KR100986357B1 - Method for estimate battery capacity of HEV or EV - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하이브리드 차량의 배터리 잔존용량 추정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 전기자동차의 고전압 배터리를 포함하는 배터리 시스템의 운용을 보다 효율적이고 안정적으로 수행할 수 있도록 고전압 배터리에 대한 잔존 용량을 보다 정확하게 계산할 수 있는 하이브리드 차량의 배터리 잔존용량 추정 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of estimating battery remaining capacity of a hybrid vehicle, and more particularly, to measure a remaining capacity of a high voltage battery so as to more efficiently and stably operate a battery system including a high voltage battery of a hybrid electric vehicle. The present invention relates to a method for estimating battery remaining capacity of a hybrid vehicle which can be accurately calculated.
이를 위해, 본 발명은 배터리의 SOC 및 온도별 인가 전류에 따른 전압 데이터를 취득하여, 배터리의 측정 전류 에러 보정용 테이블을 미리 구축하는 단계와; 상기 배터리의 측정 전류 에러 보정용 테이블을 이용하여 실차 배터리의 실제 측정 전류에 대한 에러를 보정하는 단계와; 보정된 전류를 적산하는 단계와; 적산된 전류량을 잔존용량(SOC)으로 환산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 잔존용량 추정 방법을 제공한다.To this end, the present invention includes the steps of acquiring the voltage data according to the SOC of the battery and the applied current for each temperature, and constructing a table for correcting the measurement current error of the battery in advance; Correcting an error of the actual measured current of the actual vehicle by using the measured current error correction table of the battery; Integrating the corrected current; Converting the accumulated current amount into a residual capacity SOC; It provides a method for estimating battery remaining capacity of a hybrid vehicle comprising a.
하이브리드, 배터리, 잔존용량, 추정 방법, 보정용 테이블, SOC Hybrid, battery, remaining capacity, estimation method, calibration table, SOC
Description
본 발명은 하이브리드 차량의 배터리 잔존용량 추정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 전기자동차의 고전압 배터리를 포함하는 배터리 시스템의 운용을 보다 효율적이고 안정적으로 수행할 수 있도록 고전압 배터리에 대한 잔존 용량을 보다 정확하게 계산할 수 있는 하이브리드 차량의 배터리 잔존용량 추정 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of estimating battery remaining capacity of a hybrid vehicle, and more particularly, to measure a remaining capacity of a high voltage battery so as to more efficiently and stably operate a battery system including a high voltage battery of a hybrid electric vehicle. The present invention relates to a method for estimating battery remaining capacity of a hybrid vehicle which can be accurately calculated.
일반적으로, 배터리를 에너지원으로 사용하는 순수 전기자동차와, 엔진 하이브리드 전기자동차 및 연료전지 하이브리드 전기자동차에서 고전압 배터리는 차량의 품질을 결정하는 주요한 부품중의 하나이며, 이 고전압 배터리를 포함하는 배터리 시스템의 제어 기술은 중요 핵심 기술이라 하겠다.Generally, in pure electric vehicles using batteries as energy sources, engine hybrid electric vehicles, and fuel cell hybrid electric vehicles, high voltage batteries are one of the main components for determining the quality of a vehicle, and a battery system including the high voltage batteries Control technology is an important core technology.
상기 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)은 배터리에 대한 제반적인 상태를 총괄하여 관리하며 제어하는 일종의 제어수단으로서, 하이브리드 차량의 통합 제어를 수행하는 차량의 주제어기(HCU)에 배터리의 SOC 정보를 알려줌으로써, 발전제어와 주행 제어를 지원해주는 역할을 한다.The battery management system (BMS) is a kind of control means that collectively manages and controls the overall state of the battery, and the SOC information of the battery in the main controller (HCU) of the vehicle performing the integrated control of the hybrid vehicle. By informing, it serves to support the power generation control and driving control.
또한, 상기 배터리 관리 시스템(BMS)은 배터리의 잔존용량 추정, SOC 예측과 만충전 감지, 배터리의 SOC에 따른 최대 충전 및 방전 전압의 제어, 안전 관리 및 냉각 제어 등을 수행한다.In addition, the battery management system (BMS) performs estimation of the remaining capacity of the battery, SOC prediction and full charge detection, control of the maximum charge and discharge voltage according to the SOC of the battery, safety management and cooling control.
