KR101460560B1 - 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩의 soc 관리장치 및 그 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 상기 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치는 상기 울트라커패시터 팩의 전압 및 전류를 센싱하기 위한 센싱부; 및 상기 센싱부에 의해 센싱된 전압 및 전류를 이용하여 상기 울트라커패시터 팩의 SOC(State Of Charge)값을 계산하고, 그 계산된 SOC값이 기준 오차범위 -1.0 ~ +1.0%내에서 유지되도록 관리하며, 그 계산된 SOC값을 상기 복합형 에너지저장장치를 제어하는 상위 제어기로 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 본 발명은 울트라커패시터 팩의 SOC(State Of Charge) 값의 추정성을 향상시키고, 일정 오차범위 내에서 유지함으로써 버스 및 트럭과 같은 중형 상용차에 적합한 전력을 안정적이고 효율적으로 공급할 수 있다
Description
본 발명은 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 구체적으로는 울트라커패시터 팩의 전압 및 전류를 센싱하여 SOC(State Of Charge)를 추정하여 관리할 수 있는 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
현재 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 및 전기차(EV)는 상대적으로 에너지 밀도와 출력 밀도가 큰 Li-ion 배터리를 단독으로 장착하고 있으나, 하이브리드 차량 및 전기자동차에서 출발, 순간 등판 및 가속 능력과 회생 제동 효율을 높이기 위해, 신규의 배터리 개발이 되기 전까지 출력 밀도가 높은 울트라커패시터와 복합형으로 개발을 진행하고 있다.
일반적으로, 하이브리드 차량(HEV)이나 전기차(EV)등에서 사용되는 복합형 에너지저장장치는 슈퍼커패시터 또는 울트라커패시터와 같은 전기화학 콘덴서와 납산전지 혹은 Ni-MH, Li-ion, Li-PB등의 배터리를 병렬로 연결하여 사용하는 구조를 갖는다.
버스 및 트럭과 같은 중형 상용차에 복합형 에너지저장장치를 적용하기 위해서는, 대용량 및 고출력의 구현과 함께, 이를 최적으로 관리함으로써 중형 상용차에 적합한 전력을 효율적으로 공급하기 위한 노력이 필요한 실정이다.
특히 중형 상용차에 적합한 복합형 에너지저장장치로서 배터리 팩과 함께 울트라커패시터 팩의 효율적 관리를 위해서는 울트라커패시터의 정확한 SOC(State Of Charge) 추정 및 관리기술이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 울트라커패시터 팩의 SOC(State Of Charge)을 계산하기 위한 소프트웨어 로직을 개선함으로써 버스 및 트럭과 같은 중형 상용차에 적용 가능한 전력 효율을 나타낼 수 있는 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 발명의 목적을 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치에 관한 것으로, 본 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치는 상기 울트라커패시터 팩의 전압 및 전류를 센싱하기 위한 센싱부; 및 상기 센싱부에 의해 센싱된 전압 및 전류를 이용하여 상기 울트라커패시터 팩의 SOC(State Of Charge)값을 계산하고, 그 계산된 SOC값이 기준 오차범위 -1.0 ~ +1.0%내에서 유지되도록 관리하며, 그 계산된 SOC값을 상기 복합형 에너지저장장치를 제어하는 상위 제어기로 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부에서 상기 SOC값의 계산은, 상기 센싱된 전압 값 및 전류 값과 상기 울트라커패시터 팩의 내부저항 값에 의해 계산되는 OCV(Open Circuit Voltage) 값에 의해 상기 SOC값의 초기 SOC값을 계산하고, 그 계산된 초기 SOC값과 상기 울트라커패시터 팩의 적산전류 값과 사전에 정해진 상기 울트라커패시터 팩의 충방전 효율을 이용하는 것에 의해 수행될 수 있다.
