KR20200027437A - 배터리 셀에 관련된 정확한 옴 저항값 결정 시스템 - Google Patents

배터리 셀에 관련된 정확한 옴 저항값 결정 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 배터리 셀에 관련된 정확한 옴 저항값을 결정하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 마이크로프로세서와 메모리 장치를 포함한다. 메모리 장치는 SOC값, 온도값, 전류값 및 옴 저항값을 각각 가지는 제1 레코드, 제2 레코드, 제3 레코드, 제4 레코드, 제5 레코드, 제6 레코드, 제7 레코드 및 제8 레코드를 포함하는 3차원 보간 테이블을 갖는다. 마이크로프로세서는 제1 SOC값, 제1 온도값, 제1 전류값 및 상기 레코드들 각각의 SOC값, 온도값 및 전류값에 기반하여 3차원 보간 연산을 수행하여, 배터리 셀에 관련된 정확한 옴 저항값을 결정한다.

Description

배터리 셀에 관련된 정확한 옴 저항값 결정 시스템{SYSTEM FOR DETERMINING AN ACCURATE OHMIC RESISTANCE VALUE ASSOCIATED WITH A BATTERY CELL}
본 출원은 2018년 9월 4일자로 출원된 미국 특허 출원번호 16/120,667에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 셀에 관련된 정확한 옴 저항값 결정 시스템으로, 구체적으로, 배터리 셀에 관련된 옴 저항값을 정확하게 결정하기 위한 시스템에 관한 것이다.
본 출원인은 배터리 셀에 관련된 정확한 옴 저항값 결정을 위한 향상된 시스템에 대한 필요성을 인지하였다. 흐르는 전류에 대한 배터리 셀의 전기적 응답을 나타내는데 이용되는 배터리 셀의 등가 회로 모델의 주요 요소 중 하나는 DC 옴 저항값(R0)이다(도 2에 도시됨). 옴의 법칙(Ohm's Law)에 따르면, 옴 저항값(R0)을 통한 전압 강하는 옴 저항값(R0)에 의해 증가되는 배터리 셀을 흐르는 전류의 함수이다. 이러한 전압 강하 및 관련된 전력(i2R) 손실은, 배터리 셀의 의도된 어플리케이션에서 사용할 수 없는 전력이다. 배터리 셀의 초기 수명 단계(Beginning of life)에서, 옴 저항값(R0)은 최소값이다. 하지만, 캘린더 에이지(Calendar age) 및 전류 스루풋(throughput) 때문에, 배터리 셀의 퇴화는 결과적으로 옴 저항값(R0)을 증가시킨다. 그러므로, 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)의 중요 임무 중 하나는 지속적으로 옴 저항값(R0)의 증가값을 모니터링 및 추정하는 것이다. 이는 전력 전달에 대한 BMS의 능력에 주된 영향을 미치기 때문이다.
다른 시스템은 배터리 셀의 옴 저항과 관련된 옴 저항값이 배터리 셀을 통해 흐르는 전류의 양에 의존한다는 것을 인식하지 못한다. 본 발명의 시스템은, 충전 상태(State of charge, SOC)값, 온도값, 전류값, 및 옴 저항값을 갖는 3차원 보간 테이블(3-D interpolation table)을 이용함으로써, 보다 정확하게 옴 저항값을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀에 관련된 정확한 옴 저항값 결정 시스템은, 3차원 보간 테이블을 이용하여, 보다 정확하게 결정된 옴 저항값을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 예시적인 일 실시예에 따른 배터리 셀에 관련된 정확한 옴 저항값 결정 시스템이 제공된다.
상기 시스템은 배터리 셀을 통해 흐르는 전류의 전류 진폭을 나타내는 전류 신호를 생성하는 전류 센서를 포함한다.
상기 시스템은 상기 배터리 셀의 전압 레벨을 나타내는 전압 신호를 생성하는 전압 센서를 더 포함한다.
상기 시스템은 상기 배터리 셀의 온도 레벨을 나타내는 온도 신호를 생성하는 온도 센서를 더 포함한다.
상기 시스템은 상기 전류 신호에 기반한 제1 전류값, 상기 전압 신호에 기반한 제1 전압값, 상기 온도 신호에 기반한 제1 온도값, 및 배터리 셀 용량값, 상기 제1 전압값 및 상기 제1 온도값에 기반한 제1 SOC값을 결정하는 마이크로프로세서를 더 포함한다.
상기 시스템은 3차원 보간 테이블이 저장된 메모리 장치를 더 포함한다.
