KR100669470B1

KR100669470B1 - 배터리의 ｓｏｏ 보정 방법 및 이를 이용한 배터리 관리시스템

Info

Publication number: KR100669470B1
Application number: KR1020050127718A
Authority: KR
Inventors: 임계종; 윤한석; 서세욱
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-01-16
Also published as: US20070145948A1; CN1988242A; EP1801606A2; EP1801606B1; CN1988242B; JP2007171205A; US7679329B2; EP1801606A3

Abstract

배터리 관리 시스템의 배터리 SOC를 보정하는 방법은 a), b), c) 및 d) 단계를 포함한다. a)단계는 제1 SOC를 검출하고, 제1 SOC에 대응하는 제1 OCV를 산출한다. b)단계는 배터리의 팩전류 및 팩전압을 측정하고 내부저항을 이용하여 제2 OCV를 계산하고, 제2 OCV에 대응하는 제2 SOC를 산출한다. c)단계는 제1 SOC의 범위는 적어도 두개의 구간을 포함하고, 제1 OCV와 제2 OCV를 비교하여 제1 OCV가 제2 OCV에 비해 제1 기준값보다 더 큰 경우, 적어도 두개의 구간에 각각 대응하는 적어도 두개의 제1 보정치 중 제1 SOC에 대응하는 제1 보정치를 이용하여 제1 OCV 값을 보정한다. 그리고 d)단계는 제1 OCV와 제2 OCV를 비교하여 제1 OCV가 제2 OCV에 비해 제2 기준값보다 더 작은 경우, 적어도 두 개의 구간에 각각 대응하는 적어도 두개의 제2 보정치 중 제1 SOC에 대응하는 제2 보정치를 이용하여 제1 OCV값을 보정한다.

SOC, 배터리, BMS, 하이브리드 자동차, 전기 자동차

Description

배터리의 ＳＯＯ 보정 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 시스템{METHOD OF COMPENSATING SOC FOR BATTERY AND BATTERY MANAGEMENT SYSTEM USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기를 이용하는 자동차 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 BMS의 MCU를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OCV와 적산 SOC의 대응관계를 보여주는 그래프이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 적산 SOC의 보정 방법을 보여주는 순서도이다.

본 발명은 배터리 관리 시스템(Battery Management System)에 관한 것으로, 특히, 전기 에너지를 이용하는 자동차에 사용될 수 있는 배터리의 SOC 보정 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.

가솔린이나 중유를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기 오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기 자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.

전기 자동차는 배터리(battery)에서 출력되는 전기에너지에 의해 동작하는 배터리 엔진을 이용하는 자동차이다. 이러한 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.

한편, 하이브리드 자동차라 함은 내연 엔진을 이용하는 자동차와 전기 자동차의 중간 단계의 자동차로서, 두 가지 이상의 동력원, 예컨대 내연 엔진 및 배터리 엔진을 사용하는 자동차이다. 현재에는, 내연 엔진과 수소와 산소를 연속적으로 공급하면서 화학반응을 일으켜 직접 전기 에너지를 얻는 연료 전지를 이용하거나, 배터리와 연료 전지를 이용하는 등 혼합된 형태의 하이브리드 자동차가 개발되고 있다.

이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 성능이 뛰어나야 할 뿐만 아니라 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 수 있는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)이 절실히 요구되는 실정이다.

