KR101097956B1 - Apparatus and method for calculating state of charge - Google Patents

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KR101097956B1
KR101097956B1 KR1020110006408A KR20110006408A KR101097956B1 KR 101097956 B1 KR101097956 B1 KR 101097956B1 KR 1020110006408 A KR1020110006408 A KR 1020110006408A KR 20110006408 A KR20110006408 A KR 20110006408A KR 101097956 B1 KR101097956 B1 KR 101097956B1
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battery
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전준현
정지흥
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동국대학교 산학협력단
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PURPOSE: A charge state computation apparatus and method are provided to efficiently manage a battery and to monitor a user by being applied to the battery indicator of a small system. CONSTITUTION: A charge state computation apparatus comprises a detection unit(10), a first output unit(20), a second output unit(30), a controller(40), and a storage unit(60). The detection unit detects the voltage and current of a battery. The storage unit stores coefficient and degree information of a charge state function. The stores coefficient and degree information of the charge state function are calculated from a high level polynomial which is formed using Hermite interpolation and show correlation of the voltage of the battery and a charge state. The first output unit calculates the charge state according to voltage using charge state function information. The controller determines whether a current is flowing or not through the detection of the current and determines the charging and discharging of the battery.

Description

충전 상태 산출 장치 및 방법{Apparatus and Method for calculating state of charge}Apparatus and Method for calculating state of charge}

본 발명은 배터리(Battery)의 충방전에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리의 충전 상태를 산출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to charging and discharging of a battery, and more particularly, to an apparatus and a method for calculating a state of charge of a battery.

오늘날 IT기술의 첨단화와 2차 전지의 출현은 유비쿼터스(ubiquitous) 시대를 만들어 주었으며, 노트북, 휴대폰, 캠코더, PDA 등과 같은 모바일 기기의 비약적인 사용 증가는 전례 없는 배터리 기술의 빠른 개발에 대한 강한 요구를 가져왔다. 특히, 무게가 가볍고 에너지 효율이 우수하여 모바일 기기에 사용이 용이한 리튬 이온(Lithium Ion) 전지 또는 리튬 폴리머(Lithium Polymer) 전지와 같은 2차 전지의 발전이 비약적으로 이루어 졌다. 그래서, 모바일 기기는 충전 제어, 전지 용량 모니터링, 사용 가능한 시간, 주위환경의 영향으로 발생하는 배터리 용량과 사용 가능한 시간에 대한 보상 등을 포함하는 배터리 관리에 많은 필요성이 제기 되고 있다. 또한, 전기자동차나 하이브리드 전기자동차에 2차 전지가 적용되면서 이 분야에서도 배터리 관리에 대한 중요성이 부각되고 있다. Today, the advancement of IT technology and the emergence of secondary batteries have created the ubiquitous era, and the rapid increase in the use of mobile devices such as notebooks, mobile phones, camcorders, PDAs, etc. has a strong demand for the rapid development of unprecedented battery technology. come. In particular, the development of secondary batteries such as lithium ion (Lithium Ion) battery or lithium polymer (Lithium Polymer) battery, which is light in weight and excellent in energy efficiency, is easy to use in mobile devices. Therefore, mobile devices have a great need for battery management including charge control, battery capacity monitoring, available time, compensation for battery capacity and available time caused by the influence of the environment. In addition, as the secondary battery is applied to an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, the importance of battery management is also highlighted in this field.

이러한 배터리 관리에 있어서, 가장 중요한 핵심기술은 정확한 충전 상태(SOC: state of charge)를 추정하는 기술이다. 만약, 방전 상태에서 배터리의 충전 상태를 알 수 없으면, 계속되는 방전으로 배터리의 작동구간을 벗어나게 되어 시스템이 정지하거나 배터리의 특성상 수명이 단축되는 문제가 발생한다. 또한, 충전이 필요 없는 상황에서 충전 상태 추정이 잘못 되어 필요 이상의 충전이 될 경우, 시간이 낭비되고 번거로우며, 배터리의 수명이 단축되는 문제가 발생하게 된다. 따라서, 이러한 문제가 발생하지 않도록 하기 위해서 배터리의 충전 상태를 정확히 추정하는 것이 필요하며, 이것은 소형 시스템의 배터리 인디케이터(Battery Indicator) 또는 중대형시스템의 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)에 적용되는 충전 상태 추정 방법에 따라 추정에 대한 정확도가 결정된다. In such battery management, the most important core technology is a technique for estimating the correct state of charge (SOC). If the state of charge of the battery is not known in the discharged state, the discharged out of the operating period of the battery due to the continuous discharge, the system is stopped or the life of the battery shortens due to the characteristics of the battery. In addition, when the state of charge is incorrectly charged in a situation where no charge is required, the battery may be wasted and cumbersome, and the battery life may be shortened. Therefore, in order to avoid such a problem, it is necessary to accurately estimate the state of charge of the battery, which is applied to a battery indicator of a small system or a battery management system (BMS) of a medium and large system. The accuracy of the estimation is determined by the state estimation method.

배터리는 화학적 반응에 의한 전기 에너지를 생성하는 장치로, 주위온도, 내부 저항, 배터리 용량 등에 민감하게 반응하는 비선형적인 특성을 가지고 있다. 그래서, 배터리의 충전 상태는 간접적인 방법으로 추정된다.Batteries are devices that generate electrical energy by chemical reactions and have a non-linear characteristic that reacts sensitively to ambient temperature, internal resistance, and battery capacity. Thus, the state of charge of the battery is estimated in an indirect manner.

종래의 충전 상태 추정 방법으로, EIS(Electro-chemical Impedance Spectroscopy)를 이용한 배터리의 충방전에 따른 내부 임피던스 변화를 측정하여 충전 상태를 추정하는 방법, 칼만 필터(Kalman filter)와 같은 수학적인 방법을 이용한 충전 상태 추정 방법이 있다. 그러나, 내부 임피던스를 이용한 방법은 배터리의 셀이 화학적으로 반응하고 있는 상태에서 임피던스 측정이 어렵고 온도에 민감한 단점이 있다. 또한, 칼만 필터를 이용한 방법은 복잡한 파라미터들의 연산과 알고리즘의 복잡성 등으로 실제 적용이 어려운 단점이 있다.In the conventional method of estimating the state of charge, a method of estimating the state of charge by measuring a change in internal impedance according to charge and discharge of a battery using electro-chemical impedance spectroscopy (EIS), and a mathematical method such as a Kalman filter There is a charging state estimation method. However, the method using the internal impedance has a disadvantage in that impedance measurement is difficult and temperature sensitive in a state where the cells of the battery are chemically reacted. In addition, the method using the Kalman filter has a disadvantage in that it is difficult to apply practically due to the computation of complex parameters and the complexity of an algorithm.

또한, 종래의 충전 상태 추정 방법으로, "Coulomb Counting" 또는 "Ampere-Hour Counting"으로 불리는 전류 적산 방법과 OCV(open circuit voltage) 방법이 있다. 전류 적산 방법은 실제 충방전 전류를 적분하여 초기 충전 상태값(즉, 초기 잔존용량)에 차감 또는 감하는 방법이다. 전류 적산 방법은 초기 충전 상태를 추정하지 못하고 시간 경과에 따라 누설 전류와 전류 센싱 오차가 누적되어 정확한 충전 상태의 추정이 불가능하다. 이에 반해, 배터리의 개방전압을 측정하여 충전 상태를 추정하는 OCV 방법은 매우 정확하고 초기 충전 상태를 추정하는데 매우 적합하며, 쉽고 알고리즘이 간단하여 적용이 편리한 장점 등이 있어 현재 가장 많이 사용된다. 그러나, OCV 방법은 측정된 개방전압에 대한 충전 상태의 상관관계 함수의 정확도에 의존하고 있어, 상관관계 함수의 정확도에 따라 충전 상태 추정의 정확도가 달라지는 단점이 있다. 현재, 대표적인 OCV 방법으로 볼츠만(Boltzmann) 방정식이 가장 많이 사용된다. 볼츠만 방정식은 실제 충방전에 따른 전압 측정값과 많은 차이가 있어 정확한 충전 상태의 추정이 불가능하다. In addition, conventional charging state estimation methods include a current integrating method called "Coulomb Counting" or "Ampere-Hour Counting" and an open circuit voltage (OCV) method. The current integration method is a method of integrating the actual charge / discharge current to subtract or subtract the initial charge state value (that is, the initial remaining capacity). The current integration method fails to estimate the initial state of charge and accumulates leakage current and current sensing error over time, making it impossible to accurately estimate the state of charge. On the other hand, the OCV method of estimating the state of charge by measuring the open voltage of the battery is very accurate and very suitable for estimating the initial state of charge. It is the most used at present because of its convenient advantages. However, since the OCV method depends on the accuracy of the correlation function of the state of charge with respect to the measured open voltage, the accuracy of the estimation of the state of charge varies according to the accuracy of the correlation function. Currently, the Boltzmann equation is most commonly used as a representative OCV method. The Boltzmann equation differs from the actual voltage measurement due to charging and discharging, which makes it impossible to accurately estimate the state of charge.

또한, 종래의 충전 상태 추정 방법으로, 개방전압 대신에 배터리의 EMF(Electromotive Force)를 이용하는 방법이 있다. EMF 방법은 선형 보간법 또는 선형 외삽법 등을 이용하여 충전 상태를 추정하는 방법이다. EMF 방법은 기존의 다른 방법들과 같이 알고리즘의 복잡성으로 인하여 구현이 복잡하거나 부정확한 충전 상태의 추정으로 배터리의 실제 잔존용량과 많은 차이가 발생하는 등의 문제점을 가지고 있다.In addition, a conventional method of estimating a state of charge uses a method of using an electromotive force (EMF) of a battery instead of an open voltage. The EMF method is a method of estimating the state of charge using linear interpolation or linear extrapolation. Like other conventional methods, the EMF method has a problem in that due to the complexity of the algorithm, the implementation is complicated or the estimation of the inaccurate state of charge causes a large difference from the actual remaining capacity of the battery.

