 비를 의미하는 것이다.

도 3에 표시된 관계선도는 아래 식(1)과 같이 정의 될 수 있다.

셀 용량비 = A*누적 방전율 +100 -----(1)

도 3에 표시된 관계선도의 기울기(A)를 용량감소율이라 정의하는데, 이러한 용 량감소율은 사용중의 평균 온도와 밀접한 관계를 가지게 되며, 이러한 관계는 실험을 통하여 다양한 형태의 식으로 정의될 수 있다.

본 실시예에서는 용량감소율과 평균온도의 관계를 아래 식(2)와 같이 선형적으로 정의하여 사용하였지만, 실험결과에 따라 다양한 형태의 관계식이 사용될 수 있다.

용량감소율 = B * 온도 + C -----(2)

상기한 바와 같은 관계 및 현상을 기초로 하여, 배터리의 누적 방전량에 따른 노화현상을 잔존용량 계산시 감안하고, 이에 따라 배터리의 잔존용량을 정확하게 예측할 수 있는 잔존용량 계산방법은 도 4에 도시된 바와 같다. 이를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 배터리 또는 기기로 흐르는 전류와 시간을 측정하고, 전류량을 계산하게 되는데(단계 1), 이때 시간은 오실레이터에서 발생하는 파장의 사이클 수에 기초하여 측정할 수 도 있고, 배터리 내에 시계 기능이 구비된 경우에 그 기능을 사용할 수도 있을 것이다. 또한 설정된 측정시간 동안 측정된 전류를 통해 전류량을 계산하게 된다. 전류량의 계산방법은 설정된 측정 주기 동안 연속하여 전류를 측정하거나, 또는 측정주기 마다 일회씩 측정하여 그 평균값을 측정주기에 곱하는 형태를 채택할 수 있다.

전류의 흐름방향에 따라 배터리로 전류가 흐르는 충전상태인지, 기기로 전류가 흐르는 방전상태인지를 판단하게 된다.(단계 2)

충전상태인 경우에는 배터리로 흐르는 전류량을 충전량에 더해주게 된다.(단계 3)

방전상태인 경우에는 기기로 흐르는 전류량을 충전량에서 빼고, 누적 방전량에 전류량을 더한다.(단계 4)

다음으로 누적 방전량을 배터리의 초기 최대용량을 나눈 값인 누적 방전율을 구한 뒤(단계 5), 단계 1에서 측정한 시간이 설정시간을 경과하였는지를 판단한다.(단계 6)

단계 6은 설정시간을 경과할 때마다 온도에 따른 보정을 행하기 위한 것으로, 배터리 제조시 배터리의 사용용도에 따라 0.5일, 1일 등 임의로 설정할 수 있는 것이다.

설정시간이 경과된 경우에는 현재온도를 측정하고, 측정된 현재온도를 평균온도로 계산하기 위하여 카운트를 증가시키고(단계 7), 이에 따라 평균온도를 계산하게 된다.(단계 8)

식(2)의 관계식에 따라 평균온도에 따른 용량감소율을 계산하고(단계 9), 셀 용량비를 식(1)에 따라 계산한다.(단계 10)

단계 10에서 구한 셀 용량비에 배터리의 초기 최대용량을 곱한 값을 100으로 나누게 되면 배터리의 현재 최대용량이 구해지게 되며(단계 11), 충전량에 배터리의 현재 최대용량을 나누고 백분율로 나타내기 위해 100을 곱하게 되면 잔존용량을 구할 수 있게 된다.(단계 12)

또한 상기 실시예에서는 방전시의 누적 방전량에 기초하여 잔존용량을 계산하였는데, 이를 충전시의 누적 충전량으로 대체하여도 무방하다.

즉, 상기 실시예에서의 누적 방전량은 충전시의 누적 충전량으로 대체하고, , 누적 충전율은 누적 충전량을 배터리의 초기 최대용량으로 나눈 값으로 하는 것도 가능하다.

이 경우, 상기 단계 2 이후의 단계는 다음과 같이 구성된다.

충전상태인 경우에는 배터리로 흐르는 전류량을 충전량에 더해주거, 누적 충전량에 전류량을 더한다.(단계 3)

방전상태인 경우에는 기기로 흐르는 전류량을 충전량에서 빼게 된다. (단계 4)

다음으로 누적 충전량을 배터리의 초기 최대용량을 나눈 값인 누적 충전율을 구한 뒤(단계 5), 단계 1에서 측정한 시간이 설정시간을 경과하였는지를 판단한다.(단계 6)

단계 6은 설정시간을 경과할 때마다 온도에 따른 보정을 행하기 위한 것으로, 배터리 제조시 배터리의 사용용도에 따라 0.5일, 1일 등 임의로 설정할 수 있는 것이다.