특히, 배터리의 충전 상태(state of charge : 이하 'SOC'라 함.)를 검출하기 위해 전류 적산을 이용하는 경우 누적 오차가 발생한다. 누적 오차가 발생한 SOC는 배터리 관리 시스템의 신뢰성을 저하하고, 이로 인해 자동차 운행에 있어서 심각한 문제가 발생한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 정확한 배터리의 SOC를 산출할 수 있는 SOC 보정 방법 및 배터리 관리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 특징에 따른 배터리 관리 시스템의 SOC 보정 방법에 있어서, a)제1 SOC를 검출하고, 상기 제1 SOC에 대응하는 제1 OCV를 산출하는 단계 b)상기 배터리의 팩전류 및 팩전압을 측정하고 내부저항을 이용하여 제2 OCV를 계산하고, 상기 제2 OCV에 대응하는 제2 SOC를 산출하는 단계 c)상기 제1 SOC의 범위는 적어도 두개의 구간을 포함하고, 상기 제1 OCV와 제2 OCV를 비교하여 상기 제1 OCV가 제2 OCV에 비해 제1 기준값보다 더 큰 경우, 상기 적어도 두개의 구간에 각각 대응하는 적어도 두개의 제1 보정치 중 상기 제1 SOC에 대응하는 제1 보정치를 이용하여 상기 제1 OCV 값을 보정하는 단계 그리고 d)상기 제1 OCV와 제2 OCV를 비교하여 상기 제1 OCV가 제2 OCV에 비해 제2 기준값보다 더 작은 경우, 상기 적어도 두 개의 구간에 각각 대응하는 적어도 두개의 제2 보정치 중 상기 제1 SOC에 대응하는 제2 보정치를 이용하여 상기 제1 OCV값을 보정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되는 배터리에 연결되는 배터리 관리 시스템에 있어서, 배터리의 팩전류를 이용하여 추정 SOC를 산출하는 추정 SOC 산출부 상기 추정 SOC에 대응하는 OCV에 관한 데이터를 저장한 데이터 베이스 상기 배터리의 팩전류 및 팩전압을 측정하고 내부저항을 이용하여 기준 OCV를 계산하고, 상기 데이터 베이스를 이용하여 상기 기준 OCV에 대응하는 기준 SOC를 산출하는 기준 SOC 산출부 그리고 상기 데이터 베이스를 이용하여 상기 추정 SOC에 대응하는 OCV를 검출하고, 상기 기준 OCV와 상기 검출된 OCV의 차를 이용하여 보정 여부를 판단하고, 상기 추정 SOC가 속하는 구간에 따라 보정치를 달리하여 상기 추정 SOC를 보정하는 SOC 보정부를 포한한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 자동차의 ECU(engine controller unit)로 배터리의 SOC를 출력하는 배터리 관리 시스템에 있어서, 상기 배터리의 팩전류, 팩전압 및 내부 저항을 측정하는 센싱부 상기 센싱부로부터 전달받은 상기 팩전류, 팩전압 및 내부 저항을 이용하여 상기 SOC를 판단하고, 배터리의 충방전을 제어하는 MCU(main control unit)를 포함하고, 상기 MCU는, 상기 배터리의 팩전류를 이용하여 추정 SOC를 산출하는 추정 SOC 산출부 상기 배터리의 팩전류 및 팩전압을 측정하고 내부저항을 이용하여 기준 OCV를 계산하고, 상기 기준 OCV에 대응하는 기준 SOC를 산출하는 기준 SOC 산출부 그리고 상기 추정 SOC에 대응하는 OCV를 검출하고, 상기 기준 OCV와 상기 검출된 OCV의 차를 이용하여 보정 여부를 판단하고, 상기 추정 SOC가 속하는 구간에 따라 보정치를 달리하여 상기 추정 SOC를 보정하는 SOC 보정부를 포함한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기 에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 관리 시스템을 사용하는 자동차 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 자동차 시스템은, BMS(1), 배터리(2), 전류센서(3), 냉각팬(4), 퓨즈(5), 메인 스위치(6), ECU(engine controller unit, 7), 인버터(8) 및 모터제너레이터(9)를 포함한다.

먼저, 배터리(2)는 복수의 전지 셀이 서로 직렬로 연결된 복수의 서브팩(2a ~ 2h), 출력단자(2_OUT1), 출력단자(2_OUT2) 및 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 마련되는 안전스위치(2_SW)를 포함한다. 여기서 서브팩(2a ~ 2h)은 예시적으로 8개로 표시되고 서브팩은 복수의 전지 셀을 하나의 그룹으로 표시한 것에 불과한 것이고, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 안전 스위치(2_SW)는 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 마련되는 스위치로서 배터리를 교체하거나 배터리에 대한 작업을 수행할 때 작업자의 안전을 위하여 수동적으로 온 오프할 수 있는 스위치이다. 본 제1 실시예에서는 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 안전 스위치(2_SW)를 포함하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 출력단자(2_OUT1) 및 출력단자(2_OUT2)는 인버터(8)에 연결된다.

전류센서(3)는 배터리(2)의 출력전류 량을 측정하여 BMS(1)의 센싱부(10)로 출력한다. 구체적으로 전류센서(3)는 홀(Hall) 소자를 이용하여 전류를 측정하고 측정된 전류에 대응되는 아날로그 전류 신호로 출력하는 Hall CT(Hall current transformer)일 수 있다.

