KR101256073B1 - 배터리의 ｓｏｃ 추정 방법 및 이를 이용한 배터리 관리시스템 - Google Patents

Abstract

배터리 관리 시스템는 SOC 리셋이 수행된 후에 동일한 리셋이 반복적으로 수행되는 오류를 효과적으로 방지할 수 있는 SOC 추정 방법을 사용한다.

배터리 관리 시스템에서 사용되는 배터리의 SOC 추정 방법은 0 또는 1의 값을 가지는 플래그 신호를 이용하여 안정적인 SOC 리셋을 수행한다. 구체적으로, 일정한 시간 간격으로 배터리의 팩전압을 측정하고 측정된 팩전압의 평균 팩전압을 산출한다. 그리고 평균 팩전압과 특정 전압의 크기를 비교하여 특정 전압에 대응하는 SOC 리셋의 수행 여부를 판단한다. 그런 다음 SOC 리셋이 수행 가능한지를 알려주는 플래그 신호를 확인하고 플래그 신호가 1이면 SOC 리셋을 수행한다. SOC 리셋이 수행된 후에 동일한 SOC 리셋의 반복 수행을 방지하기 위하여 플래그 신호는 0으로 재설정된다.

SOC, 리셋, BMS, MCU, 배터리

Description

배터리의 ＳＯＣ 추정 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 시스템{Method of estimating SOC for battery and battery management system using the same}

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

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

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MCU의 동작을 순서대로 보여주는 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 SOC 리셋 알고리즘을 순서대로 보여주는 도면이다.

본 발명은 배터리 관리 시스템(Battery Management System)에 관한 것으로, 특히, 전기 에너지를 이용하는 자동차에 사용될 수 있는 배터리 관리 시스템 및 그의 구동방법에 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 전기에너지만을 이용하여 동작하는 자동차이다. 이러한 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.

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

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

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 더욱 정확하게 배터리의 SOC를 추정할 수 있는 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 SOC 리셋이 수행된 후에 동일한 리셋이 반복적으로 수행되는 오류를 효과적으로 방지할 수 있는 SOC 추정 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 특징에 따른 배터리 관리 시스템에서 사용되는 배터리의 SOC 추정 방법은, a) 상기 배터리의 팩전압을 측정하는 단계; b) 측정된 상기 팩전압과 특정 전압을 비교하여 상기 특정 전압에 대응하는 SOC 리셋의 수행 여부를 판단하는 단계; 및 c) 상기 SOC 리셋이 수행 가능한지를 알려주는 플래그 신호를 확인하고 상기 플레그 신호에 기초하여 상기 SOC 리셋을 수행하는 단계를 포함한다.

상기 플래그 신호는 0 또는 1의 값을 가지며, 상기 c) 단계에서, 상기 플래그 신호가 1이면 상기 SOC 리셋을 수행하고 상기 플래그 신호가 0이면 상기 SOC 리셋을 수행하지 않을 수 있다.

상기 c) 단계 후에 d) 상기 c) 단계에서 상기 SOC 리셋이 수행된 후에 상기 플래그 신호를 0으로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 SOC 리셋은 SOC가 25%, 40%, 70% 및 85%에 대하여 수행될 수 있고, 상기 SOC 25%, 40%, 70% 및 85% 각각에 대하여 리셋 수행 여부를 알려주는 플래그 신호가 존재할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따른 배터리 관리 시스템에서 사용되는 배터리의 SOC 추정 방법은, a) 상기 SOC 리셋의 수행 여부를 결정하는 플래그 신호를 초기화하는 단계; b) 제1 기간 간격으로 팩전류 및 팩전압을 측정하는 단계; c) 상기 제1 기간 보다 긴 제2 기간 간격으로 상기 팩전류를 이용하여 SOC를 산출하여 출력하는 단계; d) 상기 제1 기간보다 긴 제3 기간 간격으로 상기 팩전압의 크기에 기초하여 SOC 리셋의 필요 여부를 판단하는 단계; 및 e) 상기 SOC 리셋이 필요한 경우 상기 플래그 신호에 기초하여 SOC 수행하는 단계를 포함한다.