상기 3차원 보간 테이블은 적어도 제1 레코드, 제2 레코드, 제3 레코드, 제4 레코드, 제5 레코드, 제6 레코드, 제7 레코드 및 제8 레코드를 갖으며, 제1 레코드, 제2 레코드, 제3 레코드, 제4 레코드, 제5 레코드, 제6 레코드, 제7 레코드 및 제8 레코드 각각은, 각각의 SOC값, 각각의 온도값, 각각의 전류값 및 각각의 옴 저항값을 갖는다.
상기 마이크로프로세서는 제1 SOC값, 제1 온도값, 제1 전류값, 및 3차원 보간 테이블에 저장된 제1 레코드, 제2 레코드, 제3 레코드, 제4 레코드, 제5 레코드, 제6 레코드, 제7 레코드 및 제8 레코드 각각의 SOC값, 온도값 및 전류값에 기반하여 3차원 보간 연산을 수행하여, 배터리 셀에 관련된 정확한 옴 저항값을 결정한다.
본 발명에 따르면, 3차원 보간 연산에 기반하여, 배터리 셀의 옴 저항값이 보다 정확하게 결정될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 셀에 관련된 정확한 옴 저항값 결정 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 시스템에서 이용된 배터리 셀에 관련된 배터리 셀 등가 회로 모델의 예시를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 시스템에서 이용된 배터리 셀에 관련된 전압 곡선 그래프로서, 제1 및 제2 방전 곡선 부분, 이완 곡선(relaxation curve) 부분, 및 제1 및 제2 충전 곡선 부분을 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 시스템에서 이용되는 3차원 보간 테이블을 도시한 도면이다.
도 5는 제1 SOC값에서 전류값에 대한 옴 저항값의 제1 곡선 및 제2 SOC값에서 전류값에 대한 옴 저항값의 제2 곡선을 포함하는 실험적으로 결정된 그래프를 도시한 도면이다.
도 6은 제1 전류값에서 SOC값에 대한 옴 저항값의 제1 곡선 및 제2 전류값에서 SOC값에 대한 옴 저항값의 제2 곡선을 포함하는 실험적으로 결정된 그래프를 도시한 도면이다.
도 7은 제1 전류값에서 온도값에 대한 옴 저항값의 제1 곡선 및 제2 전류값에서 온도값에 대한 옴 저항값의 제2 곡선을 포함하는 실험적으로 결정된 그래프를 도시한 도면이다.
도 8은 제1 전압값에서 전류값에 대한 옴 저항값의 제1 곡선 및 제2 온도값에서 전류값에 대한 옴 저항값의 제2 곡선을 포함하는 실험적으로 결정된 그래프를 도시한 도면이다.
도 9는 제1 온도값에서 SOC값에 대한 옴 저항값의 제1 곡선 및 제2 온도값에서 SOC값에 대한 옴 저항값의 제2 곡선을 포함하는 실험적으로 결정된 그래프를 도시한 도면이다.
도 10은 제1 SOC값에서 온도값에 대한 옴 저항값의 제1 곡선 및 제2 SOC값에서 온도값에 대한 옴 저항값의 제2 곡선을 포함하는 실험적으로 결정된 그래프를 도시한 도면이다.
도 11은 SOC값, 온도값, 전류값, 및 옴 저항값과 관련된 각각의 좌표점을 갖는 3차원 좌표 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 SOC값이 45%으로 제한될 때, 도 11의 3차원 좌표 시스템에 포함된 4개의 좌표점을 나타내는 테이블을 도시한 도면이다.
도 13은 SOC값이 45%로 제한되고, 온도값이 5℃로 제한될 때, 도 11의 3차원 보간 시스템에 포함된 2개의 좌표점을 나타내는 테이블을 도시한 도면이다.
도 14는 SOC값이 45%로 제한되고, 온도값이 5℃로 제한되며, 전류값이 37.5A로 제한될 때, 도 11의 3차원 좌표 시스템에 포함된 하나의 좌표점을 나타내는 테이블을 도시한 도면이다.
도 15는 도 1의 시스템에서 사용하는 배터리 셀에 관련된 정확한 옴 저항값을 결정하기 위한 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
본 명세서 및 청구범위에 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 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 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.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 셀에 관련된 정확한 옴 저항값 결정 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀에 관련된 정확한 옴 저항값 결정 시스템(10)이 제공된다. 상기 시스템(10)은 배터리 셀(30), 전류 센서(32), 부하(Electrical load, 34), 전압 센서(36), 온도 센서(38), 충방전 회로(40), 마이크로프로세서(42), 및 외부 컴퓨터(43)를 포함할 수 있다. 상기 시스템(10)의 장점은, 상기 시스템(10)이 충전 상태값, 온도값, 전류값, 및 옴 저항값을 포함하는 3차원 보간 테이블(200)(도 4에 도시됨)을 이용함으로써, 정확한 옴 저항 값을 결정할 수 있다는 것이다.