냉각팬(4)은 BMS(1)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)의 충방전에 의해 발생할 수 있는 열을 냉각하여 온도 상승으로 인한 배터리(2)의 열화 및 충방전 효율의 저하를 방지한다.

퓨즈(5)는 배터리(2)의 단선 또는 단락에 의해 과전류가 배터리(2)에 전달되는 것을 방지한다. 즉 과전류가 발생하면 퓨즈(5)는 단선되어 과전류가 배터리(2)에 전달되는 것을 차단한다.

메인 스위치(6)는 과전압, 과전류, 고온 등 이상 현상이 발생하면 BMS(1) 또는 자동차의 ECU(7)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)를 온오프 한다.

BMS(1)는 센싱부(10), MCU(Main control unit, 20), 내부전원 공급부(30), 셀밸런싱부(40), 저장부(50), 통신부(60), 보호회로부(70), 파워온 리셋부(80) 및 외부인터페이스(90)를 포함한다.

센싱부(10)는 배터리 전체 팩전류, 배터리 전체 팩전압, 각 전지 셀전압, 셀온도 및 주변온도를 측정하여 MCU(20)에 전달한다.

MCU(20)는 센싱부(10)로부터 전달받은 배터리 전체 팩전류, 배터리 전체 팩전압, 각 전지 셀전압, 셀온도 및 주변온도에 기초하여 배터리(2)의 충전상태(state of charging, 이하 SOC), 건강상태(state of health, 이하 SOH) 등을 추정하여 배터리(2)의 상태를 알려주는 정보를 생성한다. 또한, MCU(20)는 배터리의 OCV(open circuit voltage)를 이용하여 SOC의 구간에 따라 보정을 수행하고, 보다 정확한 SOC를 산출한다.

내부전원 공급부(30)는 일반적으로 보조 배터리를 이용하여 BMS(1)에 전원을 공급하는 장치이다. 셀밸런싱부(40)는 각 셀의 충전상태의 균형을 맞춘다. 즉, 충전상태가 비교적 높은 셀은 방전시키고 충전상태가 비교적 낮은 셀은 충전시킬 수 있다. 저장부(50)는 BMS(1)의 전원이 오프될 때, 현재의 SOC, SOH 등의 데이터들을 저장한다. 여기서 저장부(50)는 전기적으로 쓰고 지울 수 있는 비휘발성 저장장치로서 EEPROM일 수 있다. 통신부(60)는 자동차의 ECU(7)와 통신을 수행한다. 보호회로부(70)는 펌웨어(firm ware)를 이용하여 외부의 충격, 과전류, 저전압 등으로부터 배터리(2)를 보호하기 위한 회로이다. 파워온 리셋부(80)는 BMS(1)의 전원이 켜지면 전체 시스템을 리셋한다. 외부 인터페이스(90)는 냉각팬(4), 메인 스위치(6) 등 BMS의 보조장치들을 MCU(20)에 연결하기 위한 장치이다. 본 실시에에서는 냉각팬(4) 및 메인 스위치(6)만이 도시되었지만 이에 한정되는 것은 아니다.

ECU(7)는 차량의 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 차량 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터제너레이터(9)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 즉 ECU(7)는 인버터(8)의 스위칭을 제어하여 모터제너레이 터(9)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 또한 ECU(7)는 BMS(1)의 통신부(60)를 통하여 MCU(20)로부터 전달되는 배터리(2)의 SOC를 전달받아 배터리(2)의 SOC가 목표값(예컨대 55%)이 되도록 제어한다. 예를 들면 MCU(20)로부터 전달된 SOC가 55% 이하이면 인버터(8)의 스위치를 제어하여 전력이 배터리(10) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(2)를 충전시키고 이때 팩전류(I)는 '-'값이 된다. 한편, SOC가 55% 이상이면 인버터(8)의 스위치를 제어하여 전력이 모터제너레이터(9) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(2)를 방전시키고 이때 팩전류(I)는 '+'값이 된다.

인버터(8)는 ECU(7)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)가 충전 또는 방전되도록 한다.

모터 제너레이터(9)는 배터리(2)의 전기에너지를 이용하여 ECU(7)로부터 전달되는 토크 정보에 기초하여 자동차를 구동한다.