상기 e) 단계는, 상기 리셋이 수행된 후, 동일한 상기 SOC 리셋의 수행을 방지할 수 있도록 상기 플래그 신호를 재설정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 배터리 관리 시스템의 구동방법은 전기를 이용하는 자동차의 ECU(engine controller unit)에 연결되는 배터리 관리 시스템의 구동방법으로서, a) 상기 배터리 관리 시스템을 키온하는 단계; b) 상기 배터리의 SOC를 초기화하고, SOC 리셋의 수행여부를 결정하는 플래그 신호를 초기화하는 단계; c) 배터리의 팩전류 및 팩전압을 제1 기간 간격으로 측정하는 단계; d) 상기 제1 기간보다 긴 제2 기간 간격으로 측정된 상기 팩전류를 이용하여 SOC를 산출하는 단계: e) 상기 제1 기간보다 긴 제3 기간 간격으로 측정된 상기 팩전압이 특정 전압 보다 큰가를 판단하는 단계; 및 f) SOC 리셋을 수행하고 상기 플래그 신호를 재설정하는 단계를 포함한다.

상기 SOC 리셋은 SOC가 25%, 40%, 70% 및 85%에 대하여 수행되며, SOC 25%, 40%, 70% 및 85% 각각에 대응하는 상기 특정 전압이 미리 설정되어 저장될 수 있고, 상기 플래그 신호는 상기 SOC 25%, 40%, 70% 및 85% 각각에 대하여 리셋 수행 여부를 알려주는 신호로서 0 또는 1 값을 가질 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 배터리 관리 시스템관리 시스템은, 전기를 이용하는 자동차의 ECU로 배터리의 SOC를 출력하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템으로서, 배터리의 팩전류 및 팩전압을 제1 기간 간격으로 측정하는 센싱부; 측정된 상기 팩전류를 이용하여 SOC를 산출하여 출력하는 SOC 산출부; 측정된 상기 팩전압의 크기 및 리셋 수행 허부(許否)를 결정하는 플래그 신호에 기초하여 리셋 SOC를 출력하는 SOC 리셋부; 및 산출된 상기 SOC 또는 상기 리셋 SOC 중 어느 하나를 상기 배터리의 현재 SOC로서 상기 ECU로 출력하는 SOC 출력부를 포함한다.

상기 SOC 리셋부는, 상기 배터리 관리 시스템이 키온된 때 상기 플래그 신호를 초기화하고, 상기 리셋 SOC가 출력된 후 동일한 리셋 SOC 출력되는 것을 방지하기 위하여 상기 플래그 신호를 재설정하는 플래그 설정부를 포함할 수 있다.

SOC 리셋부는, 실험에 의하여 얻어진 데이터로서 실재 배터리의 SOC 값과 상기 특정 전압이 대응되게 저장된 LUT를 더 포함하고, 상기 팩전압의 크기가 상기 특정 전압보다 크고 상기 플래그 신호가 리셋 수행 허용 상태일 때 상기 리셋 SOC를 출력할 수 있다.

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 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 전기를 이용하는 자동차 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.

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

먼저, 배터리(2)는 복수의 전지 셀이 서로 직렬로 연결된 복수의 서브팩(2a ~ 2h), 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 출력하는 Hall CT(Hall current transformer)일 수 있다.

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

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

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

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

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

MCU(20)는 센싱부(10)로부터 전달받은 배터리 전체 팩전류, 배터리 전체 팩전압, 각 전지 셀전압, 셀온도 및 주변온도에 기초하여 배터리(2)의 충전상태(state of charging, 이하 SOC), 건강상태(state of health, 이하 SOH) 등을 추정하여 배터리(2)의 상태를 알려주는 정보를 생성하고 자동차의 ECU(7)에 전달한다. 따라서 자동차의 ECU는 MCU(20)로부터 전달된 SOC 및 SOH에 기초하여 배터리(2)의 충전 또는 방전을 수행한다.