이와 같은 종래의 충전 상태 추정 방법은 태양전지 등과 같이 저 용량(100mA 이하: 0.1 ~ 0.2 C-rate(충방전율: A))의 충전 전류가 사용되거나 소모되는 방전 전류가 충전 전류보다 큰 경우에 적합하지 않고(설계 사례가 없음), 정확한 충전 상태의 추정이 불가능한 문제점이 있다.
This conventional method of estimating the state of charge is suitable when a low current (100 mA or less: 0.1 to 0.2 C-rate (charge / discharge rate: A)) of a solar cell or the like is used or the discharge current consumed is larger than the charge current. (No design case), there is a problem that it is impossible to estimate the state of charge accurately.

본 발명은 헤르미트 보간법(Hermite Interpolation)을 이용하여 구현된 고차 다항식(high order polynomial)을 통해 배터리의 충전 상태를 추정하는 것이다.
The present invention estimates the state of charge of a battery through a high order polynomial implemented using Hermite Interpolation.

본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리(Battery)가 장착된 시스템에서 상기 배터리의 충전 상태를 산출하는 장치가 개시된다.According to an aspect of the present invention, an apparatus for calculating a state of charge of a battery in a system equipped with a battery is disclosed.

본 발명의 실시예에 따른 충전 상태 산출 장치는 상기 배터리의 전압을 검출하는 검출부, 헤르미트 보간법(Hermite Interpolation)을 이용하여 구현된 고차 다항식(high order polynomial)으로부터 산출된 상기 배터리에 대한 충전상태함수 정보를 저장하는 저장부, 상기 충전상태함수 정보를 이용하여 상기 전압에 따른 충전 상태를 산출하는 제1 산출부 및 상기 전압의 검출에 따라 상기 배터리의 충방전 여부를 판단하고, 충방전되는 경우, 상기 제1 산출부가 상기 충전 상태를 산출하도록 제어하는 제어부를 포함한다.An apparatus for calculating a state of charge according to an embodiment of the present invention includes a detector for detecting a voltage of the battery and a state of charge for the battery calculated from a high order polynomial implemented using Hermite Interpolation. A storage unit storing information, a first calculating unit calculating a state of charge according to the voltage using the state of charge function information, and determining whether the battery is charged or discharged based on detection of the voltage, And a controller configured to control the first calculator to calculate the state of charge.

상기 고차 다항식은 N차의 충전상태 다항식이고, 상기 충전상태 다항식은 상기 충전상태 다항식의 곡선 기울기를 나타내는 파라미터(K) 및 상기 충전상태 다항식이 항상 변곡점을 가지도록 설정된 보정계수를 포함하고, 충전상태함수는 상기 배터리의 전압에 대한 충전상태를 측정한 실측 데이터로부터 산출된 상기 변곡점 및 상기 변곡점의 기울기를 이용하여 상기 충전상태 다항식에서 미리 설정된 N-K값에 따라 상기 보정계수 및 상기 K가 결정되어 산출된다.The higher-order polynomial is a state-of-charge polynomial of order N, and the state of charge polynomial includes a parameter (K) representing a curve slope of the state of charge polynomial and a correction coefficient set such that the state of charge polynomial always has an inflection point, and the state of charge The function is calculated by calculating the correction coefficient and the K according to the NK value preset in the state of charge polynomial using the inflection point and the inclination of the inflection point calculated from measured data measured the state of charge with respect to the voltage of the battery. .

상기 충전상태 다항식(PSOC(x))은 하기의 수학식으로 나타난다.The state of charge polynomial (P SOC (x)) is represented by the following equation.

Figure 112011005241806-pat00001
Figure 112011005241806-pat00001

여기서,

Figure 112011005241806-pat00002
은 계수, Vb는 배터리 전압이고, Vc는 배터리의 충전 종지 전압이고, Vd는 배터리의 방전 종지 전압임here,
Figure 112011005241806-pat00002
Is the coefficient, V b is the battery voltage, V c is the end-of-charge voltage of the battery, and V d is the end-of-discharge voltage of the battery

상기 충전상태 다항식 및 상기 계수는 충전 및 방전의 경우 각각 하기의 수학식으로 나타난다.The state of charge polynomial and the coefficient are represented by the following equations for charge and discharge, respectively.

충전시 충전상태 다항식(PSOC(x)C) 및 계수(

Figure 112011005241806-pat00003
):State of charge polynomial (P SOC (x) C ) and coefficient (
Figure 112011005241806-pat00003
):

Figure 112011005241806-pat00004
Figure 112011005241806-pat00004

Figure 112011005241806-pat00005
Figure 112011005241806-pat00005

방전시 충전상태 다항식(PSOC(x)D) 및 계수(

Figure 112011005241806-pat00006
):State of charge polynomial at discharge (P SOC (x) D ) and coefficient (
Figure 112011005241806-pat00006
):

Figure 112011005241806-pat00007
Figure 112011005241806-pat00007

Figure 112011005241806-pat00008
Figure 112011005241806-pat00008

상기 보정계수(CN-K)가 적용된 충전상태 다항식 및 계수는 충전 및 방전의 경우 각각 하기의 수학식으로 나타난다.The state of charge polynomial and the coefficient to which the correction coefficient C NK is applied are represented by the following equations in the case of charging and discharging, respectively.

충전시 충전상태 다항식(PSOC(x)C) 및 계수(

Figure 112011005241806-pat00009
):State of charge polynomial (P SOC (x) C ) and coefficient (
Figure 112011005241806-pat00009
):

Figure 112011005241806-pat00010
Figure 112011005241806-pat00010

Figure 112011005241806-pat00011
Figure 112011005241806-pat00011

방전시 충전상태 다항식(PSOC(x)D) 및 계수(

Figure 112011005241806-pat00012
):State of charge polynomial at discharge (P SOC (x) D ) and coefficient (
Figure 112011005241806-pat00012
):

Figure 112011005241806-pat00013
Figure 112011005241806-pat00013

Figure 112011005241806-pat00014
Figure 112011005241806-pat00014

Figure 112011005241806-pat00015
Figure 112011005241806-pat00015

상기 보정계수는 상기 실측 데이터로부터 산출된 변곡점이 충전시 (ζ, SOCC(ζ))이고, 방전시 (ζ, SOCD(ζ))인 경우, 하기의 수학식을 이용하여 산출된다.The correction coefficient is calculated using the following equation when the inflection point calculated from the measured data is (ζ, SOC C (ζ)) at the time of charging and (ζ, SOC D (ζ)) at the time of discharge.

Figure 112011005241806-pat00016
Figure 112011005241806-pat00016

Figure 112011005241806-pat00017
Figure 112011005241806-pat00017

Figure 112011005241806-pat00018
Figure 112011005241806-pat00018

상기 변곡점에서의 기울기는 하기의 수학식을 이용하여 산출된다.The slope at the inflection point is calculated using the following equation.

Figure 112011005241806-pat00019
Figure 112011005241806-pat00019

Figure 112011005241806-pat00020
Figure 112011005241806-pat00020

Figure 112011005241806-pat00021
Figure 112011005241806-pat00021

Figure 112011005241806-pat00022
Figure 112011005241806-pat00022

상기 실측 데이터로부터 획득된 변곡점 (ζ, SOCC(ζ))와 (ζ, SOCD(ζ))에서의 평균 곡선 기울기가 각각 SlopC 및 SlopD인 경우, 상기 보정계수(CN-K), 상기 N 및 상기 K는 하기의 수학식을 이용하여 결정된다.When the average curve slopes at the inflection points ζ, SOC C (ζ) and (ζ, SOC D (ζ)) obtained from the measured data are Slop C and Slop D , respectively, the correction coefficient C NK , the N and K are determined using the following equation.

Figure 112011005241806-pat00023
Figure 112011005241806-pat00023

Figure 112011005241806-pat00024
Figure 112011005241806-pat00024

상기 배터리의 개방회로전압에 따라 충전 상태를 산출하는 제2 산출부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 배터리가 충방전되지 않는 경우, 상기 제2 산출부가 상기 충전 상태를 산출하도록 제어한다.The apparatus may further include a second calculator configured to calculate a state of charge according to the open circuit voltage of the battery, wherein the controller controls the second calculator to calculate the state of charge when the battery is not charged or discharged.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리(Battery)가 장착된 시스템에 구비된 충전 상태 산출 장치가 상기 배터리의 충전 상태를 산출하는 방법이 개시된다.According to another aspect of the present invention, a method of calculating a state of charge of a battery is disclosed by a state of charge calculating device provided in a system equipped with a battery.

본 발명의 실시예에 따른 충전 상태 산출 방법은 상기 배터리의 충방전 여부를 판단하는 단계, 상기 배터리가 충방전되는 경우, 상기 배터리의 전압을 검출하는 단계, 헤르미트 보간법(Hermite Interpolation)을 이용하여 구현된 고차 다항식(high order polynomial)으로부터 산출된 상기 배터리에 대한 충전상태함수 정보를 이용하여 상기 전압에 따른 충전 상태를 산출하는 단계 및 상기 산출된 충전 상태를 출력하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a method of calculating a charge state may include determining whether the battery is charged or discharged, detecting a voltage of the battery when the battery is charged or discharged, using Hermite Interpolation. Calculating a state of charge according to the voltage using the state of charge function information of the battery calculated from the implemented high order polynomial, and outputting the state of charge calculated.