여기서, SOC로 지칭되는 "충전 상태" 라는 용어는 배터리 셀의 연료계(fuel gauge)와 동등할 수 있다. SOC의 단위는 퍼센트이다(0% = 빈 상태; 100% = 가득 찬 상태)
"배터리 셀 용량" 이라는 용어는 배터리에 의해 저장된 전하량의 측정치(일반적으로는, 암페어시(Amp-hours))이고, 배터리에 포함된 활물질의 양에 의해 결정될 수 있다. 상기 배터리 셀 용량은 특정 조건에서 상기 배터리로부터 추출될 수 있는 에너지의 최대량을 나타낸다.
"정확한" 이라는 용어는 실제 값의 ±10% 오차 범위를 의미한다.
도 2는 도 1의 시스템에서 이용된 배터리 셀에 관련된 배터리 셀 등가 회로 모델의 예시를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 배터리 셀(30)은 양극 단자(+) 및 음극 단자(-)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 배터리 셀(30)은 파우치 타입의 리튬 이온 배터리 셀일 수 있다. 물론, 다른 실시예에서, 다른 타입의 배터리 셀이 이용될 수도 있다. 상기 배터리 셀(30)은 전압원(70), 저항들(80, 81, 82 및 83), 커패시터들(91, 92 및 93) 및 전기 노드들(100, 102, 104 및 106)을 포함하는 배터리 셀 등가 회로 모델(60)을 이용하여 수학적으로 모델링될 수 있다.
저항(80)은 전압원(70)과 전기 노드(100) 사이에 연결될 수 있다. 저항(81) 및 커패시터(91)는 전기 노드들(100 및 102) 사이에서, 서로 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 저항(82) 및 커패시터(92)는 전기 노드들(102 및 104) 사이에서, 서로 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 저항(83) 및 커패시터(93)는 전기 노드들(104 및 106) 사이에서, 서로 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 전기 노드(106)는 전압원(70)에 더 연결될 수 있다.
저항(80)은 배터리 셀(30)의 초기 옴 저항값에 대응되는 저항값(R0)을 가질 수 있다. 저항(81)은 배터리 셀(30)의 제1 시간-변화 저항값에 대응되는 저항값(R1)을 가질 수 있다. 저항(82)은 배터리 셀(30)의 제2 시간-변화 저항값에 대응되는 저항값(R2)을 가질 수 있다. 저항(83)은 배터리 셀(30)의 제3 시간-변화 저항값에 대응되는 저항값(R3)을 가질 수 있다. 커패시터(91)는 배터리 셀(30)의 제1 시간-변화 커패시턴스(정전용량)에 대응되는 커패시턴스값(C1)을 가질 수 있다. 커패시터(92)는 배터리 셀(30)의 제2 시간-변화 커패시턴스에 대응되는 커패시턴스값(C2)을 가질 수 있다. 커패시터(93)는 배터리 셀(30)의 제3 시간-변화 커패시턴스에 대응되는 커패시턴스값(C3)을 가질 수 있다. 배터리 셀 등가 회로 모델(60)의 총 정상 상태 저항값은 R0+R1+R2+R3이다.
도 3은 도 1의 시스템에서 이용된 배터리 셀에 관련된 전압 곡선 그래프로서, 제1 및 제2 방전 곡선 부분, 이완 곡선(relaxation curve) 부분, 및 제1 및 제2 충전 곡선 부분을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 배터리 셀(30)에 연관된 전압 곡선(150)을 나타내는 그래프(140)의 간략한 설명이 제공될 수 있다. 전압 곡선(150)은 방전 곡선 부분(160), 방전 곡선 부분(162), 완화 곡선 부분(164), 충전 곡선 부분(166) 및 충전 곡선 부분(168)을 포함할 수 있다. T1 시점에서, 배터리 셀(30)이 방전될 때, 방전 곡선 부분(160)은 배터리 셀(30)의 저항(80)에 걸린 전압 강하를 나타낸다. T1 시점에서 T2 시점까지, 배터리 셀(30)이 계속 방전됨에 따라, 커패시터들(91, 92 및 93) 각각의 커패시턴스(C1, C2 및 C3)와 저항들(81, 82 및 83) 각각의 저항값(R1, R2 및 R3)은 방전 곡선 부분(162)의 형상에 영향을 줄 수 있다. T2 시점에서, 배터리 셀(30)은 포화 상태(Saturation state)이고, 커패시터들(91, 92 및 93)은 개방 동작 상태(Open operational state)이며, 배터리 셀(30)은 저항값들(R0, R1, R2 및 R3)의 합에 대응되는 내부 저항값을 갖는다. T2 시점에서 T3 시점까지, 배터리 셀(30)은 더 이상 방전되지 않으며, 완화 곡선 부분(164)은 배터리 셀(30)의 전압이 거의 순간적으로 증가한 후 점진적으로 증가하는 것을 나타낸다. T3 시점에서, 외부 충전 전압이 배터리 셀(30)에 인가되고, 충전 곡선 부분(166)은 배터리 셀(30)의 저항(80)에 걸린 전압 이득을 나타낸다. T3 시점에서 T4 시점까지, 배터리 셀(30)은 충전되고, 커패시터들(91, 92 및 93) 각각의 커패시턴스값(C1, C2 및 C3)과 저항들(81, 82 및 83) 각각의 저항값(R1, R2 및 R3)은 충전 곡선 부분(168)의 형상에 영향을 미칠 수 있다.