결국 ECU(7)는 SOC에 기초하여 충방전 할 수 있는 파워만큼 충방전함으로써 배터리(2)가 과충전이나 과방전되는 것을 방지하여 배터리(2)를 효율적으로 오랫동안 사용할 수 있도록 한다. 그러나 배터리(2)가 자동차에 장착된 후에는 배터리(2)의 실제 SOC를 측정하기는 어려우므로, BMS(1)는 센싱부(10)에서 센싱한 팩전류, 팩전압 등을 이용하여 SOC를 정확하게 추정하여 ECU(7)에 전달하여야 한다.

이하에서는 더욱 정확하게 SOC를 출력할 수 있는 MCU(20)에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 BMS(1)의 MCU(20)를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, MCU(20)는 추정 SOC 산출부(21), 기준 SOC 산출부(22), SOC 보정부(23), 데이터 베이스(24) 및 SOC 출력부(25)를 포함한다.

먼저, SOC 출력부(25)는 SOC 보정부(23)로부터 출력되는 SOC를 BMS(1)의 통신부(60)로 출력한다.

데이터 베이스(24)는 적산 SOC와 그 때의 개방 회로 전압(open circuit voltage : 이하 OCV라 함)을 실험적으로 측정하여 기록한 데이터 테이블을 저장한다.

추정 SOC 산출부(21)는 센싱부(10)로부터 전달받은 팩전류(I) 및 충전효율을 기초로 추정 SOC를 산출한다. 구체적으로 정해진 배터리(2)의 실제 충전효율(

)을 이용하여 아래 수학식 1과 같이 추정 SOC를 산출한다.

여기서

는 충방전 전류로서 센싱부(10)에서 출력된 팩전류(Ip)이고,

는 배터리(2)의 실제 충전효율이고,

는 총 배터리 용량(Total Amount of Charge)이다.

기준 SOC 산출부(22)는 OCV 를 계산하고, 계산된 OCV에 대응되는 적산 SOC를 기준 SOC로 산출한다. 일반적으로 OCV(open circuit voltage)는 BMS(1)가 개방회로(open circuit) 상태인 때의 팩전압, 즉 무부하 상태의 팩전압을 의미한다. 예컨대 BMS(1)의 키온(key on) 시의 전압을 의미한다. OCV 측정은 팩전압, 팩전류 및 내부 저항을 입력받아, 수학식 2를 사용하여 OCV를 계산한다.

SOC 보정부(23)는 기준 SOC 산출부(22)에서 계산된 OCV(Vocv)와 추정 SOC에 대응하는 OCV(Vocvs)를 비교하여, 비교 결과에 따라 산출된 적산 SOC 를 보정하여 SOC 출력부(25)로 출력하거나, 보정의 필요가 없는 경우 입력된 적산 SOC값을 그대로 SOC 출력부(25)로 출력한다. 먼저, 기준 SOC 산출부(22)에서 계산된 OCV(Vocv)와 추정 SOC에 대응하는 OCV(Vocvs)를 비교하여 그 차이에 해당하는 전압(△V)을 산출한다. 전압(△V)은 수학식 3과 같이 정의할 수 있다.

전압(??V)이 (+)인 경우 기준 SOC에 비해 현재 적산 SOC가 낮은 것으로, 전압(??V)과 기준치(a)를 비교하고, 비교 결과에 따라 현재 적산 SOC에 대응하는 보정치를 이용하여 현재 적산 SOC를 증가시키는 보정을 수행한다. 또한, 전압(△V)이 (-)인 경우 기준 SOC에 비해 현재 적산 SOC가 높은 것으로, 전압(△V)과 기준치(-a)를 비교하고, 비교 결과에 따라 현재 적산 SOC에 대응하는 보정치를 이용하여 현재 적산 SOC를 감소시키는 보정을 수행한다. 적산 SOC는 OCV에 대응하여 일정한 관계를 갖고 변하는데, 본 발명의 실시예에 따른 적산 SOC는 SOC 40% ~ SOC 60% 일때 는 OCV의 변화량에 따라 적산 SOC 변화량이 다른 영역에 비해 가장 크다. 이렇게 OCV의 변화량 대 적산 SOC 변화량의 비율에 따라 영역을 구분하여, 각 영역마다 보정치를 달리할 수 있다. 즉, 현재 적산 SOC가 어느 영역에 포함되는지 판단하여, 각 영역에 대응되는 보정치를 사용하여 현 적산 SOC를 보정한다. SOC 보정부(23)는 ??V가 소정 범위를 만족하지 못하는 경우에 보정을 수행하는데, 소정 범위란 OCV(Vocv)와 OCV(Vocvs)의 차이가 작아서, 이로 인해 발생하는 적산 SOC와 기준 SOC의 오차가 허용되는 범위인 것을 말한다. 즉, △V의 차에 따라 발생하는 SOC의 오차가 무시할 수 있을 정도로 작은 범위라면, 보정을 수행하지 않으며, 이 때, △V가 갖는 범위가 오차 범위이다.