상기 고차 다항식은 N차의 충전상태 다항식이고, 상기 충전상태 다항식은 상기 충전상태 다항식의 곡선 기울기를 나타내는 파라미터(K) 및 상기 충전상태 다항식이 항상 변곡점을 가지도록 설정된 보정계수를 포함하고, 충전상태함수는 상기 배터리의 전압에 대한 충전상태를 측정한 실측 데이터로부터 산출된 상기 변곡점 및 상기 변곡점의 기울기를 이용하여 상기 충전상태 다항식에서 미리 설정된 N-K값에 따라 상기 보정계수 및 상기 K가 결정되어 산출된다.The higher-order polynomial is a state-of-charge polynomial of order N, and the state of charge polynomial includes a parameter (K) representing a curve slope of the state of charge polynomial and a correction coefficient set such that the state of charge polynomial always has an inflection point, and the state of charge The function is calculated by calculating the correction coefficient and the K according to the NK value preset in the state of charge polynomial using the inflection point and the inclination of the inflection point calculated from measured data measured the state of charge with respect to the voltage of the battery. .

상기 충전상태 다항식(PSOC(x))은 하기의 수학식으로 나타난다.The state of charge polynomial (P SOC (x)) is represented by the following equation.

Figure 112011005241806-pat00025
Figure 112011005241806-pat00025

여기서,

Figure 112011005241806-pat00026
은 계수, Vb는 배터리 전압이고, Vc는 배터리의 충전 종지 전압이고, Vd는 배터리의 방전 종지 전압임here,
Figure 112011005241806-pat00026
Is the coefficient, V b is the battery voltage, V c is the end-of-charge voltage of the battery, and V d is the end-of-discharge voltage of the battery

상기 충전상태 다항식 및 상기 계수는 충전 및 방전의 경우 각각 하기의 수학식으로 나타난다.The state of charge polynomial and the coefficient are represented by the following equations for charge and discharge, respectively.

충전시 충전상태 다항식(PSOC(x)C) 및 계수(

Figure 112011005241806-pat00027
):State of charge polynomial (P SOC (x) C ) and coefficient (
Figure 112011005241806-pat00027
):

Figure 112011005241806-pat00028
Figure 112011005241806-pat00028

Figure 112011005241806-pat00029
Figure 112011005241806-pat00029

방전시 충전상태 다항식(PSOC(x)D) 및 계수(

Figure 112011005241806-pat00030
):State of charge polynomial at discharge (P SOC (x) D ) and coefficient (
Figure 112011005241806-pat00030
):

Figure 112011005241806-pat00031
Figure 112011005241806-pat00031

Figure 112011005241806-pat00032
Figure 112011005241806-pat00032

상기 보정계수(CN-K)가 적용된 충전상태 다항식 및 계수는 충전 및 방전의 경우 각각 하기의 수학식으로 나타난다.The state of charge polynomial and the coefficient to which the correction coefficient C NK is applied are represented by the following equations in the case of charging and discharging, respectively.

충전시 충전상태 다항식(PSOC(x)C) 및 계수(

Figure 112011005241806-pat00033
):State of charge polynomial (P SOC (x) C ) and coefficient (
Figure 112011005241806-pat00033
):

Figure 112011005241806-pat00034
Figure 112011005241806-pat00034

Figure 112011005241806-pat00035
Figure 112011005241806-pat00035

방전시 충전상태 다항식(PSOC(x)D) 및 계수(

Figure 112011005241806-pat00036
):State of charge polynomial at discharge (P SOC (x) D ) and coefficient (
Figure 112011005241806-pat00036
):

Figure 112011005241806-pat00037
Figure 112011005241806-pat00037

Figure 112011005241806-pat00038
Figure 112011005241806-pat00038

Figure 112011005241806-pat00039
Figure 112011005241806-pat00039

상기 보정계수는 상기 실측 데이터로부터 산출된 변곡점이 충전시 (ζ, SOCC(ζ))이고, 방전시 (ζ, SOCD(ζ))인 경우, 하기의 수학식을 이용하여 산출된다.The correction coefficient is calculated using the following equation when the inflection point calculated from the measured data is (ζ, SOC C (ζ)) at the time of charging and (ζ, SOC D (ζ)) at the time of discharge.

Figure 112011005241806-pat00040
Figure 112011005241806-pat00040

Figure 112011005241806-pat00041
Figure 112011005241806-pat00041

Figure 112011005241806-pat00042
Figure 112011005241806-pat00042

상기 변곡점에서의 기울기는 하기의 수학식을 이용하여 산출된다.The slope at the inflection point is calculated using the following equation.

Figure 112011005241806-pat00043
Figure 112011005241806-pat00043

Figure 112011005241806-pat00044
Figure 112011005241806-pat00044

Figure 112011005241806-pat00045
Figure 112011005241806-pat00045

Figure 112011005241806-pat00046
Figure 112011005241806-pat00046

상기 실측 데이터로부터 획득된 변곡점 (ζ, SOCC(ζ))와 (ζ, SOCD(ζ))에서의 평균 곡선 기울기가 각각 SlopC 및 SlopD인 경우, 상기 보정계수(CN -K), 상기 N 및 상기 K는 하기의 수학식을 이용하여 결정된다.When the mean curve slopes at the inflection points ζ, SOC C (ζ) and (ζ, SOC D (ζ)) obtained from the measured data are Slop C and Slop D , respectively, the correction coefficient (C N -K ) , N and K are determined using the following equation.

Figure 112011005241806-pat00047
Figure 112011005241806-pat00047

Figure 112011005241806-pat00048
Figure 112011005241806-pat00048

상기 배터리가 충방전되지 않는 경우, 상기 배터리의 개방회로전압에 따라 충전 상태를 산출하는 단계를 더 포함한다.
If the battery is not charged or discharged, the method may further include calculating a state of charge according to the open circuit voltage of the battery.

본 발명은 헤르미트 보간법을 이용하여 구현된 고차 다항식을 통해 배터리의 충전 상태를 추정할 수 있다.The present invention can estimate the state of charge of a battery through a higher-order polynomial implemented using Hermit interpolation.

또한, 본 발명은 소형 시스템의 배터리 인디케이터에 적용하여 배터리의 효율적인 관리 및 사용자 모니터링이 수행될 수 있다.In addition, the present invention can be applied to the battery indicator of a small system can be performed for efficient management of the battery and user monitoring.

또한, 본 발명은 중대형 시스템의 배터리 관리 시스템에 적용하여 시스템 작동이나 충방전시 충전 상태를 실시간으로 추정할 수 있다.
In addition, the present invention can be applied to the battery management system of the medium-large system to estimate the state of charge during system operation or charging and discharging in real time.

도 1은 충전 상태 산출 방법을 나타낸 흐름도.
도 2 및 도 3은 충전에 따른 헤르미트 보간 충전상태 다항식의 특성 그래프를 나타낸 도면.
도 4는 충전에 따른 수정된 헤르미트 보간 충전상태 다항식의 특성 그래프를 나타낸 도면.
도 5는 방전에 따른 수정된 헤르미트 보간 충전상태 다항식의 특성 그래프를 나타낸 도면.
도 6은 헤르미트 보간 충전상태 다항식을 이용한 충전상태와 측정된 충전상태를 비교하는 그래프를 나타낸 도면.
도 7은 충전 상태 산출 장치의 구성을 개략적으로 예시한 구성도.
1 is a flowchart illustrating a method of calculating a state of charge.
2 and 3 are graphs showing the characteristic graph of the Hermit interpolation state of charge polynomial according to the charge.
4 is a graph showing the characteristics of the modified Hermit interpolation state of charge polynomial according to the charge.
5 is a graph showing a characteristic graph of a modified Hermit interpolation state of charge polynomial according to discharge.
6 is a graph showing a state of charge and a state of charge measured using a Hermit interpolation state of charge polynomial;
7 is a configuration diagram schematically illustrating a configuration of an apparatus for calculating a state of charge.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention may be variously modified and have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail with reference to the accompanying drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, numerals (eg, first, second, etc.) used in the description process of the present specification are merely identification symbols for distinguishing one component from another component.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in the present specification, when one component is referred to as "connected" or "connected" with another component, the one component may be directly connected or directly connected to the other component, but in particular It is to be understood that, unless there is an opposite substrate, it may be connected or connected via another component in the middle.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, the same reference numerals will be used for the same means regardless of the reference numerals in order to facilitate the overall understanding.

도 1은 충전 상태 산출 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of calculating a state of charge.

S110 단계에서, 배터리를 장착한 시스템이 동작한다. 이에 따라, 시스템에 구비된 충전 상태 산출 장치가 작동한다. 여기서, 배터리는 예를 들면, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등과 같은 2차 전지가 될 수 있다. 충전 상태 산출 장치는 예를 들면, 소형 시스템에 적용되는 배터리 인디케이터(Battery Indicator), 중대형 시스템에 적용되는 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System) 등이 될 수 있다.In step S110, a system equipped with a battery is operated. Accordingly, the state of charge calculation device provided in the system operates. Here, the battery may be, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery, a lithium polymer battery, or the like. The apparatus for calculating a state of charge may be, for example, a battery indicator applied to a small system, a battery management system (BMS) applied to a medium to large system, and the like.

S120 단계에서, 충전 상태 산출 장치는 배터리의 충방전 여부를 판단한다. 예를 들어, 충전 상태 산출 장치는 전류 또는 전압 등을 측정하는 센서를 구비하고, 센서를 통해 전류의 흐름 여부를 판단하여 충방전 여부를 판단할 수 있다. 충전은 충전기 또는 태양전지 등을 통해서 이루어질 수 있고, 방전은 이동통신단말의 경우 전화 통화로 인하여 전류가 흐르는 경우가 될 수 있다.In operation S120, the charging state calculator determines whether the battery is charged or discharged. For example, the apparatus for calculating a state of charge may include a sensor for measuring current or voltage, and may determine whether the current flows through the sensor to determine whether the battery is charged or discharged. Charging may be performed through a charger or a solar cell, and the discharge may be a case where a current flows due to a phone call in the case of a mobile communication terminal.

