KR100814811B1

KR100814811B1 - 배터리 관리 시스템 및 이의 잔존용량 리셋 방법

Info

Publication number: KR100814811B1
Application number: KR1020060010453A
Authority: KR
Inventors: 임계종; 이영조; 윤한석; 서세욱
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2008-03-19
Also published as: KR20070079652A

Abstract

복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나 이상의 팩을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템은 센싱부 및 메인 제어부를 포함한다. 센싱부는 충방전 전류, 배터리 전압 및 배터리 온도를 측정하고 출력한다. 메인 제어부는 센싱부로부터 입력되는 충방전 전류, 배터리 전압, 배터리 온도를 이용하여 배터리의 현재 SOC를 추정하고, 추정 SOC가 특정 SOC 구간에 진입하면 배터리 온도와 내부 저항에 매칭되는 설정된 제1 SOC로 추정 SOC를 리셋한다.

BMS, 배터리 온도, SOC 리셋, 내부저항, 추정 SOC

Description

배터리 관리 시스템 및 이의 잔존용량 리셋 방법{BATTERY MANAGEMENT SYSTEMM AND SOC RESET METHOD THEREOF}

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

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

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 잔존용량 리셋 방법에 관한 순서도이다.

본 발명은 배터리 관리 시스템(Battery Management System)에 관한 것으로, 특히, 전기 에너지를 이용하는 자동차에 사용될 수 있는 배터리 관리 시스템 및 이의 잔존용량 리셋(reset) 방법에 관한 것이다.

가솔린이나 중유를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 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"라 약칭한다)이 절실히 요구되는 실정이다.

이러한 요구에 의해 종래의 BMS는 이차 전지의 잔존 용량(State of Charge, 이하 "SOC"라 약칭한다)을 변수값을 이용한 연산으로 추정하고 필요시 추정한 SOC를 기반으로 한 SOC 리셋을 수행하여 차량의 연료 소비 효율이 가장 좋아지도록 하는 SOC 제어를 행하고 있다.

일반적으로 알려진 종래의 SOC 추정 방법은 크게 2가지 종류로 나눌 수 있는 데, 하나는 충방전된 전류를 측정하여 그 전류값(충전의 경우는 마이너스, 방전의 경우는 플러스의 부호를 갖는다)에 충전 효율을 승산하고 그 승산값을 어느 시간 기간에 걸쳐 적산함으로써 적산 용량을 계산한 후 이 적산 용량에 기초하여 SOC를 추정하는 적산 전류법에 의한 SOC 추정방법이다. 다른 하나는 충방전된 전류와, 이것에 대응하는 이차 전지의 전압을 쌍(pair)으로 하는 페어 데이터를 다수 개 측정하고 기억하여, 그 페어 데이터로부터, 최소 제곱법에 의해 1차의 근사 직선(전압(V)-전류(I) 근사 직선)을 구하여, 전류값 0(제로)에 대응하는 전압값(V-I 근사 직선의 V절편)을 무부하 전압(V0)으로서 산출하여, 이 무부하 전압(OCV; Open Circuit Voltage)에 기초하여 SOC를 추정하는 OCV를 이용한 SOC 추정방법이다.

그런데, 종래의 SOC 추정 방법은 배터리의 열화를 고려하고 있지 않아 정확한 SOC 추정이 이루어지지 못하는 문제가 있다. 배터리의 열화는 배터리 사용 기간, 배터리의 온도 등의 영향으로 배터리의 충, 방전 기능을 저하시킨다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 보다 정밀하고 정확한 SOC 제어를 가능하게 하는 배터리 관리 시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 보다 정밀하고 정확한 SOC로 리셋되도록 하여 차량의 연료 소비 효율이 좋아지도록 하는 배터리 관리 시스템의 잔존용량 리셋 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 특징에 따른 배터리 관리 시스템은, 복수의 전지 셀이 하 나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나 이상의 팩을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템에 있어서, 상기 배터리의 충방전 전류, 배터리 전압 및 배터리 온도를 측정하고 출력하는 센싱부; 및 상기 센싱부로부터 입력되는 충방전 전류, 배터리 전압 및 배터리 온도 중 하나 이상을 이용하여 배터리의 현재 SOC(State of Charge)를 추정하여 제공하면서, 배터리의 내부저항과 상기 배터리 온도에 대응하는 제1 SOC가 설정치로 존재하면 상기 추정 SOC를 제1 SOC로 리셋하여 출력하는 메인 제어부를 포함한다.