도 1을 참조하면, 전류 센서(32)는 배터리 셀(30)의 양극 단자와 부하(34) 사이에서, 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 전류 센서(32)는 마이크로프로세서(42)에 의해 수신되고, 배터리 셀(30)을 통과하여 흐르는 전류 레벨을 가리키는 전류값을 갖는 신호를 생성할 수 있다.
부하(34)는 전류 센서(32)와 배터리 셀(30)의 음극 단자 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 부하(34)는 전기 모터의 작동(예컨대, 속도, 토크 등)이 외부 컴퓨터(43)에 의해 제어되는 전기 모터일 수 있다.
전압 센서(36)는 부하(34)와 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 전압 센서(36)는 마이크로프로세서(42)에 의해 수신되고, 배터리 셀(30)에 걸린 전압을 나타내는 전압값을 가진 신호를 생성할 수 있다.
온도 센서(38)는 배터리 셀(30)에 근접하게 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 온도 센서(38)는 배터리 셀(30)의 외부 표면 상에 배치될 수 있다. 온도 센서(38)는 마이크로프로세서(42)에 의해 수신되고, 배터리 셀(30)의 온도 레벨을 가리키는 셀 전압값을 가진 신호를 생성할 수 있다.
충방전 회로(40)는 마이크로프로세서(42)로부터의 제어 신호에 응답하여, 배터리 셀(30)을 전기적으로 충전시키기 위해 배터리 셀(30)에게 충전 전류를 인가하도록 마련될 수 있다. 추가적으로, 충방전 회로(40)는 마이크로프로세서(42)로부터의 다른 제어 신호에 응답하여, 배터리 셀(30)을 방전시키도록 마련될 수 있다. 충방전 회로(40)는 배터리 셀(30)의 양극 단자 및 배터리 셀(30)의 음극 단자 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
마이크로프로세서(42)는 전류 센서(32), 전압 센서(36) 및 온도 센서(38)에 전기적으로 연결될 수 있다. 마이크로프로세서(42)는 통신 버스를 통해서 외부 컴퓨터(43)와 동작 가능하게 통신할 수 있다. 마이크로프로세서(42)는 후술하는 방법의 적어도 한 부분을 수행하기 위한 데이터, 테이블들 및 소프트웨어 명령어들을 저장하기 위한 메모리 장치(Memory device, 130)를 포함할 수 있다.
도 4는 도 1의 시스템에서 이용되는 3차원 보간 테이블을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하여, 도 1의 시스템에 의해 이용되는 3차원 보간 테이블(200)의 일 예시가 설명될 수 있다. 3차원 보간 테이블(200)은 레코드들(202, 204, 206, 208, 210, 212, 214 및 216)을 포함할 수 있다.
레코드(202)는 35%의 SOC값, 0℃의 온도값, 25A의 전류값, 및 14.06 mΩ의 옴 저항값을 포함한다.
레코드(204)는 35%의 SOC값, 0℃의 온도값, 50A의 전류값, 및 13.46 mΩ의 옴 저항값을 포함한다.
레코드(206)는 35%의 SOC값, 10℃의 온도값, 25A의 전류값, 및 7.59 mΩ의 옴 저항값을 포함한다.
레코드(208)는 35%의 SOC값, 10℃의 온도값, 50A의 전류값, 및 7.5 mΩ의 옴 저항값을 포함한다.
레코드(210)는 55%의 SOC값, 0℃의 온도값, 25A의 전류값, 및 13.32 mΩ의 옴 저항값을 포함한다.