S130 단계에서, 충전 상태 산출 장치는 배터리가 충방전되지 않는 경우, 배터리의 개방회로전압에 따라 충전 상태를 산출하여 출력한다. 예를 들어, 충전 상태 산출 장치는 개방회로전압에 대한 충전 상태의 상관관계를 사전에 저장하고, 이를 이용하여 충전 상태를 산출할 수 있다.In operation S130, when the battery is not charged or discharged, the charging state calculating device calculates and outputs the charging state according to the open circuit voltage of the battery. For example, the apparatus for calculating a state of charge may store the correlation of the state of charge with respect to the open circuit voltage in advance, and calculate the state of charge using the same.

S140 단계에서, 충전 상태 산출 장치는 배터리가 충방전되는 경우, 배터리 전압을 검출한다. 예를 들어, 충전 상태 산출 장치는 전압을 측정하는 센서를 통해 배터리의 전압을 검출할 수 있다.In operation S140, the charging state calculating device detects a battery voltage when the battery is charged or discharged. For example, the state of charge calculator may detect the voltage of the battery through a sensor that measures the voltage.

S150 단계에서, 충전 상태 산출 장치는 충전상태함수를 이용하여 검출된 배터리의 전압에 따른 충전상태를 산출한다. 예를 들어, 충전 상태 산출 장치는 충전기를 통한 충전인 경우 전류 적산 방법을 이용하여 충전 상태를 산출하고, 태양전지를 통한 충전인 경우나 일반 방전의 경우(예를 들면, 이동통신단말이 전화 통화로 인하여 전류가 흐르는 경우)에 헤르미트 보간법(Hermite Interpolation)을 이용하여 구현된 고차 다항식(high order polynomial)을 통해 충전 상태를 산출할 수 있다. In operation S150, the charging state calculating apparatus calculates the charging state according to the detected voltage of the battery using the charging state function. For example, the charging state calculating device calculates the charging state using the current integration method in the case of charging through the charger, and in the case of charging through the solar cell or in the case of general discharge (for example, the mobile communication terminal makes a phone call. Due to the current flowing through the Hermitite interpolation (Hermite Interpolation) using the high order polynomial implemented by using a high order polynomial (charge) state can be calculated.

이하에서는 충전 상태 산출 장치가 헤르미트 보간 다항식으로부터 산출된 충전상태함수를 이용하여 충방전되는 배터리에 대한 충전 상태를 산출하는 것으로 가정한다. 이에 대해서는 이후 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세히 후술한다.Hereinafter, it is assumed that the state of charge calculating device calculates the state of charge for the battery being charged and discharged by using the state of charge function calculated from the Hermit interpolation polynomial. This will be described later in detail with reference to FIGS. 2 to 6.

S160 단계에서, 충전 상태 산출 장치는 산출된 충전상태를 출력한다.In operation S160, the state of charge calculating device outputs the calculated state of charge.

S170 단계에서, 충전 상태 산출 장치는 시스템의 정지 여부를 판단한다. 충전 상태 산출 장치는 시스템이 정지되는 경우, S120 단계로 진입한다. 즉, 충전 상태 산출 장치는 충방전되는 동안 주기적으로 배터리 전압을 검출하고, 검출된 배터리 전압에 따라 충전 상태를 산출함으로써, 실시간으로 배터리의 충전 상태를 산출할 수 있다.
In operation S170, the apparatus for calculating a state of charge determines whether the system is stopped. When the system is stopped, the state of charge calculation device enters step S120. That is, the charging state calculating device may calculate the charging state of the battery in real time by periodically detecting the battery voltage during charging and discharging, and calculating the charging state according to the detected battery voltage.

도 2 및 도 3은 충전에 따른 헤르미트 보간 충전상태 다항식의 특성 그래프를 나타낸 도면이고, 도 4는 충전에 따른 수정된 헤르미트 보간 충전상태 다항식의 특성 그래프를 나타낸 도면이고, 도 5는 방전에 따른 수정된 헤르미트 보간 충전상태 다항식의 특성 그래프를 나타낸 도면이고, 도 6은 헤르미트 보간 충전상태 다항식을 이용한 충전상태와 측정된 충전상태를 비교하는 그래프를 나타낸 도면이다. 이하에서는, 헤르미트 보간 다항식을 이용하여 헤르미트 보간 충전상태 다항식을 산출하고, 헤르미트 보간 충전상태 다항식으로부터 충전상태함수를 산출하는 것을 중심으로 설명하되, 도 2 내지 도 6을 참조한다.2 and 3 are graphs showing a characteristic graph of a Hermit interpolation state of charge polynomial according to charging, and FIG. 4 is a diagram showing a characteristic graph of a modified Hermit interpolation state of charge polynomial according to charging, and FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a characteristic graph of the modified Hermit interpolation state of charge polynomial, and FIG. 6 is a graph illustrating a comparison between the state of charge and the state of charge measured using the Hermit interpolation state of charge polynomial. Hereinafter, the Hermit interpolation polynomial is calculated using the Hermit interpolation polynomial, and the charging state function is calculated from the Hermit interpolation state of the polynomial, and the reference is made to FIGS. 2 to 6.

충전상태함수의 산출은 충방전 실험을 통해 획득한 실측 데이터로부터 N-K 차수의 헤르미트 보간 충전상태 다항식을 유도함으로써 이루어질 수 있다. 이때, 헤르미트 보간 충전상태 다항식을 유도하기 위하여 S자 형태를 보이는 헤르미트 보간 다항식이 유도되고, 곡선 기울기(slope)를 결정하는 파라미터(parameter)가 정의된다.The calculation of the state of charge function can be achieved by deriving the Hermit interpolation state of charge polynomial of order N-K from the measured data obtained through the charge and discharge experiments. At this time, the Hermit interpolation polynomial showing the S-shape is derived to derive the Hermit interpolation state of charge polynomial, and a parameter for determining the slope of the curve is defined.

일반적으로, S자 형태의 곡선 기울기 응답 특성을 가지는 충전상태 다항식(PSOC(x))은 다음의 수학식 1과 같이 실계수

Figure 112011005241806-pat00049
을 가지는 N차수 고차 다항식으로 나타낼 수 있다.In general, the state of charge polynomial (P SOC (x)) having an S-shaped curve slope response characteristic has a real coefficient as shown in Equation 1 below.
Figure 112011005241806-pat00049
It can be represented by the N-order higher order polynomial with.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112011005241806-pat00050
Figure 112011005241806-pat00050

여기서, Vb는 배터리 전압이고, Vc는 배터리의 충전 종지 전압이고, Vd는 배터리의 방전 종지 전압이다. 이때, x는 0이상 1이하의 범위를 가지며(x∈[0, 1]), 충전 시 충전상태 다항식(PSOC(x)C)은 다음과 같은 그래프 특성을 가진다.Where V b is the battery voltage, V c is the end-of-charge voltage of the battery, and V d is the end-of-discharge voltage of the battery. In this case, x has a range of 0 or more and 1 or less (x∈ [0, 1]), and the state of charge polynomial (P SOC (x) C ) during charging has a graph characteristic as follows.

PSOC(x)C having zeros of order K at x=0P SOC (x) C having zeros of order K at x = 0

PSOC(x)C-1 having zeros of order N-K+1 at x=1P SOC (x) C -1 having zeros of order N-K + 1 at x = 1

이것은 "Hermite Interpolation problem"을 가지는 특수한 경우로서, 충전 시 충전상태 다항식(PSOC(x)C)은 Newton 보간법을 사용하여 다음의 수학식 2와 같은 해로 나타낼 수 있다.This is a special case with the "Hermite Interpolation problem", and the state of charge polynomial (P SOC (x) C ) at the time of charging can be represented by the following equation (2) using the Newton interpolation method.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112011005241806-pat00051
Figure 112011005241806-pat00051

여기서, K는 x=0 및 x=1일 때, PSOC(x)C의 평탄 정도와 (0, 1) 구간 사이의 곡선 기울기 정도를 나타내는 파라미터이고, dn은 다음의 수학식 3과 같다.Here, K is a parameter representing the degree of flatness of P SOC (x) C and the degree of curve inclination between (0, 1) when x = 0 and x = 1, and d n is represented by Equation 3 below. .

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112011005241806-pat00052
Figure 112011005241806-pat00052

이때, 수학식 1에서 충전상태 다항식(PSOC(x))의 실계수(

Figure 112011005241806-pat00053
) 공식은 다음 수학식 4와 같다.At this time, the real coefficient of the state of charge polynomial (P SOC (x))
Figure 112011005241806-pat00053
) Is the same as Equation 4.

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112011005241806-pat00054

Figure 112011005241806-pat00054

방전 시 충전상태 다항식(PSOC(x)D)은 다음과 같은 그래프 특성을 가지며, 다음의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.During discharge, the state of charge polynomial (P SOC (x) D ) has the following graph characteristics and may be expressed as Equation 5 below.

PSOC(x)D having zeros of order K at x=1P SOC (x) D having zeros of order K at x = 1

PSOC(x)D-1 having zeros of order N-K+1 at x=0P SOC (x) D -1 having zeros of order N-K + 1 at x = 0

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112011005241806-pat00055
Figure 112011005241806-pat00055

이때, 수학식 1에서 충전상태 다항식(PSOC(x))의 실계수(

Figure 112011005241806-pat00056
) 공식은 다음 수학식 6과 같다.At this time, the real coefficient of the state of charge polynomial (P SOC (x))
Figure 112011005241806-pat00056
) Formula is as shown in Equation 6 below.

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112011005241806-pat00057
Figure 112011005241806-pat00057

이와 같이, 충전상태 다항식은 헤르미트 보간법을 이용한 수학식 4와 수학식 6의 실계수 공식으로부터 쉽게 구현될 수 있으며, 실계수가 두 개의 파라미터(N과 K)에 의하여 결정됨으로써, 충전상태 다항식의 그래프 특성은 N과 K에 의하여 결정될 수 있다.As such, the state of charge polynomial can be easily implemented from the real coefficient formula of Equation 4 and Equation 6 using Hermit interpolation, and the real coefficient is determined by two parameters (N and K), Graph characteristics can be determined by N and K.

