KR101498760B1 - Apparatus and method of estimating state of charging for battery, and battery management system using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 잔존 용량 추정 장치 및 방법, 이를 이용한 배터리 관리 시스템에 관한 것으로서, 배터리의 충방전 전류를 측정하는 단계, 상기 배터리의 용량(Capacity)을 추정하는 단계 및 상기 배터리의 용량과 상기 충방전 전류를 근거로 전류 적산법을 이용하여 상기 배터리의 현재 SOC(State of Charge)를 추정하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면, 배터리의 퇴화에 따른 배터리 용량을 반영하여 SOC를 계산함으로써 보다 정확하게 배터리 잔존 용량을 추정할 수 있다. The present invention relates to an apparatus and method for estimating remaining capacity of a battery, and a battery management system using the same. The method includes estimating a capacity of the battery, estimating a capacity of the battery, And estimating a current state of charge (SOC) of the battery using a current integration method based on the current. According to the present invention, the battery remaining capacity can be estimated more accurately by calculating the SOC in accordance with the capacity of the battery due to degradation of the battery.

Description

배터리 잔존 용량 추정 장치 및 방법, 이를 이용한 배터리 관리 시스템{Apparatus and method of estimating state of charging for battery, and battery management system using the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery remaining capacity estimating apparatus and method, and a battery management system using the same,
본 발명은 배터리 관리 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 배터리 잔존 용량 추정 장치 및 방법, 그리고 이를 이용하는 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a battery management system, and more particularly, to an apparatus and method for estimating battery remaining capacity and a battery management system using the same.
화석 연료를 사용하는 자동차는 대기 오염 등 공해 발생에 심각한 영향을 주기 때문에, 최근에는 공해 발생이 거의 없는 전기 자동차(Electric Vehicle; EV) 또는 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle; HEV)가 개발되어 상용화 되고 있다. Electric vehicles (EV) or hybrid electric vehicles (HEV), which rarely cause pollution, have been developed and commercialized since automobiles using fossil fuels seriously affect pollution such as air pollution have.
이러한 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차는 차체에 내장된 배터리에서 출력되는 전기 에너지를 이용하여 주행 하도록 구성된다. 그리고, 이러한 전기 자동차와 같이 대전력을 필요로 하는 기기에 사용되는 배터리는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지 셀(cell)이 하나의 팩(pack)으로 구성되고, 또한 다수의 팩이 하나의 대용량의 배터리로 구성될 수 있다. The electric vehicle or the hybrid electric vehicle is configured to run using electric energy output from the battery built in the vehicle body. A battery used in a device requiring large power such as an electric vehicle has a plurality of secondary battery cells that can be charged and discharged as one pack, It can be composed of a large capacity battery.
이와 같은 배터리, 특히 다수의 2차 전지가 충전과 방전을 번갈아 가면서 수행하는 경우에는 이들의 충방전을 효율적으로 제어하여 배터리가 적정한 동작 상태 및 성능을 유지하도록 관리할 필요성이 있다. When such a battery, in particular, a plurality of secondary batteries, is alternately charged and discharged, it is necessary to control the charge and discharge of the battery so that the battery maintains proper operating conditions and performance.
이를 위해, 배터리의 상태 및 성능을 관리하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)이 구비된다. BMS은 배터리의 전류, 전압, 온도 등을 측정하여 이를 바탕으로 배터리의 잔존 용량(State of Charging; SOC)을 추정하며, 차량의 연료 소비 효율이 가장 좋아지도록 SOC를 제어한다. SOC를 정확히 제어하기 위해서는 충방전을 행하고 있는 배터리의 SOC를 정확히 측정하는 것이 필요하다. To this end, a battery management system (BMS) for managing the state and performance of the battery is provided. The BMS measures the current, voltage and temperature of the battery, estimates the remaining capacity (state of charge) of the battery based on the measured current, voltage and temperature, and controls the SOC so that the fuel consumption efficiency of the vehicle is maximized. In order to accurately control the SOC, it is necessary to accurately measure the SOC of the battery that is charging / discharging.