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

ECU(7)는 차량의 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 차량 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터제너레이터(9)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 즉 ECU(7)는 인버터(8)의 스위칭을 제어하여 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) 방 향으로 출력되도록 하여 배터리(2)를 방전시키고 이때 팩전류(I)는 '-'값이 될 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.

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

이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 MCU(20)에 대하여 상세하게 설명한다.

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

도 2에 도시된 바와 같이, MCU(20)는 타이머(21), 평균값 연산부(22), SOC 산출부(23), SOC 리셋부(24) 및 SOC 출력부(25)를 포함한다.

타이머(21)는 시간을 계산하여 100ms 단위 및 1s 단위로 신호를 출력한다.

평균값 연산부(22)는 타이머(21)로부터 100ms 마다 출력되는 신호에 기초하여 10ms마다 측정되어 수신된 10개의 팩전류의 평균(I_avg)을 계산한다. 또한 평균 값 연산부(22)는 타이머(21)로부터 1s 마다 출력되는 신호에 기초하여 10ms마다 측정되어 수신된 100개의 팩전압의 평균(V_avg)을 계산한다.

SOC 산출부(23)는 평균값 연산부(22)로부터 전달받은 평균 팩전류(I_avg)및 배터리(2)의 충전효율을 이용하여 아래 수학식 1과 같이 산출 SOC(SOC_cal)를 출력한다.

여기서

는 충방전 전류로서 평균 팩전류(I_avg)이고,

는 배터리(2)의 충전효율이고,

는 총 배터리 용량(Total Amount of charge)이다.

SOC 리셋부(24)는 평균값 연산부(22)에서 산출된 평균 팩전압(V_avg)에 기초하여 SOC 리셋이 필요한지를 판단하고 리셋 SOC(SOC_reset)를 출력한다.

SOC 리셋이라 함은, 팩전류, 팩전압 등을 기초로 판단한 배터리의 상태가 일정 조건에 해당하는 경우 실험에 의해 얻어진 데이터 등을 이용하여 추정 SOC 값을 무시하고 특정 SOC 값을 현재의 배터리의 SOC값으로 설정해 버리는 것을 의미한다. 이 때 SOC 값을 리셋 SOC(SOC_reset)라고 한다. 보통의 경우에는 앞의 수학식 1에 의해 산출된 추정 SOC를 현재의 배터리의 SOC로 출력한다. 그러나 수학식 1에 의해 계산된 산출 SOC(SOC_cal)는 팩전류 값을 기초로 산출된 것이므로 실제 배터리(2)의 SOC와는 오차가 있을 수 있다. 이러한 오차를 보정하기 위하여 SOC 리셋을 수행하는 것이다.

SOC 리셋부(24)는 실험에 의하여 얻어진 데이터로서 SOS가 0%, 25%, 40%, 70%, 85% 및 100%일 때의 리셋 팩전압이 각각 저장된 룩업데이블(look up table)인 LUT(24a) 및 리셋이 수행에 대응하여 플래그를 설정하거나 해제하는 Flag설정부(24b)를 포함한다. SOC 리셋부(24)는 현재의 평균 팩전압(V_avg)과 LUT(24a)에 저장된 SOC 0%, 25%, 40%, 70%, 85% 및 100%일 때의 리셋 팩전압과 각각 비교하여 평균 팩전압(V_avg)이 해당 리셋 전압보다 크거나 작으면 리셋을 수행한다. 예컨대, 현재의 평균 팩전압(V_avg)이 SOC 40%에 대응되는 리셋전압(V_40%reset)보다는 작고 SOC 25%에 대응하는 리셋 팩전압(V_25%reset)보다 크면, SOC 리셋부(24)는 40%를 리셋 SOC(SOC_reset)로서 SOC 출력부(25)에 출력하여 SOC 40% 리셋을 수행한다. 이와 같은 방식으로 SOC 25% 리셋을 수행한다. 한편 SOC 70% 및 SOC 80% 리셋의 경우는 대응되는 리셋 전압보다 평균 팩전압이 크면 리셋을 수행한다.