레코드(212)는 55%의 SOC값, 0℃의 온도값, 50A의 전류값, 및 12.86 mΩ의 옴 저항값을 포함한다.
레코드(214)는 55%의 SOC값, 10℃의 온도값, 25A의 전류값, 및 7.61 mΩ의 옴 저항값을 포함한다.
레코드(216)는 55%의 SOC값, 10℃의 온도값, 50A의 전류값, 및 7.42 mΩ의 옴 저항값을 포함한다.
3차원 보간 테이블(200)의 값들은 경험적으로 결정될 수 있다. 특히, 3차원 보간 테이블(200)의 값들은 배터리 셀 등가 회로 모델(60)의 저항(80)에 관련된 옴 저항값 곡선을 결정하기 위하여, 상기 값들 중 어느 하나(SOC값, 온도값 및 전류값 중 하나)를 일정하게 유지시킨 후, 시간에 따라 다른 값들 중 어느 하나를 변경시킴으로써 경험적으로 결정될 수 있다.
도 5 내지 도 10을 참조하여, 3차원 보간 테이블(200)의 값들을 결정하기 위하여 이용된 경험적으로 결정된 곡선들을 포함하는 몇몇 그래프들에 대해 설명한다.
도 5는 제1 SOC값에서 전류값에 대한 옴 저항값의 제1 곡선 및 제2 SOC값에서 전류값에 대한 옴 저항값의 제2 곡선을 포함하는 실험적으로 결정된 그래프를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 SOC값에서의 전류값들에 대한 옴 저항값들의 제1 곡선(302)과 제2 SOC값에서의 전류값들에 대한 옴 저항값들의 제2 곡선(304)이 포함된 경험적으로 결정된 그래프(300)가 도시되었다. 좌표점(306)은 테이블(200)의 레코드들(202 및 204)의 값들에 대응된다. 그리고, 좌표점(308)은 테이블(200)의 레코드들(210 및 212)의 값들에 대응된다.
도 6은 제1 전류값에서 SOC값에 대한 옴 저항값의 제1 곡선 및 제2 전류값에서 SOC값에 대한 옴 저항값의 제2 곡선을 포함하는 실험적으로 결정된 그래프를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 제1 전류값에서의 SOC값들에 대한 옴 저항값들의 제1 곡선(352)과 제2 전류값에서의 SOC값들에 대한 옴 저항값들의 제2 곡선(304)이 포함된 경험적으로 결정된 그래프(350)가 도시되었다. 좌표점(356)은 테이블(200)의 레코드(204)의 값들에 대응된다. 그리고, 좌표점(358)은 테이블(200)의 레코드(212)의 값들에 대응된다.
도 7은 제1 전류값에서 온도값에 대한 옴 저항값의 제1 곡선 및 제2 전류값에서 온도값에 대한 옴 저항값의 제2 곡선을 포함하는 실험적으로 결정된 그래프를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 제1 전류값에서의 온도값들에 대한 옴 저항값들의 제1 곡선(402)과 제2 전류값에서의 온도값들에 대한 옴 저항값들의 제2 곡선(404)이 포함된 경험적으로 결정된 그래프(400)가 도시되었다. 좌표점(406)은 테이블(200)의 레코드(214)의 값들에 대응된다. 그리고, 좌표점(408)은 테이블(200)의 레코드(216)의 값들에 대응된다.
도 8은 제1 전압값에서 전류값에 대한 옴 저항값의 제1 곡선 및 제2 온도값에서 전류값에 대한 옴 저항값의 제2 곡선을 포함하는 실험적으로 결정된 그래프를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 제1 온도값에서의 전류값들에 대한 옴 저항값들의 제1 곡선(452)과 제2 온도값에서의 전류값들에 대한 옴 저항값들의 제2 곡선(454)이 포함된 경험적으로 결정된 그래프(450)가 도시되었다. 좌표점(456)은 테이블(200)의 레코드(210)의 값들에 대응된다. 그리고, 좌표점(458)은 테이블(200)의 레코드(212)의 값들에 대응된다.
도 9는 제1 온도값에서 SOC값에 대한 옴 저항값의 제1 곡선 및 제2 온도값에서 SOC값에 대한 옴 저항값의 제2 곡선을 포함하는 실험적으로 결정된 그래프를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 제1 온도값에서의 SOC값들에 대한 옴 저항값들의 제1 곡선(502)과 제2 온도값에서의 SOC값들에 대한 옴 저항값들의 제2 곡선(504)이 포함된 경험적으로 결정된 그래프(500)가 도시되었다. 좌표점(506)은 테이블(200)의 레코드(208)의 값들에 대응된다.