상기 메인 제어부는, 상기 배터리 전압과 상기 충방전 전류를 이용하여 상기 배터리의 내부저항을 산출하고, 상기 배터리 내부저항과 상기 배터리 온도에 매칭된 리셋 SOC로 이루어진 리셋 SOC 룩업테이블을 이용하여 제1 SOC를 파악하는 리셋 SOC 파악부, 상기 배터리 전압, 상기 충방전 전류와, 배터리 온도 중 적어도 하나 이상을 이용하여 배터리의 SOC를 추정하는 추정 SOC 산출부와, 수신되는 상기 추정 SOC 산출부의 추정 SOC를 출력하면서 상기 리셋 SOC 파악부의 제1 SOC를 수신하면 상기 추정 SOC를 상기 제1 SOC로 리셋하여 출력하는 SOC 출력부를 포함한다.

또는, 상기 메인 제어부는 상기 배터리 전압과 상기 충방전 전류를 이용하여 상기 배터리의 내부저항을 산출하고, 상기 배터리 내부저항과 상기 배터리 온도에 매칭된 리셋 SOC로 이루어진 리셋 SOC 룩업테이블을 이용하여 제1 SOC를 파악하는 리셋 SOC 파악부, 상기 배터리 전압, 상기 충방전 전류와, 배터리 온도 중 적어도 하나 이상을 이용하여 배터리의 SOC를 추정하고, 상기 산출한 추정 SOC로 상기 특정 SOC 구간에 진입하였는지를 판단하여 상기 리셋 SOC 파악부의 동작 개시를 제어 하는 추정 SOC 산출부와, 상기 추정 SOC 산출부의 추정 SOC와 상기 리셋 SOC 파악부의 제1 SOC를 수신하고, 상기 추정 SOC와 상기 제1 SOC가 동시에 수신되면 상기 추정 SOC를 상기 제1 SOC로 리셋하여 출력하는 SOC 출력부를 포함한다.

상기 추정 SOC 산출부는 상기 리셋 SOC 파악부가 동작 중에 상기 산출한 추정 SOC가 특정 SOC 구간을 벗어나면 상기 리셋 SOC 파악부의 동작을 중지시킨다.

발명의 다른 특징에 따른 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템의 잔존용량 리셋 방법은, a) 충방전 전류, 배터리 전압 및 배터리 온도를 측정하는 단계; b) 상기 충방전 전류, 배터리 전압과 배터리 온도 중 적어도 하나 이상을 이용하여 배터리의 현재 SOC를 추정하는 단계; c) 배터리의 내부 저항을 산출하고 산출한 내부 저항과 상기 배터리 온도에 대응하는 제1 SOC가 설정치로 저장되어 있는지를 파악하는 단계; 및 d) 상기 제1 SOC가 설정치로 저장되어 않으면 상기 추정 SOC를 출력하고, 상기 제1 SOC가 설정치로 저장되어 있으면 상기 추정 SOC를 상기 제1 SOC로 리셋하여 출력하는 단계를 포함한다.

상기 c) 단계는, 상기 배터리 내부저항과 상기 배터리 온도에 매칭된 리셋 SOC로 이루어진 리셋 SOC 룩업테이블을 이용하여 제1 SOC를 파악한다.

발명의 또 다른 특징에 따른 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템의 잔존용량 리셋 방법은, a) 충방전 전류, 배터리 전압 및 배터리 온도를 측정하는 단계; b) 상기 충방전 전류, 배터리 전압과 배터리 온도 중 적어도 하나 이상을 이용하여 배터리의 현재 SOC를 추정하는 단계; c) 상기 추정 SOC가 특정 구간에 진입하였는지를 판단하는 단계; d) 상기 추정 SOC가 특정 구간에 진입하는 경우, 배터리의 내 부 저항을 산출하고 산출한 내부 저항과 상기 배터리 온도에 대응하는 제1 SOC가 설정치로 저장되어 있는지를 파악하는 단계; 및 e) 상기 제1 SOC가 설정치로 저장되어 않으면 상기 추정 SOC를 출력하고, 상기 제1 SOC가 설정치로 저장되어 있으면 상기 추정 SOC를 상기 제1 SOC로 리셋하여 출력하는 단계를 포함한다.