예를 들어, 수학식 2에서 충전 시 충전상태 다항식의 경우, PSOC(x)C는 N-K 또는 N이 설정되면 K의 함수로 표현될 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 도 2 및 도 3에 도시된 각 그래프는 (N, K)의 값에 따른 PSOC(x)C의 응답 특성을 나타낸다. 즉, 도 2는 N-K=3(N=K+3)인 경우 K값의 증가에 따른 PSOC(x)C의 응답 특성을 나타내고, 도 3은 N=8인 경우 K값의 증가에 따른 PSOC(x)C의 응답 특성을 나타낸다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, K값이 증가하면 곡선의 기울기가 증가하고, x=0에서 평탄 정도가 증가한다. 또한, K값 증가에 따른 기울기 변화율은 N-K가 설정된 경우보다 N이 설정된 경우가 더 급격하게 증가한다. For example, in the case of the state of charge polynomial during charging in Equation 2, P SOC (x) C may be expressed as a function of K when NK or N is set. 2 and 3, each graph shown in FIGS. 2 and 3 shows a response characteristic of P SOC (x) C according to the value of (N, K). That is, FIG. 2 shows response characteristics of P SOC (x) C according to an increase in K value when NK = 3 (N = K + 3), and FIG. 3 shows P according to an increase in K value when N = 8. The response characteristic of SOC (x) C is shown. 2 and 3, as the K value increases, the slope of the curve increases, and the degree of flatness increases at x = 0. In addition, the slope change rate according to the increase of the K value increases more rapidly when N is set than when NK is set.

따라서, 실측 데이터에 의한 충전상태 그래프와 동일한 곡선 특성을 가지는 충전상태 다항식이 산출되기 위해서는 설정된 N-K에 대하여 K값이 결정되어야 한다. 하지만, 도 2 및 도 3에서의 PSOC(x)C는 설정된 N-K에 대하여 서로 다른 곡선 기울기를 가지는 무한한(unlimited) K개의 다항식이 존재한다. 또한, 도 2 및 도 3에서의 PSOC(x)C는 급경사를 가지는 중요 변곡점에서의 기울기 추정이 불가능하기 때문에 요구된 곡선 기울기에 상응하는 K값의 결정에 어려움이 존재한다.Therefore, in order to calculate the state of charge polynomial having the same curve characteristics as the state of charge graph based on the measured data, the K value must be determined for the set NK. However, P SOC (x) C in FIGS. 2 and 3 has unlimited K polynomials with different curve slopes for the set NK. In addition, since P SOC (x) C in FIGS. 2 and 3 cannot estimate the slope at a critical inflection point having a steep slope, there is a difficulty in determining the K value corresponding to the required curve slope.

따라서, 본 명세서에서는 수학식 2 및 수학식 5의 충전상태 다항식에 보정계수 CN-K가 적용된다. 보정계수가 적용된 충전 및 방전 시 충전상태 다항식은 각각 다음의 수학식 7 및 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.Therefore, in the present specification, the correction coefficient C NK is applied to the state of charge polynomials of Equations 2 and 5. The charging state polynomials during charging and discharging to which the correction factor is applied may be represented by Equations 7 and 8, respectively.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112011005241806-pat00058

Figure 112011005241806-pat00058

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112011005241806-pat00059
Figure 112011005241806-pat00059

여기서, 보정계수 CN-K는 충전상태 다항식의 S자형 기울기 특성을 결정하는 파라미터로, N값 및 K값에 관계없이 충전상태 그래프가 항상 중요 변곡점을 가지도록 배터리의 물질적 용량, 특성 및 환경에 따라 주어지는 고유 측정값으로 결정될 수 있다.Here, the correction coefficient C NK is a parameter for determining the S-shaped slope characteristic of the state of charge polynomial, which is given according to the physical capacity, characteristics, and environment of the battery so that the state of charge graph always has a significant inflection point regardless of the N and K values. It can be determined by inherent measurements.

보정계수 CN-K가 적용된 실계수(

Figure 112011005241806-pat00060
)는 다음의 수학식 9 및 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.Actual coefficient with correction factor C NK
Figure 112011005241806-pat00060
) Can be expressed as Equation 9 and Equation 10 below.

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112011005241806-pat00061
Figure 112011005241806-pat00061

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112011005241806-pat00062
Figure 112011005241806-pat00062

Figure 112011005241806-pat00063
Figure 112011005241806-pat00063

보정계수 CN -K는 수학식 7 및 수학식 8의 충전상태 다항식의 곡선 변곡점과 실측 데이터로부터 획득되는 급경사의 변곡점(x=ζ)이 동일한 것으로 가정하여 산출될 수 있다. 즉, 실측 데이터로부터 획득되는 중요 변곡점이 충전시 (ζ, SOCC(ζ))이고, 방전시 (ζ, SOCD(ζ))이라고 가정하면, 충방전에 대한 보정계수 CN-K는 각각 다음의 수학식 11 및 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.The correction coefficient C N -K may be calculated assuming that the inflection point (x = ζ) of the steep slope obtained from the measured data and the curve inflection point of the state of charge polynomials of Equations 7 and 8 are the same. That is, assuming that the important inflection points obtained from the measured data are (ζ, SOC C (ζ)) at the time of charging and (ζ, SOC D (ζ)) at the discharge, the correction coefficients C NK for charging and discharging are respectively Equations 11 and 12 may be represented as follows.

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112011005241806-pat00064
Figure 112011005241806-pat00064

[수학식 12][Equation 12]

Figure 112011005241806-pat00065
Figure 112011005241806-pat00065

이때, 보정계수 CN-K는 수학식 2 및 수학식 5의 충방전 종지전압의 평탄 조건으로 다음의 수학식 13과 같은 범위를 가진다.At this time, the correction coefficient C NK is a flat condition of the charging and discharging end voltage of the equation (2) and (5) has a range as shown in the following equation (13).

[수학식 13][Equation 13]

Figure 112011005241806-pat00066
Figure 112011005241806-pat00066

도 4 및 도 5를 참조하면, 도 4 및 도 5는 각각 충전 및 방전에 대하여 실측 데이터를 이용하여 N값 및 K값(N, K)에 따른 충전상태 그래프를 나타낸 도면이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 실측 변곡점은 충전 시 (0.369, 0.29289)이고, 방전 시 (0.369, 0.70711)이다. 즉, 충전상태 그래프는 항상 x=0.369인 점을 지난다. 따라서, 변곡점에서의 곡선 기울기를 이용하여 실측 데이터로부터 획득한 충전상태 그래프와 동일한 특성을 가지는 N값 및 K값을 결정함으로써, 충전상태함수가 산출될 수 있다.4 and 5 are diagrams showing the state of charge according to the N value and the K value (N, K) using the measured data for the charge and discharge, respectively. As shown in Figs. 4 and 5, the measured inflection points are (0.369, 0.29289) during charging and (0.369, 0.70711) during discharge. In other words, the state of charge graph always passes by x = 0.369. Therefore, by determining the N value and the K value having the same characteristics as the state of charge graph obtained from the measured data using the curve slope at the inflection point, the state of charge function can be calculated.

수학식 2, 5, 7 및 8의 충전상태 다항식에서 실측 데이터로부터 획득한 충전상태 그래프와 동일한 특성을 가지는 N값 및 K값을 결정하기 위하여, 중요 변곡점인 (ζ, SOCC(ζ)) 또는 (ζ, SOCD(ζ))에서의 기울기가 이용된다. 수학식 2, 5, 7 및 8의 충전상태 다항식에서 x=ζ일 때의 순간 기울기(1차 도함수)는 각각 다음의 수학식 13 내지 16과 같이 나타낼 수 있다.In order to determine the N and K values having the same characteristics as the state of charge graph obtained from the measured data in the state of charge polynomials of Equations 2, 5, 7 and 8, (ζ, SOC C (ζ)) or The slope at (ζ, SOC D (ζ)) is used. In the state of charge polynomials of the equations (2), (5), (7) and (8), the instantaneous slope (first derivative) when x = ζ may be expressed as in Equations 13 to 16, respectively.

[수학식 13][Equation 13]

Figure 112011005241806-pat00067
Figure 112011005241806-pat00067

[수학식 14][Equation 14]

Figure 112011005241806-pat00068
Figure 112011005241806-pat00068

[수학식 15][Equation 15]

Figure 112011005241806-pat00069
Figure 112011005241806-pat00069

[수학식 16][Equation 16]

Figure 112011005241806-pat00070
Figure 112011005241806-pat00070

실측 데이터로부터 획득된 변곡점 (ζ, SOCC(ζ))와 (ζ, SOCD(ζ))에서의 평균 곡선 기울기가 각각 SlopC 및 SlopD라고 가정하면, 이에 따른 등식은 다음의 수학식 17 및 수학식 18로 나타낼 수 있다.Assuming that the mean curve slopes at the inflection points (ζ, SOC C (ζ)) and (ζ, SOC D (ζ)) obtained from the measured data are Slop C and Slop D , respectively, And (18).

[수학식 17][Equation 17]

Figure 112011005241806-pat00071
Figure 112011005241806-pat00071

[수학식 18]Equation 18

Figure 112011005241806-pat00072
Figure 112011005241806-pat00072

따라서, 보정계수 CN-K, N값 및 K값은 수학식 17 및 18을 이용하여 산출될 수 있다.
Therefore, the correction coefficients C NK , N values and K values can be calculated using Equations 17 and 18.