종래 BMS에서 배터리의 SOC를 측정하는 방법으로는 배터리에 흐르는 충방전 전류를 적산하여 배터리의 SOC를 추정하는 방법이 있다. 이 방법은 전류를 측정하는 과정에서 발생되는 오차가 계속적으로 누적되어 시간이 지남에 따라 SOC의 정확도가 떨어지는 문제가 있다.As a method of measuring the SOC of a battery in the conventional BMS, there is a method of estimating the SOC of the battery by integrating the charge / discharge current flowing in the battery. This method has a problem in that the error that occurs in the process of measuring the current is continuously accumulated and the accuracy of the SOC is deteriorated over time.
또는, 배터리의 충방전 중에 배터리의 전압을 측정하고 측정된 전압으로부터 무부하 상태의 배터리 개방 전압(open loop voltage; OCV)을 추정하고 개방 전압 별 SOC 테이블을 참조하여 추정된 개방 전압에 해당하는 SOC를 맵핑하는 방법이 있다. 그러나, 배터리의 충방전이 이루어지고 있는 때 측정된 전압은 실제 전압과 많은 차이를 보이게 된다. 예를 들어, 배터리가 부하에 연결되어 방전이 시작되면 배터리의 전압이 급격하게 떨어지고, 배터리가 외부 전원으로부터 충전이 시작되면 배터리의 전압이 급격하게 올라간다. 따라서, 배터리의 충방전시 측정된 전압과 실제 전압과의 오차로 인해 SOC의 정확도가 떨어지는 문제가 있다. Alternatively, the battery voltage is measured during charging / discharging of the battery, the open loop voltage (OCV) of the no-load state is estimated from the measured voltage, and the SOC corresponding to the estimated open- There is a way to map. However, when the battery is being charged and discharged, the measured voltage is much different from the actual voltage. For example, when a battery is connected to a load and discharging begins, the voltage of the battery drops sharply, and when the battery starts charging from the external power source, the battery voltage suddenly rises. Therefore, there is a problem that the accuracy of the SOC is lowered due to the error between the measured voltage and the actual voltage when the battery is charged and discharged.
대한민국 등록특허공보 제10-0804698호Korean Patent Registration No. 10-0804698
본 발명은 배터리의 퇴화에 따른 배터리 용량을 반영하여 배터리의 잔존 용량을 추정하는 방법 및 장치, 이를 이용하는 배터리 관리 시스템을 제공한다.The present invention provides a method and apparatus for estimating a remaining capacity of a battery by reflecting a capacity of a battery due to battery degradation, and a battery management system using the same.
본 발명의 일 실시형태는 배터리의 퇴화 정도를 예측하기 위해 상기 배터리의 용량(Capacity)을 추정하는 SOH 추정부 및 상기 배터리의 용량과 상기 배터리의 충방전 전류를 근거로 전류 적산법을 이용하여 상기 배터리의 현재 SOC(State of Charge)를 추정하는 SOC 추정부를 포함하는 배터리 잔존 용량 추정 장치이다.According to an embodiment of the present invention, an SOH estimating unit for estimating a capacity of the battery to estimate a degree of degradation of the battery, and an SOH estimating unit estimating a capacity of the battery based on the capacity of the battery and the charging and discharging current of the battery, And a SOC estimator estimating a current state of charge (SOC) of the battery.
이때, 상기 현재 SOC는, SOC[n] = SOC[n-1] + I[n]/C (여기서, SOC[n]는 상기 현재 SOC, SOC[n-1]는 이전 SOC, I[n]는 상기 충방전 전류, C는 상기 배터리의 용량임)를 추정한다. Here, SOC [n] = SOC [n-1] + I [n] / C where SOC [n] is the current SOC, SOC [n- ] Is the charge / discharge current, and C is the capacity of the battery).
또한, 상기 충방전 전류는 상기 배터리에 부하가 걸린 상태에서 측정한 것으로, 상기 SOC 추정부는 상기 배터리에 부하가 걸린 상태이면 상기 배터리의 용량과 상기 배터리의 충방전 전류를 근거로 전류 적산법을 이용하여 상기 현재 SOC를 추정하고, 반면 상기 배터리가 무부하 상태이면 상기 배터리의 OCV(Open Circuit Voltage)를 이용하여 상기 현재 SOC를 추정한다. The charge / discharge current is measured in a state where a load is applied to the battery. The SOC estimator uses a current integration method based on the capacity of the battery and the charge / discharge current of the battery when a load is applied to the battery And estimates the current SOC using the OCV (Open Circuit Voltage) of the battery if the battery is in a no-load state.