상기 d) 단계는, 상기 배터리 내부저항과 상기 배터리 온도에 매칭된 리셋 SOC로 이루어진 리셋 SOC 룩업테이블을 이용하여 제1 SOC를 파악한다.

상기에서 리셋 SOC 룩업테이블의 제1 SOC는, 0%에서 100% 구간 또는, 특정 구간 내의 SOC이며, 이때의 특정 구간은 30%-50%의 구간과 70%-80%의 구간이다.

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 여기에서 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 실시예에 따른 배터리, BMS 및 BMS의 주변장치를 개략적으 로 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), 줄력단자(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 실시예에서는 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 안전 스위치(2_SW)가 마련되나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 출력단자(2_OUT1) 및 출력단자(2_OUT2)는 인버터(8)와 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 출력하는Hall 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 발생하면BMS(1) 또는 자동차의ECU(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 셀의 팩전압, 셀온도 및 주변온도에 대응되는 디지털 데이터에 기초하여 배터리(2)의 충전상태(state of charging, 이하 SOC), 건강상태(state of health, 이하 SOH) 등을 추정하여 배터리(2)의 충방전을 제어한다. 또한, MCU(20)는 배터리(2)의 상태를 알려주는 정보를 생성하고 자동차의 ECU(7)에 전달한다. 따라서 자동차의 ECU는 MCU(20)로부터 전달된 SOC 및 SOH에 기초하여 배터리(2)의 충전 또는 방전을 수행한다. 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 MCU(20)는 충전상태(SOC)를 정확히 추정하기 위해 건강상태(SOH)를 고려한다. MCU(20)는 방전 누적량을 산출하고, 센싱부(10)로부터 입력된 셀온도, 팩전류 및 방전 누적량 과 저장된 데이터 테이블을 비교하고, 비교 결과 현재 배터리 셀온도, 팩전류 및 방전 누적량에 해당되는 테이블 영역의 팩전압과 현재 배터리 팩전압을 비교하여 SOC 리셋 여부를 결정한다. 데이터 테이블은 방전 누적량에 따라, 실험적으로 측정한 팩전류, 팩전압 및 셀온도를 나타낸 테이블을 사용할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예에서 데이터 테이블에 기록된 팩전압을 리셋 팩전압으로 정의한다.

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, 현재의SOC, SOH 등의 데이터들을 저장한다. 여기서 저장부(50)는 전기적으로 쓰고 지울 수 있는 비휘발성 저장장치로서 EEPROM일 수 있다.

통신부(60)는 자동차의 동력발생장치의 제어부와 통신을 수행한다.

보호회로부(70)는 펌웨어(firm ware)를 이용하여 외부의 충격, 과전류, 저전압 등으로부터 BMS(1)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 발명의 실시 예에서는 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 모터제너레이터(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 될 수 있다. 한편, SOC가 55% 이상이면 인버터(8)의 스위치를 제어하여 전력이 모터제너레이터(9) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(2)를 방전시키고 이때 팩전류(I)는 '-'값이 될 수 있다. 이에 더하여 ECU(7)는 BMS(1)의 통신부(60)를 통하여 MCU(20)로부터 전달되는 배터리(2)의 SOH를 전달받아 자동차의 계기판(미도시) 등의 표시장치에 표시되도록 할 수 있다.

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.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 SOC를 리셋하는 배터리 관리 시스템에 대해서 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), 리셋 SOC 파악부 (22)와, SOC 출력부(23)를 포함한다.

상기 추정 SOC 산출부(21)는 센싱부(10)로부터 수신되는 충방전 전류, 배터리 전압, 배터리 온도 등을 수신하고, 수신한 정보(예; 충방전 전류, 배터리 전압, 배터리 온도 등) 중 적어도 하나 이상을 이용하여 배터리의 SOC를 산출한다. 추정 SOC 산출부(21)의 SOC 산출 방법은 통상의 SOC 추정 방법 중 하나를 사용한다. 예컨데, 추정 SOC 산출부(21)는 전술한 적산 전류법에 의한 SOC 추정방법 또는, OCV를 이용한 SOC 추정 방법을 사용한다.