상기 배터리 SOC 란 배터리의 가용최대용량 대비 현재보유용량의 백분율로 나타낸 것이며, 상기 배터리의 잔존 용량은 전류가 배터리에 충전 및 방전 되는 동안 배터리에 남아있는 전기량(사용 가능한 방전량)을 말한다.The battery SOC is expressed as a percentage of the current storage capacity relative to the maximum available capacity of the battery, and the remaining capacity of the battery refers to the amount of electricity remaining in the battery while the current is charged and discharged.
특히, 상기 배터리의 잔량을 표시해주는 잔존 용량 추정 로직은 차량의 주행 환경에 맞게 배터리 시스템의 효율적인 운용을 가능케 하여, 차량의 연비 향상 등 상품성 향상에 큰 영향을 미치는 인자라 하겠다.In particular, the remaining capacity estimation logic that displays the remaining amount of the battery enables the efficient operation of the battery system in accordance with the driving environment of the vehicle, a factor that greatly affects the improvement of the merchandise, such as fuel economy of the vehicle.
상기 배터리의 잔존 용량 추정 로직은 단순히 전류 적산을 이용하여 그 추정은 가능하나, 배터리의 전기화학적인 특성상 정확한 값은 계산이 불가능하다.The remaining capacity estimation logic of the battery can be estimated simply by using current integration, but an accurate value cannot be calculated due to the electrochemical characteristics of the battery.
이에, 현재 주된 배터리 잔존용량 추정 방식은 측정 전류를 적산하고, 특정 방식으로 계산된 보정계수를 이용하여 배터리 잔존용량을 보정하여 계산하고 있다.Therefore, the current main battery residual capacity estimation method calculates by integrating the measurement current and correcting the battery residual capacity using a correction coefficient calculated in a specific manner.
그러나, 측정 에러를 포함하는 전류를 적산한 값을 특정 방식으로 계산된 값으로 보정하더라도 최종 보정계수에 포함된 계산 에러로 인한 오차를 완전히 제거하지 못하며, 오히려 오차를 더 증가시킬 수가 있다.However, even if the integrated value of the current including the measurement error is corrected to a value calculated in a specific manner, the error due to the calculation error included in the final correction coefficient may not be completely eliminated, but the error may be further increased.
이렇게 계산 에러에 의한 오차가 발생하면 파라미터 튜닝이 필요하게 되며, 결국 정확도 높은 잔존 용량 추정을 위해서는 많은 시행 착오의 시간이 소요되는 문제점이 있다.When an error caused by a calculation error occurs, parameter tuning is necessary, and thus, a long trial and error time is required for accurate estimation of remaining capacity.
또 다른 방식으로서, 기전력이라 불리는 배터리의 특정 전압을 이용한 방식이 있는데, 이 방식은 특정 용량에서 특정 값을 가지는 전압을 계산하여 이를 잔존 용량으로 환산하는 방식으로서, 이 방식을 적용하면 배터리 고유 전압값을 정확히 측정할 경우 실제 잔존 용량에 가장 근사값으로 볼 수 있으며, 절대값으로도 사용 할 수 있지만, 그 계산 방법이 매우 어려운 단점이 있다.As another method, there is a method using a specific voltage of a battery called electromotive force, which calculates a voltage having a specific value at a specific capacity and converts it to the remaining capacity. If it is measured accurately, it can be seen as the closest approximation to the actual remaining capacity and can be used as the absolute value, but its calculation method is very difficult.