도 10은 제1 SOC값에서 온도값에 대한 옴 저항값의 제1 곡선 및 제2 SOC값에서 온도값에 대한 옴 저항값의 제2 곡선을 포함하는 실험적으로 결정된 그래프를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 제1 SOC값에서의 온도값들에 대한 옴 저항값들의 제1 곡선(552)과 제2 SOC값에서의 온도값들에 대한 옴 저항값들의 제2 곡선(554)이 포함된 경험적으로 결정된 그래프(550)가 도시되었다. 좌표점(556)은 테이블(200)의 레코드(206)에 대응된다.
배터리 셀(30)에 관련된 정확한 옴 저항값을 결정하기 위해 이용되는 3차원 보간 방정식의 일반적인 내용이 제공된다.
3차원 보간 방정식(3-D interpolation equation)은 다음의 특징을 갖는다.
알려진 값들은 x, y, z, x0, y0, z0, x1, y1, z1 및 다음의 위치에서의 값들이다.
f000 = f(x0, y0, z0); f100 = f(x1, y0, z0); ?; f111 = f(x1, y1, z1);
rx = (x-x0) / (x1-x0); 이고,
ry = (y-y0) / (y1-y0); 이며,
rz = (z-z0) / (z1-z0); 으로 설정된다.
그러면, f(x, y, z) = f000(1-rx)(1-ry)(1-rz) + f100rx(1-ry)(1-rz) + f010(1-rx)ry(1-rz) + f001(1-rx)(1-ry)rz + f101rx(1-ry)rz + f011(1-rx)ryrz + f110rxry(1-rz) + f111rxryrz 이다.
특히, 변수들 x, y, z는 도 11에 도시된 3차원 좌표 시스템(600)의 특정 위치에서 연관된 SOC값, 온도값 및 전류값에 각각 대응될 수 있다. 여기서, 도 11은 SOC값, 온도값, 전류값, 및 옴 저항값과 관련된 각각의 좌표점을 갖는 3차원 좌표 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
“f(x, y, z)”라는 용어는 특정 SOC값, 온도값 및 전류값에서의 옴 저항 값(R0)에 대응될 수 있다.
도 11을 참조하면, 각각의 좌표점이 연관된 SOC값, 온도값, 전류값 및 옴 저항값을 갖는 3차원 좌표 시스템(600)의 개략도가 도시되었다. 3차원 좌표 시스템(600) 및 연관된 좌표점들은, 위에서 논의된 3차원 보간 방정식이 8개의 점들 사이를 보간함으로써 정확한 옴 저항값을 결정하는 방법에 대한 그래프적 이해를 주기 위하여, 아래에서 자세하게 설명된다. 3차원 좌표 시스템(600)은 3차원 좌표 시스템(600) 내의 3차원 공간을 정의하고, 테이블(200)의 레코드들(202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216)에 각각에 대응되는 좌표점들(602, 604, 606, 608, 610, 612, 614, 616)을 포함한다.
도 12는 SOC값이 45%으로 제한될 때, 도 11의 3차원 좌표 시스템에 포함된 4개의 좌표점들을 나타내는 테이블을 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 테이블(200)으로부터 도출된 테이블(700)은 도 11의 3차원 좌표 시스템(600)에 포함된 4개의 좌표점들을 가리키며, 상기 좌표점 각각은 SOC값이 45%로 제한될 때, 연관된 SOC값, 온도값, 전류값 및 옴 저항값을 갖는다. 특히, 테이블(700)은 레코드들(702, 704, 706, 708)을 갖는다. 레코드(702)는 좌표점(622)에 대응되고, 레코드(704)는 좌표점(624)에 대응된다. 그리고, 레코드(706)는 좌표점(626)에 대응되고, 레코드(708)는 좌표점(628)에 대응된다. 상기 좌표점들(622, 624, 626, 628)은 평면을 정의한다.
도 13은 SOC값이 45%로 제한되고, 온도값이 5℃로 제한될 때, 도 11의 3차원 보간 시스템에 포함된 2개의 좌표점들을 나타내는 테이블을 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 테이블(200)으로부터 도출된 테이블(720)은, SOC값이 45%로 제한되고, 온도값이 5℃로 제한될 때, 도 11의 3차원 좌표 시스템(600)에 포함된 2개의 좌표점들을 가리킨다. 특히, 테이블(720)은 레코드들(722, 724)을 포함한다. 레코드(722)는 좌표점(632)에 대응되고, 레코드(724)는 좌표점(634)에 대응된다. 상기 좌표점들(632, 634)은 그들 사이의 선분을 정의한다.