상기 초기 SOC값(C_initial)은, 상기 센싱된 전압 값이 'V_measured'로 상기 센싱된 전류 값이 'I_measured'로 표현되며, 상기 울트라커패시터 팩의 내부저항 값이 'R_dc'로 표현되는 경우, 수식 'C_initial = V_measured - I_measured × R_dc'에 의해 계산되고, 상기 SOC값은, 상기 울트라커패시터 팩의 적산전류 값이 'Ah'로 표현되고, 상기 울트라커패시터 팩의 충방전 효율이 'C_rated'로 표현되는 경우, 상기 초기 SOC값(C_initial)을 이용하여 수식 'SOC값 = ((C_initial + Ah)/C_rated) × 100'에 의해 계산될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면은 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치의 제어방법에 관한 것으로, 본 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치의 제어방법은 센싱부에 의해 상기 울트라커패시터 팩의 전압 및 전류를 센싱하는 단계; 상기 센싱된 전압 값 및 전류 값과 상기 울트라커패시터 팩의 내부저항 값에 의해 계산되는 OCV(Open Circuit Voltage) 값에 의해 상기 울트라커패시터 팩의 SOC(State Of Charge)값의 초기 SOC값을 계산하는 단계; 상기 계산된 초기 SOC값과 상기 울트라커패시터 팩의 적산전류 값과 사전에 정해진 상기 울트라커패시터 팩의 충방전 효율을 이용하는 것에 의해 상기 울트라커패시터 팩의 SOC값을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 울트라커패시터 팩의 SOC값이 기준 오차범위 -1.0~1.0%내에서 유지되도록 관리하며, 상기 계산된 울트라커패시터 팩의 SOC값을 상기 복합형 에너지저장장치를 제어하는 상위 제어기로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명은 울트라커패시터 팩의 SOC(State Of Charge) 값의 추정성을 향상시키고, 일정 오차범위 내에서 유지함으로써 버스 및 트럭과 같은 중형 상용차에 적합한 전력을 안정적이고 효율적으로 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치 및 그 제어방법에 대해 설명한다. 도면들에 표시된 구성들은 본 발명의 개념을 설명하기 위한 개념도로서, 구성에 대한 설명 중 공지기술에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치(1)는 센싱부(10) 및 제어부(20)로 이루어질 수 있다.
센싱부(10)는 울트라커패시터 팩(U)의 전압 및 전류를 센싱하기 위한 전압센서 및 전류센서를 구비하고, 센싱된 울트라커패시터 팩(U)의 전압값과 전류값을 제어부(20)로 전달할 수 있다.
여기서 울트라커패시터 팩(U)은 복수개의 단위 울트라커패시터 셀이 직렬로 연결되고, 출력전압이 하이브리드 상용차의 사용전압(예를 들면, 500~750V) 에 해당하는 전압 대역으로 설정될 수 있다.
제어부(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 SOC 계산모듈(22) 및 SOC 관리모듈(24)로 이루어질 수 있다.
SOC 계산모듈(22)은 센싱부(10)에 의해 센싱된 전압 및 전류를 이용하여 울트라커패시터 팩(U)의 SOC(State Of Charge)값을 계산할 수 있다.
SOC값의 계산은, 센싱된 전압 값 및 전류 값과 울트라커패시터 팩(U)의 내부저항 값에 의해 계산되는 OCV(Open Circuit Voltage) 값에 의해 초기 SOC값을 계산하고, 그 계산된 초기 SOC값과 울트라커패시터 팩(U)의 적산전류 값과 사전에 정해진 울트라커패시터 팩(U)의 충방전 효율을 이용하는 것에 의해 수행될 수 있다.
전술한 초기 SOC값(C_initial)은, 센싱된 전압 값이 'V_measured'로 상기 센싱된 전류 값이 'I_measured'로 표현되며, 상기 울트라커패시터 팩의 내부저항 값이 'R_dc'로 표현되는 경우, 수식 'C_initial = V_measured - I_measured × R_dc'에 의해 계산될 수 있다.
SOC값은, 초기 SOC값(C_initial)을 이용하여 수식 'SOC값 = ((C_initial + Ah)/C_rated) × 100'에 의해 계산될 수 있다. 여기서 'Ah'는 울트라커패시터 팩의 적산전류 값이고, 'C_rated'는 울트라커패시터 팩의 충방전 효율이다.
SOC 관리모듈(24)은 위에서 계산된 SOC값이 기준 오차범위 -1.0 ~ +1.0%내에서 유지되도록 관리하며, 계산된 SOC값을 복합형 에너지저장장치를 제어하는 상위 제어기로 전송할 수 있다.
여기서 상위 제어기는 CMS(Capacitor Management System)와 BMS(Battery Management System)에 연동하여 울트라커패시터 팩(U)과 배터리 팩의 상태를 모니터링하고, 모니터링되는 울트라커패시터 팩(U)과 배터리 팩의 상태를 기초로 병렬 연결된 울트라커패시터 팩(U) 및 배터리 팩의 전력량이 15~25kWh 범위 내인 20kWh가 되도록 제어할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 제어부(20)는 커패시터관리장치(CMS)로 구현될 수 있다. CMS는 단위 셀 및 팩의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하고 내부 연산에 의해 셀 밸런싱 등을 수행할 수 있다.