구체적으로, 도 3을 참조하여 적산 SOC의 영역에 따라 보정치를 달리하여 적산 SOC를 보정하는 것에 대해서 설명하다.

도 3은 적산 SOC와 실험적으로 각 적산 SOC에 대응되는 OCV의 데이터 테일블을 그래프로 변환한 것을 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 OCV(Vocvs)대 적산 SOC의 변화율을 기준으로, 적산 SOC를 SOC 40%~60%(T1), SOC 30%~40% 및 60%~70%(T2), SOC 20%~30% 및 70%~80%(T3), 및 SOC 0%~20% 및 80%~100%(T4)인 구간으로 구분하였다. 각 구간(T1-T4)에 대응하는 보정치(A1-A4)는 변화율이 큰 구간에 대응하는 보정치일 수록 더 큰 값으로 설정될 수 있다.

현재 적산 SOC에 대응되는 OCV(Vocvs)와 기준 SOC 산출부(22)에서 계산된 OCV(Vocv)의 차이를 구한 결과 △V만큼의 차이가 발생한 경우, 도 3의 그래프에서 현재 적산 SOC(P2)가 대응하는 구간은 T1이고, 보정치는 A1으로 설정된다. 따라서, 현재 적산 SOC(P2)지점에서 보정치 A1만큼 감소된 보정 SOC(P`2)를 생성한다.

△V가 허용되는 범위가 -a < △V < a 인 경우, 각 보정치(A1-A4)는 각 구간(T1-T4)에서 △V가 a 또는 -a 일 때, 대응되는 적산 SOC와 기준 SOC의 차이 중 가장 작은 값보다 더 작은 값으로 설정될 수 있다. 구체적으로, 구간(T1)내에서 △V가 a일 때, 대응되는 적산 SOC와 기준 SOC의 차이는 서로 다를 수 있는데, 그 중에서 적산 SOC와 기준 SOC의 차이가 가장 작은 값을 산출한다. 그리고 보정치(A1)를 이 산출된 값 이하의 값으로 설정할 수 있다. 이 때, a는 △V가 허용되는 오차 범위내에 속하는지를 판단하는 기준값으로, 기준치(a)는 임의로 정할 수 있다. 적산 SOC의 보정에서 요구되는 오차 범위가 작으면, 더 작은 기준치(a)를 설정하여 비교 판단할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 동일한 구간(T1-T4)에 대응하는 경우, 적산 SOC를 차감하거나 증가시키는 보정에서 동일한 보정치(A1-A4)를 사용하였지만, 추정 SOC가 동일한 구간에 속하는 경우라도, 차감 또는 증가 보정에 따라 다른 보정치를 사용하여 보정할 수 있다. 또한, 기준치(a)와 기준치(-a)는 동일한 절대값을 갖고 부호가 반대인 값을 사용하였지만, 필요에 따라 다른 절대값을 갖는 기준치를 각각 사용할 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 적산 SOC 보정 방법에 대해서 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 적산 SOC 보정 방법을 도시한 순서도이다. 추정 SOC 산출부(21)는 센싱부(10)로부터 입력되는 팩전류(Ip)를 이용하여 위에서 설명한 수학식 1의 방식으로 적산 SOC를 산출한다(S100). 기준 SOC 산출부(22)는 센싱부로부터 입력되는 팩전류(Ip), 팩전압(Vp) 및 내부 저항(Ri)을 이용하여 수학식 2의 방식으로 기준 OCV(Vocv)를 산출하고, 적산 SOC와 이에 대응하는 OCV의 데이터 테이블에서 OCV(Vocv)에 대응하는 기준 SOC를 검출한다(S200). SOC 보정부(23)는 추정 SOC 산출부(21)로부터 적산 SOC 및 기준 SOC 산출부(22)로부터 기준 SOC 및 OCV(Vocv)를 입력받는다. SOC 보정부(23)는 입력된 적산 SOC에 대응되는 OCV(Vocvs)를 데이터 베이스(24)의 데이터 테이블에서 검출한다(S300). 그리고, 기준 OCV(Vocv)와 OCV(Vocvs)의 전압차(△V)를 산출한다(S400).