본 발명의 다른 실시형태는 배터리 잔존 용량 추정 방법에 관한 것으로서, 배터리의 충방전 전류를 측정하는 단계, 상기 배터리의 용량(Capacity)을 추정하는 단계 및 상기 배터리의 용량과 상기 충방전 전류를 근거로 전류 적산법을 이용하여 상기 배터리의 현재 SOC(State of Charge)를 추정하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a battery residual capacity estimation method, comprising: measuring a charge / discharge current of a battery; estimating a capacity of the battery; and estimating, based on the capacity of the battery and the charge / And estimating a current state of charge (SOC) of the battery using a current integration method.
이때, 상기 현재 SOC는, SOC[n] = SOC[n-1] + I[n]/C (여기서, SOC[n]는 상기 현재 SOC, SOC[n-1]는 이전 SOC, I[n]는 상기 충방전 전류, C는 상기 배터리의 용량임)를 추정한다.Here, SOC [n] = SOC [n-1] + I [n] / C where SOC [n] is the current SOC, SOC [n- ] Is the charge / discharge current, and C is the capacity of the battery).
본 실시형태에 있어서, 상기 배터리에 부하가 걸린 상태인지 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. In the present embodiment, it may further include determining whether the battery is in a state of being loaded.
여기서, 상기 배터리에 부하가 걸린 상태이면 상기 배터리의 용량과 상기 충방전 전류를 근거로 전류 적산법을 이용하여 상기 현재 SOC를 추정하고, 상기 배터리가 무부하 상태이면 상기 배터리의 OCV(Open Circuit Voltage)를 이용하여 상기 현재 SOC를 추정한다. Here, if a load is applied to the battery, the current SOC is estimated based on the capacity of the battery and the charge / discharge current, using the current integration method. If the battery is in a no-load state, the OCV (Open Circuit Voltage) To estimate the current SOC.
본 발명의 또 다른 실시형태는 배터리의 충방전 전류, 전압 및 온도 중 적어도 하나를 측정하는 센싱부 및 상기 배터리의 퇴화 정도를 예측하기 위해 상기 배터리의 용량(Capacity)을 추정하는 SOH 추정부와, 상기 배터리의 용량과 상기 충방전 전류를 근거로 전류 적산법을 이용하여 상기 배터리의 현재 SOC(State of Charge)를 추정하는 SOC 추정부를 포함하는 배터리 잔존 용량 추정 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템이다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a battery management system including a sensing unit for measuring at least one of a charging / discharging current, a voltage and a temperature of a battery, an SOH estimating unit for estimating a capacity of the battery to predict a degradation degree of the battery, And an SOC estimator estimating a current state of charge (SOC) of the battery using a current integration method based on the capacity of the battery and the charge / discharge current.
이때, 상기 현재 SOC는, SOC[n] = SOC[n-1] + I[n]/C (여기서, SOC[n]는 상기 현재 SOC, SOC[n-1]는 이전 SOC, I[n]는 상기 충방전 전류, C는 상기 배터리의 용량임)를 추정한다.Here, SOC [n] = SOC [n-1] + I [n] / C where SOC [n] is the current SOC, SOC [n- ] Is the charge / discharge current, and C is the capacity of the battery).
또한, 상기 충방전 전류는 상기 배터리에 부하가 걸린 상태에서 측정한 것으로, 상기 SOC 추정부는 상기 배터리에 부하가 걸린 상태이면 상기 배터리의 용량과 상기 충방전 전류를 근거로 전류 적산법을 이용하여 상기 현재 SOC를 추정하고, 반면 상기 배터리가 무부하 상태이면 상기 배터리의 OCV(Open Circuit Voltage)를 이용하여 상기 현재 SOC를 추정한다. The charge / discharge current is measured in a state where a load is applied to the battery. When the battery is loaded, the SOC estimator calculates the charge / discharge current based on the capacity of the battery and the charge / discharge current, SOC is estimated, and if the battery is in a no-load state, the current SOC is estimated using OCV (Open Circuit Voltage) of the battery.