또한, 기전력 측정을 통한 배터리 잔존 용량 계산은 그 방식이 매우 복잡하여 배터리 제어기에 부하가 많이 발생하게 되고, 뜻하지 않은 제어기 오작동이 발생하는 문제점이 따르게 된다.In addition, the calculation of battery remaining capacity through electromotive force measurement is very complicated, which causes a lot of load on the battery controller and an unexpected controller malfunction occurs.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 배터리의 전류-전압 특성을 이용하여, 배터리 잔존용량 계산에 대한 오차를 줄이고, 그 계산의 복잡성을 개선하여, 추정 정확도를 크게 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 차량의 배터리 잔존용량 추정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, by using the current-voltage characteristics of the battery, to reduce the error of the battery remaining capacity calculation, improve the complexity of the calculation, so that the estimation accuracy can be significantly improved It is an object of the present invention to provide a method for estimating battery remaining capacity of a hybrid vehicle.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 배터리의 SOC 및 온도별 인가 전류에 따른 전압 데이터를 취득하여, 배터리의 측정 전류 에러 보정용 테이블을 미리 구축하는 단계와; 상기 배터리의 측정 전류 에러 보정용 테이블을 이용하여 실차 배터리의 실제 측정 전류에 대한 에러를 보정하는 단계와; 보정된 전류를 적산하는 단계와; 적산된 전류량을 잔존용량(SOC)으로 환산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 배터리 잔존용량 추정 방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object is the step of acquiring the voltage data according to the SOC of the battery and the applied current for each temperature, and constructing a table for correcting the measurement current error of the battery in advance; Correcting an error of the actual measured current of the actual vehicle by using the measured current error correction table of the battery; Integrating the corrected current; Converting the accumulated current amount into a residual capacity SOC; It provides a method for estimating battery remaining capacity of a hybrid vehicle comprising a.
바람직한 일 구현예로서, 상기 배터리의 측정 전류 에러 보정용 테이블은: 배터리 온도를 T1으로 유지하는 제1단계와; 상기 배터리 상태를 SOC1으로 유지하는 제2단계와; 상기 배터리 온도 T1에서 전류 I1을 인가하는 제3단계와; 상기 전류 I1에 대하여 일정시간(ta) 동안 전압 변화량 ΔV11을 구하는 제4단계와; 상기 제1단계 및 제2단계를 초기화시키는 제5단계; 의 순서로 구축하되, 상기 제1단계 내지 제5단계를 반복하여, 전류 In에 대하여 일정시간(ta) 동안 나머지 전압 변화량 ΔVnn까지 구함에 따라 구축되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the table for correcting measurement current error of the battery comprises: a first step of maintaining a battery temperature at T1; A second step of maintaining the battery state at SOC1; Applying a current I1 at the battery temperature T1; A fourth step of obtaining a voltage change amount ΔV11 with respect to the current I1 for a predetermined time ta; A fifth step of initializing the first and second steps; It is constructed in the order of, but by repeating the first to fifth steps, it is characterized in that it is constructed by obtaining the remaining voltage change amount ΔVnn for a predetermined time (ta) with respect to the current In.
바람직한 다른 구현예로서, 상기 배터리의 측정 전류 에러 보정용 테이블을 이용하여 실차 배터리의 실제 측정 전류에 대한 에러를 보정하는 단계는: 실차 상태의 배터리에 대한 현재 온도, 전류값 및 일정시간(ta) 동안의 전압변화량이 측정되는 과정과; 상기 실제 배터리의 현재 온도, 전류값 및 전압변화량을 상기 보정용 테이블의 전압변화량에 맞는 배터리 온도 및 전류값과 비교하는 동시에 그 차이만큼 보정을 실시하여 보정전류를 산출하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In another preferred embodiment, the step of correcting an error of the actual measured current of the actual vehicle using the measured current error correction table of the battery includes: a current temperature, a current value, and a predetermined time ta for the battery of the actual vehicle; Measuring the amount of change in voltage; And comparing the current temperature, current value, and voltage change amount of the actual battery with the battery temperature and current value corresponding to the voltage change amount of the correction table, and correcting by the difference to calculate a correction current.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.Through the above problem solving means, the present invention can provide the following effects.
본 발명에 따르면, SOC/온도별 인가전류에 따른 전압 데이터를 이용하여, 실제 배터리에 인가된 전류값을 예측할 수 있고, 전류 적산에 의한 에러를 제거할 수 있으므로 보다 손쉽고 정확하게 배터리 잔존용량을 계산할 수 있다.According to the present invention, using the voltage data according to the applied current for each SOC / temperature, it is possible to predict the actual value of the current applied to the battery, it is possible to eliminate the error due to the current integration can be more easily and accurately calculate the remaining battery capacity have.