SOC 보정부(23)는 전압차(△V)의 크기와 기준치(ａ)를 비교 판단한다(S500). 비교 판단결과, 전압차(△V)의 크기가 기준치(ａ) 보다 큰 경우, 실제 SOC 보다 적산 SOC가 더 작으며, 그 정도가 허용 오차 범위를 초과하는 것이므로, 보정이 필요한다. 따라서, 현재 적산 SOC가 어느 구간에 속하는지 판단한다(S600). 현재 적산 SOC가 구간 T1에 속하는 경우, 적산 SOC에 보정치 A1을 더한다(S610). 이와 같은 방식으로 현재 적산 SOC가 어느 구간(T2, T3, T4)에 속하는지 판단되면, 각 구간에 대응되는 보정치(A2, A3, A4)를 더해서 현재 적산 SOC를 보정한다(S620-S640).

SOC 보정부(23)는 전압차(△V)의 크기와 기준치(ａ)를 비교 판단한 결과, 크지 않은 경우, 기준치(a)의 음의 값(-a)과 비교한다(S700). 비교 결과 음의 기준치(-a)보다 작은 경우, 실제 SOC 보다 적산 SOC가 더 크며, 그 정도가 허용 오차 범위를 초과하는 것이므로, 보정이 필요한다. 따라서, 현재 적산 SOC가 어느 구간에 속하는지 판단한다(S800). 현재 적산 SOC가 구간 T1에 속하는 경우, 적산 SOC에 보 정치 A1을 뺀다(S810). 이와 같은 방식으로 현재 적산 SOC가 어느 구간(T2, T3, T4)에 속하는지 판단되면, 각 구간에 대응되는 보정치(A2, A3, A4)를 빼서 현재 적산 SOC를 보정한다(S820-S840).

이와 같이, 적산 SOC에 대응되는 OCV와 현재 배터리 팩의 팩전압, 팩전류 및 내부 저항을 이용하여 산출한 OCV를 비교하여 적산 SOC의 오차 정도를 판단하고, 허용 범위를 초과하는 경우 현재 적산 SOC가 포함되는 구간에 따라 보정치를 달리하여 보정함으로써 보다 정확한 SOC를 산출할 수 있다. 따라서 배터리 관리 시스템은 정확한 배터리 제어가 가능하고, 적산 SOC 오차에 의해 발생하는 오작동을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

본 발명에 따르면, 배터리의 보다 정확한 SOC를 얻을 수 있는 SOC 보정 방법 및 이를 이용하는 배터리 관리 시스템을 제공한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 정확한 SOC를 통해 오작동을 방지할 수 있는 배터리 관리 시스템을 제공한다.

Claims

배터리 관리 시스템에서 사용되는 배터리의 SOC(state of charge)를 보정하는 방법에 있어서,

a)제1 SOC를 검출하고, 상기 제1 SOC에 대응하는 제1 OCV(open circuit voltage)를 산출하는 단계

b)상기 배터리의 팩전류 및 팩전압을 측정하고 내부저항을 이용하여 제2 OCV를 계산하고, 상기 제2 OCV에 대응하는 제2 SOC를 산출하는 단계

c)상기 제1 SOC의 범위는 적어도 두개의 구간을 포함하고, 상기 제1 OCV와 제2 OCV를 비교하여 상기 제1 OCV가 제2 OCV에 비해 제1 기준값보다 더 큰 경우, 상기 적어도 두개의 구간에 각각 대응하는 적어도 두개의 제1 보정치 중 상기 제1 SOC에 대응하는 제1 보정치를 이용하여 상기 제1 OCV 값을 보정하는 단계 그리고

d)상기 제1 OCV와 제2 OCV를 비교하여 상기 제1 OCV가 제2 OCV에 비해 제2 기준값보다 더 작은 경우, 상기 적어도 두 개의 구간에 각각 대응하는 적어도 두개의 제2 보정치 중 상기 제1 SOC에 대응하는 제2 보정치를 이용하여 상기 제1 OCV값을 보정하는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 SOC 보정방법.
제1항에 있어서,