본 발명에 의하면, 배터리의 퇴화에 따른 배터리 용량을 반영하여 SOC를 계산함으로써, 보다 정확하게 배터리의 잔존 용량을 추정할 수 있다.According to the present invention, the remaining capacity of the battery can be estimated more accurately by calculating the SOC in accordance with the capacity of the battery due to degradation of the battery.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 잔존 용량(State of Charging; SOC)을 추정하는 방법을 사용하는 전기 자동차를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 잔존 용량 추정 장치를 포함한 BMS를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 잔존 용량 추정 방법을 나타낸 흐름도이다.
1 is a block diagram schematically illustrating an electric vehicle using a method of estimating a state of charge (SOC) of a battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a BMS including a battery residual capacity estimating apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a battery remaining capacity estimation method according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 또한 본 발명은 이하에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 여러 가지 상이한 형태로 적용될 수 있다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. Further, the present invention is not limited to the embodiments described below, but can be applied in various different forms within the scope of the technical idea of the present invention.
본 명세서에서 설명하는 구성요소는 필요에 따라 이하에서 설명할 구성요소 이외의 것을 포함할 수 있으며, 본 발명에 직접적인 연관이 없는 부분 또는 중복되는 내용에 대해서는 자세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서에서 설명하는 각 구성요소의 배치는 필요에 따라서 조정이 가능하며, 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 포함될 수도 있고 하나의 구성요소가 둘 이상의 구성요소로 세분화 될 수도 있다. The components described in this specification may include components other than those described below as needed, and a detailed description of parts that are not directly related to the present invention will be omitted. In addition, the arrangement of each component described in this specification can be adjusted as necessary, and one component may be included in another component, and one component may be divided into two or more components.
이하에서 서술하는 전기 자동차(electric vehicle)는 추진력으로 하나 또는 그 이상의 전기 모터를 포함하는 차량을 말한다. 전기 자동차를 추진하는데 사용되는 에너지는 재충전 가능한 배터리 및/또는 연료 전지와 같은 전기적 소스(electrical source)를 포함한다. 전기 자동차는 내연 기관(combustion engine)을 또 하나의 동력원으로 사용하는 하이브리드 전기 자동차일 수 있다.An electric vehicle described below refers to a vehicle that includes one or more electric motors as propulsive forces. The energy used to propel the electric vehicle includes an electrical source such as a rechargeable battery and / or a fuel cell. The electric vehicle may be a hybrid electric vehicle that uses a combustion engine as another power source.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 잔존 용량(State of Charging; SOC)을 추정하는 방법을 사용하는 전기 자동차를 개략적으로 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram schematically illustrating an electric vehicle using a method of estimating a state of charge (SOC) of a battery according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 전기 자동차(1)는 배터리(10), BMS(Battery Management System, 20), ECU(Electronic Control Unit, 30), 인버터(40) 및 모터(50)를 포함한다.1, an electric vehicle 1 includes a battery 10, a battery management system (BMS) 20, an ECU (Electronic Control Unit) 30, an inverter 40 and a motor 50.
배터리(10)는 모터(50)에 구동력을 제공하여 전기 자동차(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(100)는 모터(50) 및/또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(40)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다. The battery 10 is an electric energy source that drives the electric vehicle 1 by providing a driving force to the motor 50. [ The battery 100 may be charged or discharged by the inverter 40 in accordance with the driving of the motor 50 and / or the internal combustion engine (not shown).
여기서, 배터리(10)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다.Here, the type of the battery 10 is not particularly limited and may be a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydride battery, a nickel zinc battery, or the like.
또한, 배터리(10)는 복수의 전지 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 있는 전지 팩으로 형성된다. 그리고, 이러한 전지 팩이 하나 이상 구비되어 배터리(10)를 형성할 수도 있다.The battery 10 is formed of a battery pack in which a plurality of battery cells are connected in series and / or in parallel. At least one such battery pack may be provided to form the battery 10.