SOC 출력부(25)는 SOC 산출부(23)에서 출력된 산출 SOC(SOC_cal) 또는 SOC 리셋부(24)에서 출력된 리셋 SOC(SOC_reset) 중 어느 하나를 현재 배터리(2)의 SOC로서 ECU(7)로 출력한다. 구체적으로는 SOC 리셋부(24)에서 리셋 SOC(SOC_reset)가 출력되면 리셋 SOC(SOC_reset)를 현재 배터리(2)의 SOC로서 ECU(7)로 출력하고, SOC 리셋부(24)에서 리셋 SOC(SOC_reset)가 출력되지 않으면 SOC 산출부(23)에서 출력된 산출 SOC(SOC_cal)를 현재 배터리(2)의 SOC로서 ECU(7)로 출력한다.

다음은 본 발명의 실시예에 따른 MCU(20)의 동작에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MCU(20)의 동작을 순서대로 보여주는 도면이다.

먼저 SOC 초기화를 수행한다(S110). SOC 초기화는 BMS(1)가 키오프(key off)될 때 저장부(50, 도 1 참조)에 저장된 SOC 등을 이용하여 초기화한다.

다음에, SOS 25%, 40%, 70% 및 85% 리셋을 수행할 수 있도록 Flag_85, Flag_70, Flag_40 및 Flag_25를 각각 '1'로 초기화한다(S120). 여기서 Flag_85가 '1'이라 함은 플레그가 해제된 것으로 SOC 85% 리셋을 수행할 수 있는 상태를 의미하는 것이고, Flag_85가 '0'이라함은 플래그가 설정된 것으로 SOC 85% 리셋의 수행이 불가능한 상태를 의미하는 것이다. 또한 SOC의 목표값은 55%이므로 리셋을 수행하는 SOC 값을 55%의 ±15에 해당하는 25% 및 40%와, ±30에 해당하는 70% 및 85%로 설정하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 센싱부(10)는 팩전류(I) 및 팩전압(V)을 측정한다(S130)

평균값 연산부(22)는 Timer(21)로부터 100ms 신호가 수신되어 timer가 10ms보다 크다고 판단하면(S140), 평균 팩전류(I_avg)를 산출하여 SOC 산출부(23)로 출력한다(S141). 본 발명의

평균 팩전류(I_avg)를 입력받은 SOC 산출부(23)는 앞서 설명한 수학식 1을 이용하여 산출 SOC(SOC_cal)를 산출한다(S142). 이렇게 산출된 산출 SOC(SOC_cal)는 현재 배터리(2)의 SOC로서 출력된다(S143).

평균값 연산부(22)는 Timer(21)로부터 1s 신호가 수신되어 timer가 1s보다 크다고 판단하면(S150), 평균 팩전류(I_avg) 및 평균 팩전압(V_avg)을 산출하여 SOC 리셋부(24)로 출력한다(S151). 본 실시예에서는 평균값을 이용하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 팩전류 및 팩전압을 그대로 이용할 수도 있다.

SOC 리셋부(24)는 SOC 리셋 알고리즘을 수행하여 리셋 SOC를 결정하고(S152), 이렇게 결정된 리셋 SOC를 현재의 배터리(2)의 SOC로서 출력한다(S153).

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 SOC 리셋 알고리즘을 순서대로 보여주는 도면이다.

단계(S151)에서 산출된 평균 팩전류(I_avg)가 0(zero)보다 큰지를 판단한다(S200).