상기 c)단계에서,

상기 제1 SOC가 상기 적어도 두개의 구간 중 제1 구간에 속하는지 판단하는 단계

상기 제1 SOC가 상기 적어도 두개의 구간 중 상기 제1 구간과 다른 제2 구간에 속하는지 판단하는 단계를 포함하며,

상기 제1 구간에 속하는 경우 상기 복수의 제1 보정치 중 상기 제1 구간에 대응하는 제1 보정치만큼 상기 제1 SOC를 감소시키고, 상기 제2 구간에 속하는 경우 상기 제2 구간에 대응하는 다른 제1 보정치만큼 상기 제1 SOC를 감소시키며, 상기 제1 및 제2 구간에 속하지 않는 경우 또 다른 제1 보정치만큼 상기 제1 SOC를 감소시키는 배터리 관리 시스템의 SOC 보정 방법.
제1항에 있어서,

상기 d)단계에서,

상기 제1 SOC가 상기 적어도 두개의 구간 중 제1 구간에 속하는지 판단하는 단계

상기 제1 SOC가 상기 적어도 두개의 구간 중 상기 제1 구간과 다른 제2 구간에 속하는지 판단하는 단계를 포함하며,

상기 제1 구간에 속하는 경우 상기 복수의 제2 보정치 중 상기 제1 구간에 대응하는 제2 보정치만큼 상기 제1 SOC를 증가시키고, 상기 제2 구간에 속하는 경우 상기 제2 구간에 대응하는 다른 제2 보정치만큼 상기 제1 SOC를 증가시키며, 상기 제1 및 제2 구간에 속하지 않는 경우 또 다른 제2 보정치만큼 상기 제1 SOC를 증가시키는 배터리 관리 시스템의 SOC 보정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 적어도 두개의 구간 각각은 상기 제1 OCV 값의 변량에 대응하는 상기 제1 SOC 값의 변량이 각각 다른 배터리 관리 시스템의 SOC 보정 방법.
제4항에 있어서,

상기 복수의 제1 보정치 각각은 상기 제1 OCV 값의 변량에 대응하는 상기 제1 SOC 값의 변량의 크기에 대응하여 결정되는 배터리 관리 시스템의 SOC 보정 방법.
제4항에 있어서,

상기 복수의 제2 보정치 각각은 상기 제1 OCV 값의 변량에 대응하는 상기 제1 SOC 값의 변량의 크기에 대응하여 결정되는 배터리 관리 시스템의 SOC 보정 방법.
제4항에 있어서,

상기 제1 기준값의 절대값과 상기 제2 기준값의 절대값이 동일한 배터리 관리 시스템의 SOC 보정 방법.
제4항에 있어서,

상기 적어도 두개의 구간 각각에 대응하는 제1 및 제2 보정치는 동일한 값을 갖는 배터리 관리 시스템의 SOC 보정 방법.
복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되는 배터리에 연결되는 배터리 관리 시스템에 있어서,

배터리의 팩전류를 이용하여 추정 SOC를 산출하는 추정 SOC 산출부

상기 추정 SOC에 대응하는 OCV에 관한 데이터를 저장한 데이터 베이스

상기 배터리의 팩전류 및 팩전압을 측정하고 내부저항을 이용하여 기준 OCV를 계산하고, 상기 데이터 베이스를 이용하여 상기 기준 OCV에 대응하는 기준 SOC를 산출하는 기준 SOC 산출부 그리고

상기 데이터 베이스를 이용하여 상기 추정 SOC에 대응하는 OCV를 검출하고, 상기 기준 OCV와 상기 검출된 OCV의 차를 이용하여 보정 여부를 판단하고, 상기 추정 SOC가 속하는 구간에 따라 보정치를 달리하여 상기 추정 SOC를 보정하는 SOC 보정부

를 포함하는 배터리 관리 시스템.
제9항에 있어서,

상기 SOC 보정부는,

상기 기준 OCV와 상기 검출된 OCV의 차가 제1 기준치보다 큰 경우, 상기 추정 SOC가 속하는 구간을 검출하여, 복수의 제1 보정치 중 상기 검출된 구간에 대응 하는 제1 보정치를 상기 추정 SOC에서 차감하고,