상기 리셋 SOC 파악부(22)는 센싱부(10)로부터 수신되는 배터리 온도와 배터리의 내부 저항을 이용하여 리셋 SOC를 파악한다. 리셋 SOOC 파악부(22)는 배터리의 SOC가 특정 SOC 구간에 진입할 때 동작하며, 배터리의 내부 저항과 배터리 온도를 자체 저장된 리셋 SOC 룩업테이블(Look Up Table, 이하 "LUT"라 칭함)에 적용하여 리셋 SOC를 파악한다. 리셋 SOC 파악부(22)의 동작 개시는 추정 SOC 산출부(21)에 의해 이루어지거나 또는 MCU(20)의 제어부(미도시)에 의해 이루어진다.

리셋 SOC 파악부(22)의 리셋 룩업 테이블(22a)은 배터리 사용 상태별로 분류되어 있으며, 배터리 온도와 배터리의 내부 저항에 리셋 SOC가 매칭된 형태를 가진다.

LUT는 일 예로 다음의 표 1과 표 2와 같다.

(0 사이클 전지 온도별 SOC 내부저항)

리셋 SOC	0 ℃	25 ℃	45 ℃	60 ℃
80 %	11.95	3.56	2.40	2.00
70 %	10.225	3.36	2.30	1.84
40 %	10.02	3.20	2.10	1.84
30 %	10.60	3.50	2.20	1.94

(10k 사이클 전지 온도별 SOC 내부저항)

리셋 SOC	0 ℃	25 ℃	45 ℃	60 ℃
80 %	13.84	4.26	2.46	1.92
70 %	11.94	3.86	2.26	1.80
40 %	11.10	3.60	2.16	1.74
30 %	11.40	3.74	2.26	1.82

표 1은 사용하기 전의 배터리 즉, 방전 누적량이 0Ah일 때의 배터리에 대한 LUT이고, 표 2는 1000 사이클(cycle)에 해당하는 방전 누적량일 때의 배터리에 대한 LUT이다.

표 1과 표 2에 기재된 바와 같이, 배터리는 충방전 동작의 횟수가 많을수록 열화가 심해지며 열화가 진행될수록 내부저항이 증가하는 것을 알 수 있다. 통상의 지식에 따르면 배터리의 내부저항은 배터리 전압에 영향을 미쳐 배터리 전압을 강하시킨다. 그러므로, 이렇게 배터리의 열화에 의해 배터리의 SOC는 단순히 충방전 전압, 충방전 전류, 온도 등을 이용하여 적산 전류법에 의해 SOC를 추정하거나 OCV를 이용하여 SOC를 추정하는 방법으로는 정확히 SOC를 추정할 수 없다.

본 발명은 배터리 사용 상태에 따른 배터리 온도, 충방전 전압(배터리 전압), 충방전 전류와 열화 파라미터(예; 내부저항)를 파악하고, 이때의 배터리 SOC를 실측 또는 추정하여 표 1과 표 2와 같은 리셋 SOC LUT(22a)를 만들고 이를 리셋 SOC 파악부(22)에 저장한다. 여기서 배터리 사용 상태는 MCU(20)에서 판단하는 배터리의 방전 누적량으로 판단한다. 방전 누적량은 배터리의 충방전 사이클이 클수록 증가하며, 충방전 사이클에 따라 그 량이 거의 동일하다. 그러므로 본 발명은 방전 누적량을 통해 배터리의 충방전 사이클을 파악하고, 파악한 사이클에 해당하는 LUT를 이용한다.
따라서 리셋 SOC 파악부(22)는 센싱부(10)로부터 수신되는 충방전 전류와 배터리 전압을 이용하여 내부저항을 산출하고, 산출한 내부저항과 센싱부(10)로부터 수신되는 배터리 온도를 리셋 SOC LUT(22a)에 대입하여 이에 매칭된 SOC를 파악한다.

삭제

예컨데, 배터리 온도가 25℃이고 배터리의 내부 저항이 3.86인 경우, 리셋 SOC 파악부(22)는 리셋 SOC LUT(22a)를 이용하여 현재 배터리의 SOC를 70%라 판단하고 70%를 리셋 SOC로 출력한다(표 2 참조).