평균 팩전류(I_avg)가 0보다 크다고 판단되면 현재의 평균 팩전압(V_avg)이 SOC 100%에 대응하는 팩전압(V_100%reset)보다 큰 지를 판단하고(S210), 평균 팩전압(V_avg)이 팩전압(V_100%reset)보다 크면, SOC 리셋부(24)는 리셋 SOC(SOC_reset)로서 100%를 출력한다(S211).

평균 팩전압(V_avg)이 팩전압(V_100%reset)보다 크지 않으면, 다시 평균 팩전압(V_avg)이 팩전압(V_85%reset)보다 큰지를 판단한다(S212). 평균 팩전압(V_avg)이 팩전압(V_85%reset)보다 작으면 Flag_85는 1로 설정하고(S213), 크면 현재 설정된 Flag_85가 1인지를 확인하여(S214) 현재 Flag_85가 1인 경우에만 리셋 SOC(SOC_reset)로서 85%를 출력한 후, Flag_85는 0으로 설정한다(S215).

그리고 평균 팩전압(V_avg)이 팩전압(V_85%reset)보다 작으나 Flag_85가 1이 아니면 평균 팩전압(V_avg)이 팩전압(V_70%reset)보다 큰 지를 판단하여(S216), 평균 팩전압(V_avg)이 팩전압(V_70%reset)보다 작으면 Flag_70은 1로 설정하고(S217), 크면 현재 설정된 Flag_70가 1인지를 확인하여(S218) 현재 Flag_70가 1인 경우에만 리셋 SOC(SOC_reset)로서 70%를 출력한 후, Flag_70는 0으로 설정한다 (S219).

이렇게 하여 평균 팩전류(I_avg)가 0보다 큰 충전 과정에서 리셋을 수행할 수 있다. 또한 특정 리셋이 수행된 후에는 특정 리셋에 대응하는 플레그가 0으로 설정되어 이미 수행된 리셋이 반복적으로 수행되는 것을 효과적으로 방지하여 보다 안정적이고 정확한 SOC 값을 자동차의 ECU로 출력할 수 있다.

다음 단계(S151)에서 산출된 평균 팩전류(I_avg)가 0(zero)보다 작으면 현재의 평균 팩전압(V_avg)이 SOC 0%에 대응하는 팩전압(V_0%reset)보다 작은 지를 판단하고(S220), 평균 팩전압(V_avg)이 팩전압(V_0%reset)보다 작으면, SOC 리셋부(24)는 리셋 SOC(SOC_reset)로서 0%를 출력한다(S221).

평균 팩전압(V_avg)이 팩전압(V_0%reset)보다 작지 않으면, 다시 평균 팩전압(V_avg)이 팩전압(V_25%reset)보다 작은지를 판단한다(S212). 평균 팩전압(V_avg)이 팩전압(V_25%reset)보다 크면 Flag_25는 1로 설정하고(S223), 작으면 현재 설정된 Flag_25가 1인지를 확인하여(S224) 현재 Flag_25가 1인 경우에만 리셋 SOC(SOC_reset)로서 25%를 출력한 후, Flag_25는 0으로 설정한다(S225).

그리고 평균 팩전압(V_avg)이 팩전압(V_25%reset)보다 작으나 Flag_25가 1이 아니면 평균 팩전압(V_avg)이 팩전압(V_40%reset)보다 작은 지를 판단하여(S226), 평균 팩전압(V_avg)이 팩전압(V_40%reset)보다 크면 Flag_40은 1로 설정하고(S227), 작으면 현재 설정된 Flag_40이 1인지를 확인하여(S228) 현재 Flag_40이 1인 경우에만 리셋 SOC(SOC_reset)로서 40%를 출력한 후, Flag_40은 0으로 설정한다(S229).