또한, 기존의 방식에 비해 실제 배터리의 상태를 정확하게 예측 가능하여, 배터리 시스템의 효율적이고 안정적인 운용을 도모할 수 있다.In addition, it is possible to accurately predict the actual state of the battery compared to the conventional method, it is possible to promote efficient and stable operation of the battery system.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 하이브리드 및 이와 유사한 전기 자동차에 적용되는 고출력 배터리 시스템에서 배터리의 잔존 용량을 정확히 측정하고자 한 것이다.The present invention seeks to accurately measure the remaining capacity of a battery in a high power battery system applied to hybrid and similar electric vehicles.
상기 하이브리드 차량에 탑재되는 배터리는 그 충전 및 방전이 이루어질 때, 전기 화학적 반응을 일으키며, 그 결과로 전압이 변하게 되는데, 이때 배터리의 충전 및 방전시 전류 크기에 따라 전압의 변화가 다르게 나타나고, SOC 상태에 따라서도 그 전압의 변화가 다르게 나타난다.When the battery mounted in the hybrid vehicle is charged and discharged, an electrochemical reaction occurs, and as a result, the voltage changes. At this time, when the battery is charged and discharged, the voltage changes differently depending on the magnitude of the current, and the SOC state. The change in voltage also appears differently.
이러한 점을 감안하여, 본 발명은 SOC, 온도 및 전류 크기에 따른 전압 거동을 측정하여 데이터화하고, 이 데이터를 배터리 잔존용량 추정에 활용함으로써, 보다 정확한 배터리 잔존용량 추정을 도모하고자 한 것이다.In view of this point, the present invention is intended to more accurately estimate the remaining battery capacity by measuring the voltage behavior according to SOC, temperature and current magnitude and using the data to estimate battery remaining capacity.
이를 위해, 첨부한 도 1에 나타낸 바와 같이 배터리의 SOC 및 온도별 인가 전류에 따른 전압 데이터를 취득하여, 배터리의 측정 전류 에러 보정용 테이블을 미리 구축하고, 이를 일종의 제어기인 배터리 관리시스템(BMS)에 저장시킨다.To this end, as shown in FIG. 1, voltage data according to the SOC of the battery and the applied current for each temperature is acquired, and a table for correcting the measurement current error of the battery is built in advance. Save it.
여기서, 상기 배터리의 측정 전류 에러 보정용 테이블을 구축하는 방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Here, a method of constructing the measurement current error correction table of the battery will be described in detail.
먼저, 배터리 온도를 T1으로 유지하는 제1단계 및 배터리 상태를 SOC1으로 유지하는 제2단계를 진행시킨다.First, a first step of maintaining the battery temperature at T1 and a second step of maintaining the battery state at SOC1 are performed.
다음으로, 상기 배터리 온도 T1에서 전류 I1을 인가(방전 또는 충전)하는 제3단계가 진행되며, 연이어 상기 전류 I1에 대하여 일정시간(ta) 동안 전압 변화량 ΔV11을 구하는 제4단계가 진행된다.Next, a third step of applying (discharging or charging) the current I1 at the battery temperature T1 is performed, followed by a fourth step of obtaining a voltage change amount ΔV11 for a predetermined time ta with respect to the current I1.
이어서, 상기 제1단계 및 제2단계를 초기화시키는 제5단계후, 제1 내지 제5단계를 반복한다.Subsequently, after the fifth step of initializing the first and second steps, the first to fifth steps are repeated.
즉, 상기 제1 내지 제5단계의 반복에 의거, 배터리 온도를 Tm으로 유지하는 단계와, 배터리 상태를 SOCn으로 유지하는 단계와, 상기 배터리 온도 Tm에서 전류 In을 인가(방전)하는 단계와, 상기 전류 In에 대하여 일정시간(ta) 동안 전압 변화량 ΔVnn을 구하는 단계가 진행됨으로써, 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이 상기 배터리의 측정 전류 에러 보정용 테이블에 대한 구축이 완료되며, 이를 일종의 제어기인 배터리 관리시스템(BMS)에 저장시킨다.That is, according to the repetition of the first to fifth steps, maintaining a battery temperature at Tm, maintaining a battery state at SOCn, applying (discharging) current In at the battery temperature Tm, Since the step of obtaining the voltage change amount ΔVnn for the predetermined time ta with respect to the current In is performed, the construction of the measurement current error correction table of the battery is completed, as shown in FIG. Stored in the battery management system (BMS).