룩업테이블에 설정된 리셋 SOC는 30%-40%의 구간과 70%-80%의 구간의 SOC로 한다. 이는 통상적으로 내부 온도에 대한 SOC와의 상관관계에 따르면 SOC가 30%-40%, 70%-80% 구간에서 내부온도의 변화에 그 변화의 폭이 적어 안정적이면서 정확한 산출이 가능하므로 30%-40%, 70%-80% 범위 내의 SOC로 설정한다.

SOC 출력부(23)는 추정 SOC 산출부(21)로부터 추정 SOC를 수신하고, 리셋 SOC 파악부(22)로부터 리셋 SOC를 수신한다. SOC 출력부(23)는 추정 SOC 산출부(21)의 추정 SOC만을 수신하면 이 추정 SOC를 ECU(7)로 출력하고, 추정 SOC 산출부(21)와 리셋 SOC 파악부(22) 모두로부터 SOC를 수신하면 추정 SOC를 배제하고 리셋 SOC 파악부(22)로부터 수신되는 리셋 SOC를 ECU(7)에 출력하여 SOC 리셋이 수행되게 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 잔존 용량 리셋 방법을 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 잔존용량 리셋 방법에 관한 순서도로서, 특정 SOC 구간을 설정하여 이 특정 SOC 구간에서 SOC 리셋 파악부가 구동하도록 하는 경우를 도시하고 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 센싱부(10)는 배터리 전압(Vp), 충방전 전류(Ip) 및 배터리 온도(Tc)를 측정하고, 측정한 배터리 전압(Vp), 충방전 전류(Ip) 및 배터리 온도(Tc)를 MCU(20)의 추정 SOC 산출부(21) 및 리셋 SOC 파악부(22)에 제공한다(301).

추정 SOC 산출부(21)는 배터리 전압(Vp), 충방전 전류(Ip) 및 배터리 온도(Tc)를 이용하여 배터리의 현재 SOC를 추정한다. 이때 추정 SOC 산출부(21)는 전류 적산법을 이용한 SOC 추정 방법 또는, OCV를 이용한 SOC 추정 방법 중 하나를 사용하여 SOC를 산출하고 산출한 추정 SOC를 SOC 출력부(23)에 제공한다(S302).

그리고 추정 SOC 산출부(21)는 산출한 추정 SOC가 설정된 특정 구간에 진입하였는지를 판단한다(S303). 상기 판단(S303)에서, 추정 SOC 산출부(21)는 산출한 추정 SOC가 특정 SOC 구간에 진입하지 않았다고 판단하면 리셋 SOC 파악부(22)의 동작 중지를 유지시키거나 리셋 SOC 파악부(22)가 동작중이면 디스에이블 신호를 출력하여 리셋 SOC 파악부(22)의 동작을 중지시킨다. 반면에 추정 SOC 산출부(21)는 산출한 추정 SOC가 특정 구간에 진입하였다고 판단하면 리셋 SOC 파악부(22)에 동작 인에이블 신호를 출력하여 리셋 SOC 파악부(22)를 동작시킨다

리셋 SOC 파악부(22)가 동작 디스에이블(disable)된 상태이면, SOC 출력부(23)는 추정 SOC 산출부(21)의 추정 SOC만을 수신하게 되고 이 추정 SOC를 현재 배터리(2)의 SOC로 하여 ECU(7))로 출력한다.

한편, 추정 SOC가 특정 SOC에 진입하여 리셋 SOC 파악부(22)가 동작을 시작하면, 리셋 SOC 파악부(22)는 센싱부(10)로부터 수신되는 배터리 전압(Vp)와, 충방전 전류(Ip)를 이용하여 배터리의 내부저항을 산출한다(S304). 리셋 SOC 파악부(22)의 내부저항 산출 방법은 공지된 배터리 내부저항 산출(또는 추정) 방법 중 하나를 이용한다.

그런 다음 리셋 SOC 파악부(22)는 산출한 내부저항과 센싱부(10)로부터 수신되는 배터리 온도(Tc)를 리셋 SOC LUT(22a)에 대입하여(S305), 리셋 SOC LUT(22a)에 배터리 온도(Tc)와 내부저항에 대응하는 리셋 SOC가 있는지를 확인한 후 이에 대응하는 리셋 SOC가 없으면 SOC 출력을 하지 않고 이에 대응하는 리셋 SOC가 있으면 이때의 리셋 SOC(리셋 SOC LUT값)를 SOC 출력부(23)에 제공한다(S306).