이하 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치의 제어방법을 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치(1)는 센싱부(10)에 의해 상기 울트라커패시터 팩(U)의 전압 및 전류를 센싱한다(S210).
다음, 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치(1)는 센싱된 전압 값 및 전류 값과 울트라커패시터 팩(U)의 내부저항 값에 의해 계산되는 OCV(Open Circuit Voltage) 값에 의해 울트라커패시터 팩의 SOC(State Of Charge)값의 초기 SOC값을 계산한다(S220).
다음, 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치(1)는 계산된 초기 SOC값과 울트라커패시터 팩의 적산전류 값과 사전에 정해진 울트라커패시터 팩의 충방전 효율을 이용하는 것에 의해 울트라커패시터 팩의 SOC값을 계산한다(S230).
그리고 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치(1)는 위에서 계산된 울트라커패시터 팩의 SOC값이 기준 오차범위 -1.0~1.0%내에서 유지되도록 관리하며, 울트라커패시터 팩의 SOC값을 복합형 에너지저장장치를 제어하는 상위 제어기로 전송한다(S240).
이와 같이, 본 실시예에 따른 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치(1) 및 그 제어방법은 울트라커패시터 팩의 SOC(State Of Charge) 값의 추정성을 향상시키고, 일정 오차범위 내에서 유지함으로써 버스 및 트럭과 같은 중형 상용차에 적합한 전력을 안정적이고 효율적으로 공급할 수 있다
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
1: 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치
U: 울트라커패시터 팩
10: 센싱부
20: 제어부
22: SOC 계산모듈
24: SOC 관리모듈
U: 울트라커패시터 팩
10: 센싱부
20: 제어부
22: SOC 계산모듈
24: SOC 관리모듈
Claims (4)
- 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치에 있어서,
상기 울트라커패시터 팩의 전압 및 전류를 센싱하기 위한 센싱부; 및
상기 센싱부에 의해 센싱된 전압 및 전류를 이용하여 상기 울트라커패시터 팩의 SOC(State Of Charge)값을 계산하고, 그 계산된 SOC값이 기준 오차범위 -1.0 ~ +1.0%내에서 유지되도록 관리하며, 그 계산된 SOC값을 상기 복합형 에너지저장장치를 제어하는 상위 제어기로 전송하는 제어부를 포함하며,
상기 SOC값의 계산은, 상기 센싱된 전압 값 및 전류 값과 상기 울트라커패시터 팩의 내부저항 값에 의해 계산되는 OCV(Open Circuit Voltage) 값에 의해 상기 SOC값의 초기 SOC값을 계산하고, 그 계산된 초기 SOC값과 상기 울트라커패시터 팩의 적산전류 값과 사전에 정해진 상기 울트라커패시터 팩의 충방전 효율을 이용하는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 초기 SOC값(C_initial)은, 상기 센싱된 전압 값이 'V_measured'로 상기 센싱된 전류 값이 'I_measured'로 표현되며, 상기 울트라커패시터 팩의 내부저항 값이 'R_dc'로 표현되는 경우, 수식 'C_initial = V_measured - I_measured × R_dc'에 의해 계산되고,
상기 SOC값은, 상기 울트라커패시터 팩의 적산전류 값이 'Ah'로 표현되고, 상기 울트라커패시터 팩의 충방전 효율이 'C_rated'로 표현되는 경우, 상기 초기 SOC값(C_initial)을 이용하여 수식 'SOC값 = ((C_initial + Ah)/C_rated) × 100'에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치. - 복합형 에너지저장장치에 적용되는 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치의 제어방법에 있어서,
센싱부에 의해 상기 울트라커패시터 팩의 전압 및 전류를 센싱하는 단계;
상기 센싱된 전압 값 및 전류 값과 상기 울트라커패시터 팩의 내부저항 값에 의해 계산되는 OCV(Open Circuit Voltage) 값에 의해 상기 울트라커패시터 팩의 SOC(State Of Charge)값의 초기 SOC값을 계산하는 단계;
상기 계산된 초기 SOC값과 상기 울트라커패시터 팩의 적산전류 값과 사전에 정해진 상기 울트라커패시터 팩의 충방전 효율을 이용하는 것에 의해 상기 울트라커패시터 팩의 SOC값을 계산하는 단계; 및
상기 계산된 울트라커패시터 팩의 SOC값이 기준 오차범위 -1.0~1.0%내에서 유지되도록 관리하며, 상기 계산된 울트라커패시터 팩의 SOC값을 상기 복합형 에너지저장장치를 제어하는 상위 제어기로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라커패시터 팩의 SOC 관리장치의 제어방법.
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