상술한 수학식 15에 대하여 충전상태 다항식의 정확도를 확인하기 위하여 배터리의 충전 실험이 수행되었다. 실험을 위한 측정 장비로, 원아테크(Wonatech)사의 WBCS3000 충방전 사이클러(Automatic Battery Cycler)가 사용되었으며, 배터리는 현재 시중에 출시되고 있는 S사 휴대폰의 리튬 이온 폴리머 전지가 사용되었다. 배터리는 용량이 820mAh이며, 팩 형태의 배터리를 분해하여 셀 형태로 충전 실험에 적용되었다. 배터리의 전압 구간은 충방전 실험결과에 따라 3.2V(방전종지전압: Vd)~4.2V(충전종지전압: Vc)으로 설정되었다. 충전방식으로 정전류/정전압(CC-CV: Constant Current-Constant Voltage) 방식이 사용되었다. 이때, 충전 전류는 태양전지와 같은 저용량(low power) 충전에 있어 요구되어지는 0.1A의 저전류가 적용되었다. 실험을 통해 시간에 따른 배터리 개방회로전압 Vb(3.2≤Vb≤4.2)로 약 3만3천개의 데이터가 획득되었으며, 이 중에서 0.05V 간격으로 추출된 19개의 샘플 데이터가 실측 충전상태로 사용되었다. 도 6에 도시된 실선 곡선은 실험으로부터 추출된 데이터를 이용하여 나타낸 실측 충전상태(real SOC) 그래프를 나타낸다. 도 6의 실측 충전상태 그래프를 참조하면, 3.7<Vb<3.75의 구간에서 S자형의 곡선 기울기가 급격히 증가한다. 따라서, 실측 충전상태 그래프에 근사한 PSOC(x)C의 중요 변곡점 (ζ, SOCC(ζ))은 0.5<ζ<0.55인 범위에 존재한다. 이와 같은 변곡점을 이용하여 CN-K, N값 및 K값이 산출될 수 있다. 예를 들어, (ζ, SOCC(ζ))이 0.5<ζ<0.55에서 중간값인 ζ=0.525에 존재한다고 가정하면, 실측된 평균 기울기는 SlopC=3.169가 된다. In order to confirm the accuracy of the state of charge polynomial with respect to Equation 15, a charging experiment of the battery was performed. As the measurement equipment for the experiment, Wonatech's WBCS3000 Automatic Battery Cycler was used, and the battery used was a lithium ion polymer battery of a commercially available S company's mobile phone. The battery has a capacity of 820mAh, and the battery in the pack form was disassembled and applied to the charging experiment in the form of a cell. Voltage range of the battery is 3.2V, depending on the charge-discharge experiments were set to:: (V c charge voltage) (discharge end voltage V d) ~ 4.2V. As a charging method, a constant current / constant voltage (CC-CV) method was used. In this case, a low current of 0.1 A, which is required for low power charging such as a solar cell, was applied. Through experiments, about 33,000 data were obtained with the battery open circuit voltage V b (3.2≤V b ≤4.2) over time, and 19 sample data extracted at 0.05V intervals were used as actual charging state. It became. The solid curve shown in FIG. 6 represents a real SOC graph shown using data extracted from the experiment. Referring to the measured state of charge graph of FIG. 6, the slope of the S-shaped curve increases rapidly in the range of 3.7 <V b <3.75. Therefore, the important inflection points ζ and SOC C (ζ) of P SOC (x) C approximated to the measured state of charge graph exist in the range of 0.5 <ζ <0.55. Using this inflection point, C NK , N value and K value can be calculated. For example, assuming that (ζ, SOC C (ζ)) exists at ζ = 0.525 which is intermediate at 0.5 <ζ <0.55, the measured mean slope is Slop C = 3.169.

그리고, 충전상태 다항식의 (ζ, SOCC(ζ))=(0.525, 0.314)에서 순간 기울기는 수학식 15에 따라 다음의 수학식 19와 같이 산출될 수 있다. In addition, the instantaneous slope at (ζ, SOC C (ζ)) = (0.525, 0.314) of the state of charge polynomial may be calculated as shown in Equation 19 according to Equation 15.

[수학식 19][Equation 19]

Figure 112011005241806-pat00073
Figure 112011005241806-pat00073

설정된 N-K에 대하여 수학식 13을 만족하는 다양한 K값에 따른 CN-K이 산출되고, 수학식 19에 대하여 수학식 17을 만족하는 CN-K와 K값이 결정될 수 있다. 실험 결과 (N, K)=(11, 7)이고, C4=174.59일 때, 순간 기울기가 다음의 수학식 20과 같이 산출되었다.C NK according to various K values satisfying Equation 13 may be calculated with respect to the set NK, and C NK and K values satisfying Equation 17 may be determined with respect to Equation 19. Experimental results When (N, K) = (11, 7) and C 4 = 174.59, the instantaneous slope was calculated as shown in the following equation (20).

[수학식 20][Equation 20]

Figure 112011005241806-pat00074
Figure 112011005241806-pat00074

이 값은 실측된 평균 기울기(SlopC=3.169)와 가장 유사한 값으로 분석되었다. 계산된 기울기와 실제 기울기 간에 존재하는 약간의 차이는 K값이 양의 정수형으로 표현되기 때문에 발생하는 오차이다.This value was analyzed to be the most similar to the measured mean slope (Slop C = 3.169). The slight difference between the calculated slope and the actual slope is an error that occurs because the K value is expressed as a positive integer.

이와 같이 결정된 (N, K)=(11, 7)과 C4=174.59가 실계수 공식인 수학식 9에 대입되면, 다음의 표 1과 같은 다항식 계수가 산출된다.When (N, K) = (11, 7) and C 4 = 174.59 determined in this way are substituted into Equation 9, which is a real coefficient formula, a polynomial coefficient as shown in Table 1 below is calculated.

Figure 112011005241806-pat00075
Figure 112011005241806-pat00075
Figure 112011005241806-pat00076
Figure 112011005241806-pat00076
00 00 1One 00 22 00 33 00 44 00 55 00 66 00 77 112.58952112.58952 88 -495.35809-495.35809 99 823.53714823.53714 1010 -614.35809-614.35809 1111 174.58952174.58952

산출된 다항식 계수를 이용하여 다음의 수학식 21과 같이 헤르미트 보간 충전상태 다항식으로부터 충전상태함수가 산출될 수 있다.Using the calculated polynomial coefficients, the state of charge function may be calculated from the Hermit interpolation state of charge polynomial as shown in Equation 21 below.

[수학식 21][Equation 21]

Figure 112011005241806-pat00077
Figure 112011005241806-pat00077

도 6을 참조하면, 도 6은 실측 충전상태 그래프와 수학식 21의 충전상태함수에 따른 그래프를 나타낸 것으로, 헤르미트 보간법을 이용한 충전상태함수가 매우 정확한 곡선 기울기로 근사화된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, FIG. 6 shows a measured state of charge graph and a graph according to the state of charge function of Equation 21. It can be seen that the state of charge function using the Hermit interpolation method is approximated by a very accurate curve slope.

도 7은 충전 상태 산출 장치의 구성을 개략적으로 예시한 구성도이다.7 is a configuration diagram schematically illustrating a configuration of an apparatus for calculating a state of charge.

도 7을 참조하면, 충전 상태 산출 장치는 검출부(10), 제1 산출부(20), 제2 산출부(30), 제어부(40), 출력부(50) 및 저장부(60)를 포함한다.Referring to FIG. 7, the apparatus for calculating a state of charge includes a detector 10, a first calculator 20, a second calculator 30, a controller 40, an output unit 50, and a storage unit 60. do.

검출부(10)는 배터리 전압을 검출한다. 예를 들어, 검출부(10)는 전압을 측정하는 센서를 통해 배터리의 전압을 검출할 수 있다.The detector 10 detects the battery voltage. For example, the detector 10 may detect the voltage of the battery through a sensor that measures the voltage.

제1 산출부(20)는 배터리가 충방전되지 않는 경우, 제어부(40)의 제어에 의해 배터리의 개방회로전압에 따라 충전 상태를 산출한다. 예를 들어, 제1 산출부(20)는 사전에 저장된 개방회로전압에 대한 충전 상태의 상관관계를 이용하여 충전 상태를 산출할 수 있다.When the battery is not charged or discharged, the first calculator 20 calculates the state of charge according to the open circuit voltage of the battery under the control of the controller 40. For example, the first calculator 20 may calculate the state of charge by using a correlation of the state of charge with respect to an open circuit voltage stored in advance.

제2 산출부(30)는 배터리가 충방전되는 경우, 제어부(40)의 제어에 의해 충전상태함수를 이용하여 검출된 배터리의 전압에 따른 충전상태를 산출한다. 예를 들어, 제2 산출부(30)는 충전기를 통한 충전인 경우 전류 적산 방법을 이용하여 충전 상태를 산출하고, 태양전지를 통한 충전인 경우나 일반 방전의 경우(예를 들면, 이동통신단말이 전화 통화로 인하여 전류가 흐르는 경우)에 헤르미트 보간법(Hermite Interpolation)을 이용하여 구현된 고차 다항식(high order polynomial)을 통해 충전 상태를 산출할 수 있다. 즉, 제2 산출부(30)는 도 2 내지 도 6을 참조하면 전술한 충전상태함수를 이용하여 충전상태를 산출할 수 있다. When the battery is charged and discharged, the second calculator 30 calculates the charged state according to the detected voltage of the battery by using the charged state function under the control of the controller 40. For example, the second calculator 30 calculates the state of charge by using the current integration method in the case of charging through the charger, and in the case of charging through the solar cell or in the case of general discharge (for example, the mobile communication terminal). The charge state can be calculated using a high order polynomial implemented using Hermite Interpolation in the case where current flows due to the telephone call. That is, the second calculator 30 may calculate the state of charge using the state of charge function described above with reference to FIGS. 2 to 6.