SOC 출력부(23)는 추정 SOC 산출부(20)로부터 추정 SOC를 수신하면 추정 SOC를 ECU(7)에 출력하되, 리셋 SOC 파악부(22)로부터 리셋 SOC와 함께 수신되면 추정 SOC를 리셋 SOC로 리셋하여 ECU(7)에 출력한다(S307).

한편, 본 발명의 다른 실시예는 특정 SOC 구간을 설정하지 않고 배터리의 전체 SOC 구간에서 리셋 SOC 파악부(22)를 동작시키도록 할 수 있다. 이 경우에, 리셋 SOC 파악부(22)는 추정 SOC 산출부(21)나 다른 구성의 제어를 받지 않고 시동 온과 함께 동작한다. 그러나 SOC 출력부(23)는 전술한 실시예와 동일하게 리셋 SOC의 수신없이 추정 SOC를 수신하면 추정 SOC를 ECU(7)에 출력하고, 리셋 SOC와 함께 추정 SOC가 수신되면 리셋 SOC를 ECU(7)에 출력하여 현재 배터리의 SOC가 리셋 SOC가 되도록 한다.

이와 같이 SOC 리셋이 이루어지면, MCU(20)는 리셋 SOC로 SOC를 추정하게 되며, 이러한 단계를 반복하면서 본 발명의 실시예는 산출된 SOC가 배터리 열화에 따라 큰 오차를 갖는 것을 방지하고, 배터리 열화가 반영된 SOC 값으로 리셋함으로서 보다 정확한 SOC 값을 제공할 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 열화를 고려하여 SOC를 리셋함으로써 보다 정밀하고 정확한 SOC 산출을 가능하게 하는 배터리 관리 시스템 및 그의 잔존용량 리셋방법을 제공할 수 있게 한다.

Claims

복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나 이상의 팩을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템에 있어서,

상기 배터리의 충방전 전류, 배터리 전압 및 배터리 온도를 측정하고 출력하는 센싱부; 및

상기 센싱부로부터 입력되는 충방전 전류, 배터리 전압 및 배터리 온도 중 하나 이상을 이용하여 배터리의 현재 SOC(State of Charge)를 추정하여 제공하면서, 배터리의 내부저항과 상기 배터리 온도에 대응하는 제1 SOC가 설정치로 존재하면 상기 추정 SOC를 제1 SOC로 리셋하여 출력하는 메인 제어부

를 포함하는 배터리 관리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 메인 제어부는,

상기 추정 SOC가 30%-40%와 70%-80%의 특정 SOC 구간에 진입하는 경우에 상기 제1 SOC를 파악하고 상기 추정 SOC를 상기 제1 SOC로 리셋을 수행하는 배터리 관리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 메인 제어부는,

상기 배터리 전압과 상기 충방전 전류를 이용하여 상기 배터리의 내부저항을 산출하고, 상기 배터리 내부저항과 상기 배터리 온도에 매칭된 리셋 SOC로 이루어진 리셋 SOC 룩업테이블을 이용하여 제1 SOC를 파악하는 리셋 SOC 파악부,

상기 배터리 전압, 상기 충방전 전류와, 배터리 온도 중 적어도 하나 이상을 이용하여 배터리의 SOC를 추정하는 추정 SOC 산출부와,

수신되는 상기 추정 SOC 산출부의 추정 SOC를 출력하면서 상기 리셋 SOC 파악부의 제1 SOC를 수신하면 상기 추정 SOC를 상기 제1 SOC로 리셋하여 출력하는 SOC 출력부를 포함하는 배터리 관리 시스템.
제2항에 있어서,

상기 메인 제어부는,

상기 배터리 전압과 상기 충방전 전류를 이용하여 상기 배터리의 내부저항을 산출하고, 상기 배터리 내부저항과 상기 배터리 온도에 매칭된 리셋 SOC로 이루어진 리셋 SOC 룩업테이블을 이용하여 제1 SOC를 파악하는 리셋 SOC 파악부,

상기 배터리 전압, 상기 충방전 전류와, 배터리 온도 중 적어도 하나 이상을 이용하여 배터리의 SOC를 추정하고, 상기 산출한 추정 SOC로 상기 30%-40%와 70%-80%의 특정 SOC 구간에 진입하였는지를 판단하여 상기 리셋 SOC 파악부의 동작 개시를 제어하는 추정 SOC 산출부와,