도 14는 SOC값이 45%로 제한되고, 온도값이 5℃로 제한되며, 전류값이 37.5A로 제한될 때, 도 11의 3차원 좌표 시스템에 포함된 하나의 좌표점을 나타내는 테이블을 도시한 도면이다.
도 14를 참조하면, 테이블(200)으로부터 도출된 테이블(730)은, SOC값이 45%로 제한되고, 온도값이 5℃로 제한되며, 전류값이 37.5A로 제한될 때, 도 11의 3차원 좌표 시스템(600)에 포함된 하나의 좌표점을 가리킨다. 특히, 테이블(730)은 좌표점(642)에 대응되고, SOC값이 45%이고, 온도값이 5℃이고, 전류값이 37.5A일 때의 옴 저항값 10.57 mΩ을 가리키는 레코드(732)를 포함한다.
도 15는 도 1의 시스템에서 사용하는 배터리 셀에 관련된 정확한 옴 저항값을 결정하기 위한 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 15를 참조하여, 배터리 셀(30)에 연관된 정확한 옴 저항값 결정 방법의 순서도(800)가 설명된다.
단계 802에서, 전류 센서(32)는 배터리 셀(30)을 통해 흐르는 전류의 전류 진폭을 나타내는 전류 신호를 생성한다.
단계 804에서, 전압 센서(36)는 배터리 셀(30)의 전압 레벨을 나타내는 전압 신호를 생성한다.
단계 806에서, 온도 센서(38)는 배터리 셀(30)의 온도 레벨을 나타내는 온도 신호를 생성한다.
단계 808에서, 마이크로프로세서(42)는 상기 전류 신호에 기반한 제1 전류값, 상기 전압 신호에 기반한 제1 전압값, 및 상기 온도 신호에 기반한 제1 온도값을 결정한다.
단계 810에서, 마이크로프로세서(42)는 배터리 셀 용량값, 제1 전압값, 및 제1 온도값에 기반하여 제1 SOC값을 결정한다. 일 실시예에서, 제1 SOC값은 메모리 장치(130)에 저장된 룩업 테이블을 이용하여 결정될 수 있고, 여기서, 상기 룩업 테이블에 포함된 각각의 레코드는 배터리 셀 용량값, 전압값, 온도값 및 SOC값을 갖는다.
단계 812에서, 마이크로프로세서(42)는 3차원 보간 테이블(200)을 저장한 메모리 장치(130)에 접근한다. 상기 3차원 보간 테이블(200)은 적어도 제1 레코드(202), 제2 레코드(204), 제3 레코드(206), 제4 레코드(208), 제5 레코드(210), 제6 레코드(212), 제7 레코드(214) 및 제8 레코드(216)를 갖는다. 제1 레코드(202), 제2 레코드(204), 제3 레코드(206), 제4 레코드(208), 제5 레코드(210), 제6 레코드(212), 제7 레코드(214) 및 제8 레코드(216)는 각각의 SOC값, 각각의 온도값, 각각의 전류값, 및 각각의 옴 저항값을 갖는다.
단계 814에서, 마이크로프로세서(42)는 제1 SOC값, 제1 온도값, 및 제1 전류값과 3차원 보간 테이블(200)에 포함된 제1 레코드(202), 제2 레코드(204), 제3 레코드(206), 제4 레코드(208), 제5 레코드(210), 제6 레코드(212), 제7 레코드(214) 및 제8 레코드(216) 각각의 SOC값, 온도값 및 전류값에 기반하여 3차원 보간 연산을 수행하여, 배터리 셀(30)에 관련된 정확한 옴 저항값을 결정한다. 일 실시예에서, 3차원 좌표 시스템(600) 내의 좌표점(642)은 상기 정확한 옴 저항값에 대응된다.
단계 816에서, 마이크로프로세서(42)는 메모리 장치(130)에 상기 정확한 옴 저항값을 저장한다.
상술한 방법은 상기 방법을 실시하기 위한 컴퓨터 실행가능 명령어들을 갖는 하나 이상의 메모리 장치 또는 컴퓨터 판독가능 매체의 형태로 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 상기 메모리 장치는 하드 드라이브, 램 메모리, 플래시 메모리, 및 통상의 기술자에게 알려진 다른 컴퓨터 판독가능 매체 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 여기서, 컴퓨터 실행가능 명령어들이 하나 이상의 마이크로프로세서에 의해 로드되어 실행될 때, 상기 하나 이상의 마이크로프로세서는 상기 방법의 관련 단계를 실행하도록 프로그램된 장치가 된다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
본 명세서에 기재된 시스템은 다른 시스템에 비해 실질적인 이점을 제공한다. 특히, 상기 시스템은 SOC값, 온도값, 전류값 및 옴 저항값을 가진 3차원 보간 테이블을 이용함으로써, 정확한 옴 저항값을 결정할 수 있다.