제어부(40)는 충전 상태 산출 장치의 각 구성부(검출부(10), 제1 산출부(20), 제2 산출부(30), 출력부(50) 및 저장부(60))를 제어한다.The controller 40 controls each component of the state of charge calculating device (detector 10, first calculator 20, second calculator 30, output unit 50, and storage unit 60). .

제어부(40)는 검출부(10)를 통해 배터리의 충방전 여부를 판단하고, 충방전 여부에 따라 제1 산출부(20) 또는 제2 산출부(30)가 배터리의 충전상태를 산출하도록 제어한다. 또한, 제어부(40)는 출력부(50)가 산출된 충전상태를 출력하도록 제어한다.The controller 40 determines whether the battery is charged or discharged through the detector 10, and controls the first calculator 20 or the second calculator 30 to calculate the state of charge of the battery according to whether the battery is charged or discharged. . In addition, the controller 40 controls the output unit 50 to output the calculated state of charge.

출력부(50)는 제어부(40)의 제어에 의해 산출된 충전상태를 출력한다.The output unit 50 outputs the state of charge calculated by the control of the control unit 40.

저장부(60)는 충전상태를 산출하는데 필요한 정보를 저장한다. 예를 들어, 저장부(60)는 배터리의 개방회로전압에 대한 충전 상태의 상관관계 정보를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(60)는 충전상태함수 정보를 저장할 수 있다. 이때, 저장부(60)는 충전상태함수의 차수 정보 및 계수 정보를 테이블로 저장할 수 있다.
The storage unit 60 stores information necessary for calculating the state of charge. For example, the storage unit 60 may store the correlation information of the state of charge with respect to the open circuit voltage of the battery. In addition, the storage unit 60 may store the charging state function information. In this case, the storage unit 60 may store the order information and the coefficient information of the state of charge function as a table.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 충전 상태 산출 방법은 다양한 전자적으로 정보를 처리하는 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 저장 매체에 기록될 수 있다. 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. On the other hand, the method of calculating the state of charge according to an embodiment of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various electronic means for processing information may be recorded in the storage medium. The storage medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.

저장 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 소프트웨어 분야 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 저장 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 또한 상술한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 전자적으로 정보를 처리하는 장치, 예를 들어, 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. Program instructions to be recorded on the storage medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of software. Examples of storage media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic-optical media such as floppy disks. hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media and ROM, RAM, flash memory, and the like. In addition, the above-described medium may be a transmission medium such as an optical or metal wire, a waveguide, or the like including a carrier wave for transmitting a signal specifying a program command, a data structure, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also devices that process information electronically using an interpreter, for example, high-level language code that can be executed by a computer.

상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.

Claims (18)

배터리(Battery)가 장착된 시스템에서 상기 배터리의 충전 상태를 산출하는 장치에 있어서,
상기 배터리의 전압 및 전류를 검출하는 검출부;
헤르미트 보간법(Hermite Interpolation)을 이용하여 구현된 고차 다항식(high order polynomial)으로부터 산출되고, 상기 배터리의 전압과 충전상태의 상관관계를 나타내는 충전상태함수의 계수 및 차수 정보를 저장하는 저장부;
상기 충전상태함수 정보를 이용하여 상기 전압에 따른 충전 상태를 산출하는 제1 산출부; 및
상기 전류의 검출을 통하여 전류의 흐름 여부를 판단하여 상기 배터리의 충방전 여부를 판단하고, 전류의 흐름이 발생하여 충방전되는 경우, 상기 제1 산출부가 상기 충전 상태를 산출하도록 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 고차 다항식은 N차의 충전상태 다항식이고, 상기 충전상태 다항식은 상기 충전상태 다항식의 곡선 기울기를 나타내는 파라미터(K) 및 상기 충전상태 다항식이 항상 변곡점을 가지도록 설정된 보정계수를 포함하고,
상기 충전상태 다항식(PSOC(x))은 하기의 수학식으로 나타나고,
Figure 112011081477733-pat00133

여기서,
Figure 112011081477733-pat00134
은 계수, Vb는 배터리 전압이고, Vc는 배터리의 충전 종지 전압이고, Vd는 배터리의 방전 종지 전압임
상기 충전상태 다항식 및 상기 계수는 충전 및 방전의 경우 각각 하기의 수학식으로 나타나고,
충전시 충전상태 다항식(PSOC(x)C) 및 계수(
Figure 112011081477733-pat00135
):
Figure 112011081477733-pat00136

Figure 112011081477733-pat00137

방전시 충전상태 다항식(PSOC(x)D) 및 계수(
Figure 112011081477733-pat00138
):
Figure 112011081477733-pat00139

Figure 112011081477733-pat00140

상기 보정계수(CN-K)가 적용된 충전상태 다항식 및 계수는 충전 및 방전의 경우 각각 하기의 수학식으로 나타나고,
충전시 충전상태 다항식(PSOC(x)C) 및 계수(
Figure 112011081477733-pat00141
):
Figure 112011081477733-pat00142

Figure 112011081477733-pat00143

방전시 충전상태 다항식(PSOC(x)D) 및 계수(
Figure 112011081477733-pat00144
):
Figure 112011081477733-pat00145

Figure 112011081477733-pat00146

Figure 112011081477733-pat00147

충전상태함수는 상기 배터리의 전압에 대한 충전상태를 측정한 실측 데이터로부터 산출된 상기 변곡점 및 상기 변곡점의 기울기를 이용하여 상기 충전상태 다항식에서 상기 보정계수 및 상기 K가 결정되어 산출되는 것을 특징으로 하는 충전 상태 산출 장치.
An apparatus for calculating a state of charge of a battery in a system equipped with a battery,
A detector for detecting a voltage and a current of the battery;
A storage unit calculated from a high order polynomial implemented using Hermite Interpolation, and storing coefficient and order information of a state of charge function indicating a correlation between the voltage of the battery and the state of charge;
A first calculator configured to calculate a state of charge according to the voltage using the state of charge function information; And
A control unit configured to determine whether the current flows through the detection of the current to determine whether the battery is charged or discharged, and to control the first calculator to calculate the state of charge when the current flows. But
The higher-order polynomial is a state-of-charge polynomial of order N, wherein the state of charge polynomial includes a parameter (K) indicating a curve slope of the state of charge polynomial and a correction coefficient set such that the state of charge polynomial always has an inflection point,
The state of charge polynomial (P SOC (x)) is represented by the following equation,
Figure 112011081477733-pat00133

here,
Figure 112011081477733-pat00134
Is the coefficient, V b is the battery voltage, V c is the end-of-charge voltage of the battery, and V d is the end-of-discharge voltage of the battery
The state of charge polynomial and the coefficient are represented by the following equations for charge and discharge, respectively,
State of charge polynomial (P SOC (x) C ) and coefficient (
Figure 112011081477733-pat00135
):
Figure 112011081477733-pat00136

Figure 112011081477733-pat00137

State of charge polynomial at discharge (P SOC (x) D ) and coefficient (
Figure 112011081477733-pat00138
):
Figure 112011081477733-pat00139

Figure 112011081477733-pat00140

The state of charge polynomial and the coefficient to which the correction coefficient C NK is applied are represented by the following equations for charge and discharge, respectively,
State of charge polynomial (P SOC (x) C ) and coefficient (
Figure 112011081477733-pat00141
):
Figure 112011081477733-pat00142

Figure 112011081477733-pat00143

State of charge polynomial at discharge (P SOC (x) D ) and coefficient (
Figure 112011081477733-pat00144
):
Figure 112011081477733-pat00145

Figure 112011081477733-pat00146

Figure 112011081477733-pat00147

The state of charge function is calculated by calculating the correction coefficient and K in the state of charge polynomial using the inflection point and the inclination of the inflection point calculated from measured data measured the state of charge with respect to the voltage of the battery. Charge state calculation device.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 보정계수는 상기 실측 데이터로부터 산출된 변곡점이 충전시 (ζ, SOCC(ζ))이고, 방전시 (ζ, SOCD(ζ))인 경우, 하기의 수학식을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 충전 상태 산출 장치.
Figure 112011081477733-pat00093

Figure 112011081477733-pat00094

Figure 112011081477733-pat00095

The method of claim 1,
The correction coefficient is calculated when the inflection point calculated from the measured data is (ζ, SOC C (ζ)) at the time of charging and (ζ, SOC D (ζ)) at the discharge. Charge state calculating device.
Figure 112011081477733-pat00093

Figure 112011081477733-pat00094

Figure 112011081477733-pat00095

제6항에 있어서,
상기 변곡점에서의 기울기는 하기의 수학식을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 충전 상태 산출 장치.
Figure 112011005241806-pat00096

Figure 112011005241806-pat00097

Figure 112011005241806-pat00098

Figure 112011005241806-pat00099

The method of claim 6,
The slope at the inflection point is calculated using the following equation.
Figure 112011005241806-pat00096

Figure 112011005241806-pat00097

Figure 112011005241806-pat00098

Figure 112011005241806-pat00099

제7항에 있어서,
상기 실측 데이터로부터 획득된 변곡점 (ζ, SOCC(ζ))와 (ζ, SOCD(ζ))에서의 평균 곡선 기울기가 각각 SlopC 및 SlopD인 경우, 상기 보정계수(CN -K), 상기 N 및 상기 K는 하기의 수학식을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 충전 상태 산출 장치.
Figure 112011005241806-pat00100

Figure 112011005241806-pat00101

The method of claim 7, wherein
When the mean curve slopes at the inflection points ζ, SOC C (ζ) and (ζ, SOC D (ζ)) obtained from the measured data are Slop C and Slop D , respectively, the correction coefficient (C N -K ) And N and K are determined using the following equation.
Figure 112011005241806-pat00100