상기 추정 SOC 산출부의 추정 SOC와 상기 리셋 SOC 파악부의 제1 SOC를 수신하고, 상기 추정 SOC와 상기 제1 SOC가 동시에 수신되면 상기 추정 SOC를 상기 제1 SOC로 리셋하여 출력하는 SOC 출력부를 포함하는 배터리 관리 시스템.
제3항에 있어서,

상기 리셋 SOC 룩업테이블의 제1 SOC는, 0%에서 100% 구간의 SOC인 배터리 관리 시스템.
제3항 또는 제4항에 있어서,

상기 룩업테이블의 제1 SOC는 상기 30%-40%와 70%-80%의 특정 SOC 구간 내의 SOC인 배터리 관리 시스템.
삭제
제3항에 있어서,

상기 추정 SOC 산출부는 상기 리셋 SOC 파악부가 동작 중에 상기 산출한 추정 SOC가 30%-40%와 70%-80%의 특정 SOC 구간을 벗어나면 상기 리셋 SOC 파악부의 동작을 중지시키는 배터리 관리 시스템.
복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나 이상의 팩을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템의 열화를 고려한 잔존용량 리셋 방법에 있어서,

a) 충방전 전류, 배터리 전압 및 배터리 온도를 측정하는 단계;

b) 상기 충방전 전류, 배터리 전압과 배터리 온도 중 적어도 하나 이상을 이용하여 배터리의 현재 SOC를 추정하는 단계;

c) 배터리의 내부 저항을 산출하고 산출한 내부 저항과 상기 배터리 온도에 대응하는 제1 SOC가 설정치로 저장되어 있는지를 파악하는 단계; 및

d) 상기 제1 SOC가 설정치로 저장되어 않으면 상기 추정 SOC를 출력하고, 상기 제1 SOC가 설정치로 저장되어 있으면 상기 추정 SOC를 상기 제1 SOC로 리셋하여 출력하는 단계

를 포함하는 배터리 관리 시스템의 잔존용량 리셋 방법.
복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나 이상의 팩을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템의 열화를 고려한 잔존용량 리셋 방법에 있어서,

a) 충방전 전류, 배터리 전압 및 배터리 온도를 측정하는 단계;

b) 상기 충방전 전류, 배터리 전압과 배터리 온도 중 적어도 하나 이상을 이용하여 배터리의 현재 SOC를 추정하는 단계;

c) 상기 추정 SOC가 30%-40%와 70%-80%의 특정 SOC 구간에 진입하였는지를 판단하는 단계;

d) 상기 추정 SOC가 상기 30%-40%와 70%-80%의 특정 SOC 구간에 진입하는 경우, 배터리의 내부 저항을 산출하고 산출한 내부 저항과 상기 배터리 온도에 대응하는 제1 SOC가 설정치로 저장되어 있는지를 파악하는 단계; 및

e) 상기 제1 SOC가 설정치로 저장되어 않으면 상기 추정 SOC를 출력하고, 상기 제1 SOC가 설정치로 저장되어 있으면 상기 추정 SOC를 상기 제1 SOC로 리셋하여 출력하는 단계

를 포함하는 배터리 관리 시스템의 잔존용량 리셋 방법.
제9항에 있어서,

상기 c) 단계는, 상기 배터리 내부저항과 상기 배터리 온도에 매칭된 리셋 SOC로 이루어진 리셋 SOC 룩업테이블을 이용하여 제1 SOC를 파악하는 배터리 관리 시스템의 잔존용량 리셋 방법.
제10항에 있어서,

상기 d) 단계는, 상기 배터리 내부저항과 상기 배터리 온도에 매칭된 리셋 SOC로 이루어진 리셋 SOC 룩업테이블을 이용하여 제1 SOC를 파악하는 배터리 관리 시스템의 잔존용량 리셋 방법.
제11항에 있어서,

상기 리셋 SOC 룩업테이블의 제1 SOC는, 0%에서 100% 구간의 SOC인 배터리 관리 시스템의 잔존용량 리셋 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서,

상기 룩업테이블의 제1 SOC는 30%-40%와 70%-80%의 특정 SOC 구간 내의 SOC인 배터리 관리 시스템의 잔존용량 리셋 방법.
삭제