설정시간이 경과된 경우에는 현재온도를 측정하고, 측정된 현재온도를 평균온도로 계산하기 위하여 카운트를 증가시키고(단계 7), 이에 따라 평균온도를 계산하게 된다.(단계 8)

식(2)의 관계식에 따라 평균온도에 따른 용량감소율을 계산하고(단계 9), 셀 용량비를 식(3)에 따라 계산한다.(단계 10)

셀 용량비 = A*누적 충전율 +100 -----(3)

단계 10에서 구한 셀 용량비에 배터리의 초기 최대용량을 곱한 값을 100으로 나누게 되면 배터리의 현재 최대용량이 구해지게 되며(단계 11), 충전량에 배터리의 현재 최대용량을 나누고 백분율로 나타내기 위해 100을 곱하게 되면 잔존용량을 구할 수 있게 된다.(단계 12)

상기와 같은 단계에서 누전방전량, 누적 충전량, 배터리의 초기 최대용량, 평균온도, 충전량, 설정시간 및 필요한 관계식의 계수 등은 배터리의 메모리에 기억되어 필요시 업데이트하거나 계산에 활용하게 된다.

상기와 같은 구성을 구비한 본 발명에 의하면, 배터리의 노화 현상을 잔존용량 계산시 반영하기 때문에, 보다 정확한 잔존용량의 계산이 가능하다. 또한 잔존용량을 계산하기 위한 대용량의 메모리를 구비할 필요가 없으며, 관계식에 따라 보다 정확한 잔존용량의 계산이 가능한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 노화된 배터리의 최대용량을 배터리의 누적 방전량에 기초하여 계산하고, 노화된 배터리의 최대용량에 따라 잔존용량을 산출하는 단계를 포함하는 배터리의 잔존용량 산출방법에 있어서,

   노화된 배터리의 최대용량을 배터리의 누적 방전량에 기초하여 계산하고, 노화된 배터리의 최대용량에 따라 잔존용량을 산출하는 상기 단계는,

   배터리 또는 기기로 흐르는 전류와 시간을 측정하고, 전류량을 계산하는 단계(단계 1)와;

   전류의 흐름방향에 따라 충전인지 방전인지를 판단하는 단계(단계 2)와;

   방전일 경우에는 누적 방전량에 상기 전류량을 더하고, 충전량에서 상기 전류량을 빼는 단계(단계 3)와;

   충전일 경우에는 충전량에 상기 전류량을 더하는 단계(단계 4)와;

   누적 방전량을 배터리의 초기 최대용량으로 나눈 누적 방전율을 계산하는 단계(단계 5)와;

   단계 1에서 측정된 시간이 설정시간을 경과하였는지를 판단하는 단계(단계 6)와;

   설정시간을 경과하였을 때 현재온도를 측정하는 단계(단계 7)와;

   현재온도로부터 평균온도를 산출하는 단계(단계 8)와;

   상기 평균온도에 따른 배터리의 용량감소율을 계산하는 단계(단계 9)와;

   상기 용량감소율과 누적 방전량에 따라 셀 용량비를 구하는 단계(단계 10)와;

   배터리의 초기용량과 셀 용량비에 따라 배터리의 현재 최대용량을 구하는 단계(단계 11)와;

   단계 3 또는 단계 4에서 구한 충전량을 배터리의 현재 최대용량으로 나누어 잔존용량을 구하는 단계(단계 12)로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리의 잔존용량 산출방법.
3. 노화된 배터리의 최대용량을 배터리의 누적 충전량에 기초하여 계산하고, 노화된 배터리의 최대용량에 따라 잔존용량을 산출하는 단계를 포함하는 배터리의 잔존용량 산출방법에 있어서,

   노화된 배터리의 최대용량을 배터리의 누적 충전량에 기초하여 계산하고, 노화된 배터리의 최대용량에 따라 잔존용량을 산출하는 상기 단계는,

   배터리 또는 기기로 흐르는 전류와 시간을 측정하고, 전류량을 계산하는 단계(단계 1)와;

   전류의 흐름방향에 따라 충전인지 방전인지를 판단하는 단계(단계 2)와;

   방전일 경우에는 충전량에서 상기 전류량을 빼는 단계(단계 3)와;

   충전일 경우에는 누적 충전량에 상기 전류량을 더하고, 충전량에 상기 전류량을 더하는 단계(단계 4)와;

   누적 충전량을 배터리의 초기 최대용량으로 나눈 누적 충전율을 계산하는 단계(단계 5)와;

   단계 1에서 측정된 시간이 설정시간을 경과하였는지를 판단하는 단계(단계 6)와;

   설정시간을 경과하였을 때 현재온도를 측정하는 단계(단계 7)와;

   현재온도로부터 평균온도를 산출하는 단계(단계 8)와;

   상기 평균온도에 따른 배터리의 용량감소율을 계산하는 단계(단계 9)와;

   상기 용량감소율과 누적 충전량에 따라 셀 용량비를 구하는 단계(단계 10)와;

   배터리의 초기용량과 셀 용량비에 따라 배터리의 현재 최대용량을 구하는 단계(단계 11)와;

   단계 3 또는 단계 4에서 구한 충전량을 배터리의 현재 최대용량으로 나누어 잔존용량을 구하는 단계(단계 12)로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리의 잔존용량 산출방법.

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