이렇게 하여 평균 팩전류(I_avg)가 0보다 작은 방전 과정에서 리셋을 수행할 수 있다. 또한 특정 리셋이 수행된 후에는 특정 리셋에 대응하는 플레그가 0으로 설정되어 이미 수행된 리셋이 반복적으로 수행되는 것을 효과적으로 방지하여 보다 안정적이고 정확한 SOC 값을 자동차의 ECU로 출력할 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 현재 전압과 특정 SOC 리셋 전압의 크기를 비교하여 특정 SOC 리셋을 수행한 후에 동일한 리셋이 반복적으로 수행되는 잘못된 SOC 리셋이 수행되는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 따라서 더욱 정확한 SOC값을 안정적으로 출력할 수 있다.

Claims (14)

1. 배터리 관리 시스템에서 사용되는 배터리의 SOC 추정 방법에 있어서,

   a) 상기 배터리를 대상으로 특정 기간 동안 측정된 팩전압의 평균값이 평균 팩전압을 산출하는 단계;

   b) 상기 평균 팩전압과 특정 전압을 비교하여 상기 특정 전압에 대응하는 SOC 리셋의 수행 여부를 판단하는 단계; 및

   c) 상기 SOC 리셋의 수행 여부를 알려주는 플래그 신호를 확인하고 상기 플래그 신호에 기초하여 상기 SOC 리셋을 수행하는 단계를 포함하고,

   상기 SOC 리셋은 소정의 SOC 값을 상기 배터리의 현재 SOC 값으로 설정하는 SOC 추정 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 플래그 신호는 0 또는 1의 값을 가지며,

   상기 c) 단계에서,

   상기 플래그 신호가 1이면 상기 SOC 리셋을 수행하고 상기 플래그 신호가 0이면 상기 SOC 리셋을 수행하지 않는 SOC 추정 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 c) 단계 후에

   d) 상기 c) 단계에서 상기 SOC 리셋이 수행된 후에 상기 플래그 신호를 0으로 설정하는 단계

   를 더 포함하는 SOC 추정 방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 b) 단계는,

   충전 단계에서 상기 평균 팩전압과 SOC 100%에 대응하는 팩전압, SOC 85%에 대응하는 팩전압, 및 SOC 70%에 대응하는 팩전압 각각을 순차적으로 비교한 결과에 따라 SOC 리셋의 수행 여부를 판단하는 단계, 및

   방전 단계에서 상기 평균 팩전압과 SOC 0%에 대응하는 팩전압, SOC 25%에 대응하는 팩전압, 및 SOC 40%에 대응하는 팩전압 각각을 순차적으로 비교한 결과에 따라 SOC 리셋의 수행 여부를 판단하는 단계를 포함하는 SOC 추정 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 SOC 25%, 40%, 70% 및 85% 각각에 대하여 SOC 리셋 수행 여부를 알려주는 플래그 신호가 존재하는 SOC 추정 방법.
7. 배터리 관리 시스템에서 사용되는 배터리의 SOC 추정 방법에 있어서,

   a) SOC 리셋의 수행 여부를 나타내는 플래그 신호를 초기화하는 단계;

   b) 제1 기간 간격으로 팩전류 및 팩전압을 측정하는 단계;

   c) 상기 제1 기간보다 긴 제2 기간 간격으로 상기 팩전류를 이용하여 SOC를 산출하여 출력하는 단계;

   d) 상기 제1 기간보다 긴 제3 기간 간격으로 상기 팩전압의 크기에 기초하여 상기 SOC 리셋의 수행 여부를 판단하는 단계; 및

   e) 상기 d) 단계의 판단 결과에 따른 플래그 신호에 기초하여 상기 SOC 리셋을 수행하는 단계를 포함하고,

   상기 SOC 리셋은 소정의 SOC 값을 상기 배터리의 현재 SOC 값으로 설정하는 SOC 추정 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 e) 단계는,