Figure 112011005241806-pat00101

제1항에 있어서,
상기 배터리의 개방회로전압에 대한 충전 상태의 상관관계를 이용하여 상기 전압에 따른 충전 상태를 산출하는 제2 산출부를 더 포함하되,
상기 저장부는 상기 배터리의 개방회로전압에 대한 충전 상태의 상관관계를 더 저장하고,
상기 제어부는 전류의 흐름이 발생하지 않아 상기 배터리가 충방전되지 않는 경우, 상기 제2 산출부가 상기 충전 상태를 산출하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 충전 상태 산출 장치.
The method of claim 1,
A second calculation unit for calculating a state of charge according to the voltage using a correlation of the state of charge with respect to the open circuit voltage of the battery,
The storage unit further stores a correlation of the state of charge with respect to the open circuit voltage of the battery,
And the controller controls the second calculator to calculate the state of charge when the current is not generated and the battery is not charged or discharged.
배터리(Battery)가 장착된 시스템에 구비된 충전 상태 산출 장치가 상기 배터리의 충전 상태를 산출하는 방법에 있어서,
상기 배터리의 전류의 검출을 통하여 전류의 흐름 여부를 판단하여 충방전 여부를 판단하는 단계;
상기 전류의 흐름이 발생하여 상기 배터리가 충방전되는 경우, 상기 배터리의 전압을 검출하는 단계;
헤르미트 보간법(Hermite Interpolation)을 이용하여 구현된 고차 다항식(high order polynomial)으로부터 산출되고, 상기 배터리의 전압과 충전상태의 상관관계를 나타내는 충전상태함수를 이용하여 상기 전압에 따른 충전 상태를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 충전 상태를 출력하는 단계를 포함하되,
상기 고차 다항식은 N차의 충전상태 다항식이고, 상기 충전상태 다항식은 상기 충전상태 다항식의 곡선 기울기를 나타내는 파라미터(K) 및 상기 충전상태 다항식이 항상 변곡점을 가지도록 설정된 보정계수를 포함하고,
상기 충전상태 다항식(PSOC(x))은 하기의 수학식으로 나타나고,
Figure 112011081477733-pat00148

여기서,
Figure 112011081477733-pat00149
은 계수, Vb는 배터리 전압이고, Vc는 배터리의 충전 종지 전압이고, Vd는 배터리의 방전 종지 전압임
상기 충전상태 다항식 및 상기 계수는 충전 및 방전의 경우 각각 하기의 수학식으로 나타나고,
충전시 충전상태 다항식(PSOC(x)C) 및 계수(
Figure 112011081477733-pat00150
):
Figure 112011081477733-pat00151

Figure 112011081477733-pat00152

방전시 충전상태 다항식(PSOC(x)D) 및 계수(
Figure 112011081477733-pat00153
):
Figure 112011081477733-pat00154

Figure 112011081477733-pat00155

상기 보정계수(CN-K)가 적용된 충전상태 다항식 및 계수는 충전 및 방전의 경우 각각 하기의 수학식으로 나타나고,
충전시 충전상태 다항식(PSOC(x)C) 및 계수(
Figure 112011081477733-pat00156
):
Figure 112011081477733-pat00157

Figure 112011081477733-pat00158

방전시 충전상태 다항식(PSOC(x)D) 및 계수(
Figure 112011081477733-pat00159
):
Figure 112011081477733-pat00160

Figure 112011081477733-pat00161

Figure 112011081477733-pat00162

충전상태함수는 상기 배터리의 전압에 대한 충전상태를 측정한 실측 데이터로부터 산출된 상기 변곡점 및 상기 변곡점의 기울기를 이용하여 상기 충전상태 다항식에서 상기 보정계수 및 상기 K가 결정되어 산출되는 것을 특징으로 하는 충전 상태 산출 방법.
In the method for calculating the state of charge of the battery by the state of charge calculation device provided in the system equipped with a battery (Battery),
Judging whether the current flows through the detection of the current of the battery to determine whether the battery is charged or discharged;
Detecting a voltage of the battery when the current flows to charge and discharge the battery;
Calculating the state of charge according to the voltage using a state of charge function calculated from a high order polynomial implemented using Hermite Interpolation and correlating the state of the battery with the state of charge step; And
Outputting the calculated state of charge,
The higher-order polynomial is a state-of-charge polynomial of order N, wherein the state of charge polynomial includes a parameter (K) indicating a curve slope of the state of charge polynomial and a correction coefficient set such that the state of charge polynomial always has an inflection point,
The state of charge polynomial (P SOC (x)) is represented by the following equation,
Figure 112011081477733-pat00148

here,
Figure 112011081477733-pat00149
Is the coefficient, V b is the battery voltage, V c is the end-of-charge voltage of the battery, and V d is the end-of-discharge voltage of the battery
The state of charge polynomial and the coefficient are represented by the following equations for charge and discharge, respectively,
State of charge polynomial (P SOC (x) C ) and coefficient (
Figure 112011081477733-pat00150
):
Figure 112011081477733-pat00151

Figure 112011081477733-pat00152

State of charge polynomial at discharge (P SOC (x) D ) and coefficient (
Figure 112011081477733-pat00153
):
Figure 112011081477733-pat00154

Figure 112011081477733-pat00155

The state of charge polynomial and the coefficient to which the correction coefficient C NK is applied are represented by the following equations for charge and discharge, respectively,
State of charge polynomial (P SOC (x) C ) and coefficient (
Figure 112011081477733-pat00156
):
Figure 112011081477733-pat00157

Figure 112011081477733-pat00158

State of charge polynomial at discharge (P SOC (x) D ) and coefficient (
Figure 112011081477733-pat00159
):
Figure 112011081477733-pat00160

Figure 112011081477733-pat00161

Figure 112011081477733-pat00162

The state of charge function is calculated by calculating the correction coefficient and K in the state of charge polynomial using the inflection point and the inclination of the inflection point calculated from measured data measured the state of charge with respect to the voltage of the battery. How to calculate the state of charge.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제10항에 있어서,
상기 보정계수는 상기 실측 데이터로부터 산출된 변곡점이 충전시 (ζ, SOCC(ζ))이고, 방전시 (ζ, SOCD(ζ))인 경우, 하기의 수학식을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 충전 상태 산출 방법.
Figure 112011081477733-pat00117

Figure 112011081477733-pat00118

Figure 112011081477733-pat00119

The method of claim 10,
The correction coefficient is calculated when the inflection point calculated from the measured data is (ζ, SOC C (ζ)) at the time of charging and (ζ, SOC D (ζ)) at the discharge. Charge state calculation method.
Figure 112011081477733-pat00117

Figure 112011081477733-pat00118

Figure 112011081477733-pat00119

제15항에 있어서,
상기 변곡점에서의 기울기는 하기의 수학식을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 충전 상태 산출 방법.
Figure 112011005241806-pat00120

Figure 112011005241806-pat00121

Figure 112011005241806-pat00122

Figure 112011005241806-pat00123

16. The method of claim 15,
The slope at the inflection point is calculated using the following equation.
Figure 112011005241806-pat00120

Figure 112011005241806-pat00121

Figure 112011005241806-pat00122

Figure 112011005241806-pat00123

제16항에 있어서,
상기 실측 데이터로부터 획득된 변곡점 (ζ, SOCC(ζ))와 (ζ, SOCD(ζ))에서의 평균 곡선 기울기가 각각 SlopC 및 SlopD인 경우, 상기 보정계수(CN -K), 상기 N 및 상기 K는 하기의 수학식을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 충전 상태 산출 방법.
Figure 112011005241806-pat00124

Figure 112011005241806-pat00125

The method of claim 16,
When the mean curve slopes at the inflection points ζ, SOC C (ζ) and (ζ, SOC D (ζ)) obtained from the measured data are Slop C and Slop D , respectively, the correction coefficient (C N -K ) And N and K are determined using the following equation.
Figure 112011005241806-pat00124

Figure 112011005241806-pat00125

제10항에 있어서,
상기 전류의 흐름이 발생하지 않아 상기 배터리가 충방전되지 않는 경우, 상기 배터리의 개방회로전압에 대한 충전 상태의 상관관계를 이용하여 상기 배터리의 개방회로전압에 따라 충전 상태를 산출하는 단계를 더 포함하는 충전 상태 산출 방법.
The method of claim 10,
Calculating a state of charge according to the open circuit voltage of the battery using the correlation of the state of charge with respect to the open circuit voltage of the battery when the current does not flow and thus the battery is not charged or discharged. Charge state calculation method made.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014088325A1 (en) * 2012-12-04 2014-06-12 주식회사 엘지화학 Method and device for estimating depth of discharge of secondary battery
WO2017127676A1 (en) * 2016-01-22 2017-07-27 Ovonic Battery Company, Inc. Method of calibrating state-of charge in a rechargeable battery
WO2019088404A1 (en) * 2017-10-31 2019-05-09 삼성에스디아이 주식회사 Method for displaying charge amount of battery, and battery pack and electronic device for performing same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100673036B1 (en) 2001-11-09 2007-01-22 현대중공업 주식회사 Battery state of charge presumed method of battery management system for electric vehicle

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100673036B1 (en) 2001-11-09 2007-01-22 현대중공업 주식회사 Battery state of charge presumed method of battery management system for electric vehicle

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014088325A1 (en) * 2012-12-04 2014-06-12 주식회사 엘지화학 Method and device for estimating depth of discharge of secondary battery
US9678165B2 (en) 2012-12-04 2017-06-13 Lg Chem, Ltd. Apparatus for estimating depth of discharge (DOD) of secondary battery
WO2017127676A1 (en) * 2016-01-22 2017-07-27 Ovonic Battery Company, Inc. Method of calibrating state-of charge in a rechargeable battery
WO2019088404A1 (en) * 2017-10-31 2019-05-09 삼성에스디아이 주식회사 Method for displaying charge amount of battery, and battery pack and electronic device for performing same
US11378624B2 (en) 2017-10-31 2022-07-05 Samsung Sdi Co., Ltd. Method for displaying charge amount of battery, and battery pack and electronic device for performing same

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