상기 기준 OCV와 상기 검출된 OCV의 차가 제2 기준치보다 작은 경우, 상기 추정 SOC가 속하는 구간을 검출하여, 복수의 제2 보정치 중 상기 검출된 구간에 대응하는 제2 보정치를 상기 추정 SOC에서 증감하여 보정하는 배터리 관리 시스템.
제10항에 있어서,

상기 제1 기준치 및 제2 기준치 각각은 상기 추정 SOC의 허용되는 오차범위에 따라 결정되는 배터리 관리 시스템.
제11항에 있어서,

상기 제1 및 제2 기준치는 동일한 절대값을 갖고 부호가 다른 배터리 관리 시스템.
제10항에 있어서,

상기 추정 SOC가 속하는 구간은,

상기 추정 SOC에 대응하는 OCV에 관한 데이터에서, 상기 OCV의 변량에 대응하는 상기 추정 SOC의 변량의 크기에 따라 적어도 두개의 구간중에서 어느 하나인 배터리 관리 시스템.
제13항에 있어서,

상기 복수의 제1 및 제2 보정치 각각은,

상기 적어도 두개의 구간 중에서 어느 하나에 대응되며, 상기 OCV의 변량에 대응하는 상기 추정 SOC의 변량의 크기에 따라 값이 결정되는 배터리 관리 시스템.
제14항에 있어서,

상기 적어도 두개의 구간 중에서 동일한 어느 하나의 구간에 대응되는 상기 제1 및 제2 보정치는 동일한 값을 갖는 배터리 관리 시스템.
제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 추정 SOC 산출부는,

시간에 대하여 충전 또는 방전 되는 상기 팩전류를 적산하여 상기 추정 SOC를 산출하는 배터리 관리 시스템.
제16항에 있어서,

상기 기준 SOC 산출부는,

상기 팩전류와 내부저항의 곱한 값에 상기 팩전압을 더하여 상기 기준 SOC를 산출하는 배터리 관리 시스템.
자동차의 ECU(engine controller unit)로 배터리의 SOC를 출력하는 배터리 관리 시스템에 있어서,

상기 배터리의 팩전류, 팩전압 및 내부 저항을 측정하는 센싱부

상기 센싱부로부터 전달받은 상기 팩전류, 팩전압 및 내부 저항을 이용하여 상기 SOC를 판단하고, 배터리의 충방전을 제어하는 MCU(main control unit) 그리고

상기 MCU로부터 출력되는 SOC를 상기 ECU로 전달하는 통신부를 포함하고,

상기 MCU는,

상기 배터리의 팩전류를 이용하여 추정 SOC를 산출하는 추정 SOC 산출부

상기 배터리의 팩전류 및 팩전압을 측정하고 내부저항을 이용하여 기준 OCV를 계산하고, 상기 기준 OCV에 대응하는 기준 SOC를 산출하는 기준 SOC 산출부, 그리고

상기 추정 SOC에 대응하는 OCV를 검출하고, 상기 기준 OCV와 상기 검출된 OCV의 차를 이용하여 보정 여부를 판단하고, 보정이 필요한 경우, 상기 추정 SOC가 속하는 구간에 따라 보정치를 달리하여 상기 추정 SOC를 보정하여 출력하고, 보정이 필요하지 않은 경우 상기 추정 SOC를 출력하는 SOC 보정부

를 포함하는 배터리 관리 시스템.
제18항에 있어서,

상기 MCU는,

상기 SOC보정부로부터 출력되는 SOC를 상기 통신부로 출력하는 SOC 출력부를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
제18항에 있어서,

상기 SOC 보정부는,

상기 기준 OCV와 상기 검출된 OCV의 차가 제1 기준치보다 큰 경우, 상기 추정 SOC를 구분한 두개 이상의 구간 중 속하는 제1 구간을 검출하여, 두개 이상의 제1 보정치 중 상기 제1 구간에 대응하는 제1 보정치를 상기 추정 SOC에서 차감하고,

상기 기준 OCV와 상기 검출된 OCV의 차가 제2 기준치보다 작은 경우, 상기 두개 이상의 구간 중 속하는 제2 구간을 검출하여, 복수의 제2 보정치 중 상기 제2 구간에 대응하는 제2 보정치를 상기 추정 SOC에 더하여 보정하는 배터리 관리 시스템.
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 MCU는,

상기 추정 SOC에 대응되는 OCV에 관한 데이터를 저장한 데이터 베이스를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.