청구된 발명은 제한된 수의 실시예와 관련하게 상세하게 설명되었지만, 이러한 개시된 실시예들에 의해 본 발명이 제한되지 않는다. 오히려, 청구된 발명은 지금까지 설명되지는 않았지만, 본 발명의 사상 및 범위에 상응하는 다양한 변형, 변경, 대체 또는 동등한 배치를 통합하도록 변형될 수 있다. 즉, 이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
추가적으로, 청구된 발명의 다양한 실시예가 설명되었지만, 본 발명의 양태는 설명된 실시예들 중 일부만을 포함할 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 청구된 발명은 전술한 설명에 의해 제한되는 것으로 보지 않아야 한다. 즉, 이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
10: 시스템
30: 배터리 셀
32: 전류 센서
34: 부하
36: 전압 센서
38: 온도 센서
40: 충방전 회로
42: 마이크로프로세서
43: 외부 컴퓨터
130: 메모리 장치

Claims (14)

  1. 배터리 셀에 관련된 정확한 옴 저항값을 결정하는 시스템에 있어서,
    상기 배터리 셀을 통해 흐르는 전류의 전류 진폭을 나타내는 전류 신호를 생성하는 전류 센서;
    상기 배터리 셀의 전압 레벨을 나타내는 전압 신호를 생성하는 전압 센서;
    상기 배터리 셀의 온도 레벨을 나타내는 온도 신호를 생성하는 온도 센서;
    적어도 제1 레코드, 제2 레코드, 제3 레코드, 제4 레코드, 제5 레코드, 제6 레코드, 제7 레코드 및 제8 레코드가 저장된 3차원 보간 테이블을 구비하며, 상기 제1 레코드, 제2 레코드, 제3 레코드, 제4 레코드, 제5 레코드, 제6 레코드, 제7 레코드 및 제8 레코드 각각은 SOC값, 온도값, 전류값 및 옴 저항값을 가진 메모리 장치; 및
    상기 전류 신호에 기반한 제1 전류값, 상기 전압 신호에 기반한 제1 전압값, 상기 온도 신호에 기반한 제1 온도값을 결정하고, 배터리 셀 용량값, 상기 제1 전압값 및 상기 제1 온도값에 기반한 제1 SOC값을 결정하며, 상기 제1 SOC값, 상기 제1 온도값, 상기 제1 전류값 및 상기 3차원 보간 테이블에 저장된 상기 제1 레코드, 제2 레코드, 제3 레코드, 제4 레코드, 제5 레코드, 제6 레코드, 제7 레코드 및 제8 레코드 각각의 SOC값, 온도값 및 전류값에 기반하여 3차원 보간 연산을 수행하여 상기 배터리 셀에 관련된 정확한 옴 저항을 결정하는 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는,
    상기 메모리 장치에 상기 정확한 옴 저항값을 저장하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레코드의 SOC값은,
    상기 제2 레코드의 SOC값과 상이한 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레코드의 SOC값은,
    35% 내지 55% 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레코드의 온도값은,
    상기 제2 레코드의 온도값과 상이한 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레코드의 온도값은,
    0℃ 내지 10℃ 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레코드의 전류값은,
    상기 제2 레코드의 전류값과 상이한 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레코드의 전류값은,
    25A 내지 50A 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 온도 센서는,
    상기 배터리 셀의 외부 표면에 배치된 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전압 센서는,
    상기 배터리 셀과 전기적으로 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전류 센서는,
    상기 배터리 셀 및 부하 사이에서, 전기적으로 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 3차원 보간 테이블에 저장된 제1 레코드, 제2 레코드, 제3 레코드, 제4 레코드, 제5 레코드, 제6 레코드, 제7 레코드 및 제8 레코드는,
    각각 3차원 좌표 시스템에서의 제1 좌표점, 제2 좌표점, 제3 좌표점, 제4 좌표점, 제5 좌표점, 제6 좌표점, 제7 좌표점 및 제8 좌표점을 정의하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 정확한 옴 저항값은,
    상기 3차원 좌표 시스템 내의 제9 좌표점에 대응되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제9 좌표점은,
    상기 3차원 좌표 시스템의 내에서, 상기 제1 좌표점, 제2 좌표점, 제3 좌표점, 제4 좌표점, 제5 좌표점, 제6 좌표점, 제7 좌표점 및 제8 좌표점에 의해 정의된 3차원 공간에 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
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