이때, 상기 배터리 인가 전류에 대한 전압 변화량을 측정할 때, 이 전압 변화량의 측정은 배터리의 전압 특성을 최대한 반영 할 수 있는 일정시간(ta) 동안 진행되며, 또한 배터리의 전압 특성을 최대한 반영하기 위하여 정전류 펄스 패턴 및 실차량 패턴 시험을 실시하여 상기 보정용 테이블에 필요한 데이터를 취득한다.At this time, when measuring the voltage change with respect to the battery applied current, the measurement of the voltage change is performed for a predetermined time (ta) that can reflect the voltage characteristics of the battery as much as possible, and also to reflect the voltage characteristics of the battery to the maximum The constant current pulse pattern and the actual vehicle pattern test are conducted to acquire data necessary for the correction table.
또한, 상기와 같이 배터리의 SOC 및 온도별 인가 전류에 따른 전압 데이터를 취득하여, 배터리의 측정 전류 에러 보정용 테이블 구성함에 있어서, 보다 정확도 높은 결과를 얻기 위하여 해당 측정장비에 대한 옵셋 보정을 실시하여 측정장비로부터의 에러를 제거하는 것이 바람직하다.In addition, as described above, by acquiring voltage data according to the SOC of the battery and the applied current for each temperature, and configuring a table for correcting the measurement current error of the battery, in order to obtain a more accurate result, an offset correction of the corresponding measurement equipment is performed to measure the measurement. It is desirable to eliminate the error from the equipment.
이렇게 구비된 배터리의 측정 전류 에러 보정용 테이블을 이용하여 실차 배터리의 실제 측정 전류에 대한 에러를 보정할 수 있으며, 그 방법은 다음과 같다.Using the measurement current error correction table of the battery provided as described above can be corrected for the error of the actual measurement current of the actual vehicle, the method is as follows.
먼저, 실차 상태의 배터리에 장착된 온도센서 및 전류센서에서 실제 배터리 온도 및 전류값을 측정하고, 이를 기반으로 실차 상태의 배터리에 대한 현재 온도, 전류값 및 일정시간(ta) 동안의 전압변화량을 측정하여 배터리 관리 시스템(BMS)에 전송한다.First, the actual battery temperature and current value are measured by the temperature sensor and the current sensor mounted on the battery in the vehicle state, and based on this, the current temperature, the current value, and the amount of voltage change for a predetermined time (ta) are measured. Measured and sent to the battery management system (BMS).
이에, 상기 배터리 관리 시스템에서, 상기 실제 배터리의 현재 온도, 전류값 및 전압변화량을 상기 보정용 테이블의 전압변화량에 맞는 배터리 온도 및 전류값과 비교하는 동시에 그 차이만큼 보정을 실시하여 보정전류를 산출하는 연산을 하게 된다.Accordingly, in the battery management system, the current temperature, the current value and the voltage change amount of the actual battery are compared with the battery temperature and current value corresponding to the voltage change amount of the correction table, and the correction is performed by the difference to calculate the correction current. Will operate.
이때, 보정 양(E = 0.9~1)은 전류 대역 별로 시험을 통하여 미리 구한 것으로서, 도 1의 (b)에 나타낸 테이블로 구성된다.At this time, the correction amount (E = 0.9 ~ 1) is obtained in advance through the test for each current band, it is composed of a table shown in (b) of FIG.
이렇게 보정된 전류를 적산하는 단계로부터 잔존 용량을 계산하고, 이를 배터리의 최대 용량으로 나누어 새롭게 SOC로 환산 표시한다.The remaining capacity is calculated from the step of integrating the corrected current, divided by the maximum capacity of the battery and newly converted into SOC.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배터리 잔존용량 추정 방법중 보정용 테이블을 구축하는 과정을 설명하는 개략도,1 is a schematic diagram illustrating a process of constructing a correction table in a method of estimating battery remaining capacity of a hybrid vehicle according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배터리 잔존용량 추정 방법을 위한 블록도,2 is a block diagram for a method of estimating battery remaining capacity of a hybrid vehicle according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배터리 잔존용량 추정 방법을 설명하는 순서도.3 is a flowchart illustrating a method for estimating battery remaining capacity of a hybrid vehicle according to the present invention.
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2008
- 2008-07-15 KR KR1020080068423A patent/KR100986357B1/en not_active IP Right Cessation
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