   상기 SOC 리셋이 수행된 후, 동일한 상기 SOC 리셋의 수행을 방지할 수 있도록 상기 플래그 신호를 재설정하는 단계

   를 포함하는 SOC 추정 방법.
9. 전기를 이용하는 자동차의 ECU(engine controller unit)에 연결되는 배터리 관리 시스템의 구동방법에 있어서,

   a) 상기 배터리 관리 시스템을 키온하는 단계;

   b) 상기 배터리의 SOC를 초기화하고, SOC 리셋의 수행여부를 결정하는 플래그 신호를 초기화하는 단계;

   c) 배터리의 팩전류 및 팩전압을 제1 기간 간격으로 측정하는 단계;

   d) 상기 제1 기간보다 긴 제2 기간 간격으로 측정된 상기 팩전류를 이용하여 SOC를 산출하는 단계:

   e) 상기 제1 기간보다 긴 제3 기간 간격으로 상기 팩전압의 크기에 기초하여 SOC 리셋의 수행 여부를 판단하는 단계; 및

   f) 상기 e) 단계의 판단 결과에 따라 생성된 플래그 신호에 기초하여 SOC 리셋을 수행하고 상기 플래그 신호를 재설정하는 단계를 포함하고,

   상기 SOC 리셋은 소정의 SOC 값을 상기 배터리의 현재 SOC 값으로 설정하는 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 e) 단계는,

    충전 단계에서 상기 팩전압과 SOC 100%에 대응하는 팩전압, SOC 85%에 대응하는 팩전압, 및 SOC 70%에 대응하는 팩전압 각각을 순차적으로 비교한 결과에 따라 SOC 리셋의 수행 여부를 판단하는 단계, 및

    방전 단계에서 상기 팩전압과 SOC 0%에 대응하는 팩전압, SOC 25%에 대응하는 팩전압, 및 SOC 40%에 대응하는 팩전압 각각을 순차적으로 비교한 결과에 따라 SOC 리셋의 수행 여부를 판단하는 단계를 포함하고,

    상기 SOC 25%에 대응하는 팩전압, 상기 SOC 40%에 대응하는 팩전압, 상기 SOC 70%에 대응하는 팩전압 및 상기 SOC 85%에 대응하는 팩전압이 미리 설정되어 저장되는 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 플래그 신호는 상기 SOC 25%, 40%, 70% 및 85% 각각에 대하여 상기 SOC 리셋 수행 여부를 알려주는 신호로서 0 또는 1 값을 갖는 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
12. 전기를 이용하는 자동차의 ECU로 배터리의 SOC를 출력하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템에 있어서,

    배터리의 팩전류 및 팩전압을 제1 기간 간격으로 측정하는 센싱부;

    측정된 상기 팩전류를 이용하여 SOC를 산출하여 출력하는 SOC 산출부;

    측정된 상기 팩전압을 평균하여 산출한 평균 팩전압에 기초하여 SOC 리셋 수행 허부(許否)를 결정하는 플래그 신호에 기초하여 상기 SOC 리셋 수행을 위해 특정된 리셋 SOC를 출력하는 SOC 리셋부; 및

    산출된 상기 SOC 또는 상기 리셋 SOC 중 어느 하나를 상기 배터리의 현재 SOC로서 상기 ECU로 출력하는 SOC 출력부

    를 포함하는 배터리 관리 시스템.
13. 제12항에 있어서,

    상기 SOC 리셋부는,

    상기 배터리 관리 시스템이 키온된 때

    상기 플래그 신호를 초기화하고, 상기 리셋 SOC가 출력된 후 동일한 리셋 SOC가 출력되는 것을 방지하기 위하여 상기 플래그 신호를 재설정하는 플래그 설정부

    를 포함하는 배터리 관리 시스템.
14. 제12항에 있어서,

    상기 SOC 리셋부는,

    실험에 의하여 얻어진 데이터로서 실재 배터리의 SOC 값과 상기 리셋 SOC에 대응하는 특정 전압이 대응되게 저장된 LUT를 더 포함하고,

    상기 팩전압의 크기가 상기 특정 전압보다 크고 상기 플래그 신호가 상기 SOC 리셋 수행 허용 상태일 때 상기 리셋 SOC를 출력하는 배터리 관리 시스템.

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