BMS(20)는 상기 배터리(10)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)를 관리한다. 예컨대, 배터리(10)의 잔존용량(State of Charging; SOC), 수명(State of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(10) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)의 충전 또는 방전을 제어한다. The BMS 20 estimates the state of the battery 10 and manages the battery 10 using the estimated state information. Estimates and manages the state information of the battery 10 such as the state of charge (SOC) of the battery 10, the state of health (SOH), the maximum input / output power allowable amount, and the output voltage. Then, the charging or discharging of the battery 10 is controlled using this state information.
또한, 본 발명에 따른 BMS(20)는 후술하는 배터리의 SOC를 추정하기 위한 센싱부(도 2의 200) 및 배터리 잔존 용량 추정 장치(도 2의 210)를 포함한다. In addition, the BMS 20 according to the present invention includes a sensing unit 200 (shown in FIG. 2) and a battery remaining capacity estimation device (210 in FIG. 2) for estimating an SOC of a battery to be described later.
ECU(30)는 전기 자동차(1)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터(50)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다.The ECU 30 is an electronic control device for controlling the state of the electric vehicle 1. [ For example, it determines the degree of torque based on information such as an accelerator, a break, and a speed, and controls the output of the motor 50 to match the torque information.
또한, ECU(30)는 BMS(20)에 의해 전달받은 배터리(10)의 SOC, SOH 등의 상태 정보에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(40)에 제어 신호를 보낸다.The ECU 30 also sends a control signal to the inverter 40 so that the battery 10 can be charged or discharged based on state information of the SOC, SOH, etc. of the battery 10 transmitted by the BMS 20 .
인버터(40)는 ECU(30)의 제어 신호에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전되도록 한다. The inverter 40 causes the battery 10 to be charged or discharged based on the control signal of the ECU 30. [
모터(50)는 배터리(10)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(30)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 전기 자동차(1)를 구동한다.The motor 50 drives the electric vehicle 1 based on control information (for example, torque information) transmitted from the ECU 30 using the electric energy of the battery 10.
이상, 전기 자동차(1)는 배터리(10)에 충전된 에너지를 이용하여 구동되므로, 배터리(10)의 SOC를 파악하는 것이 중요하다. 이에, 도 2 및 도 3을 참조하여 배터리의 SOC를 보다 정확하게 추정하기 위한 장치 및 방법에 대해서 설명하도록 한다.As described above, since the electric vehicle 1 is driven by using the energy charged in the battery 10, it is important to grasp the SOC of the battery 10. An apparatus and method for more accurately estimating the SOC of a battery will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 잔존 용량 추정 장치를 포함한 BMS를 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a BMS including a battery residual capacity estimating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, BMS(20)는 배터리(10)와 연결되어 배터리(10)의 상태를 추정한다. 여기서, 배터리(10)는 상술한 것처럼 복수의 전지 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. BMS(20)는 이러한 복수의 전지 셀 각각에 대해 SOC를 추정하고, 추정한 SOC를 기초로 전지 셀 각각에 대해 충방전이 효율적으로 이루어지도록 제어하고 관리한다. Referring to FIG. 2, the BMS 20 is connected to the battery 10 to estimate the state of the battery 10. Here, the battery 10 may have a plurality of battery cells connected in series and / or in parallel as described above. The BMS 20 estimates the SOC for each of the plurality of battery cells and controls and manages the charging and discharging for each of the battery cells based on the estimated SOC.
이를 위해, BMS(20)는 센싱부(200) 및 배터리 잔존 용량 추정 장치(210)를 포함한다. To this end, the BMS 20 includes a sensing unit 200 and a remaining battery capacity estimation device 210. [
센싱부(200)는 배터리(10)의 충방전 전류, 전압 및 온도 중 적어도 하나를 측정한다. 예를 들어, 센싱부(200)는 홀(hall) 소자와 같은 센서(미도시)를 구비하여 배터리(10)의 충방전 전류, 전압, 온도 등을 측정할 수 있다. 물론, 센서(미도시)는 BMS(20)의 외부에 배치될 수도 있으며, 이러한 센서는 측정된 배터리(10)의 전류, 전압, 온도 등의 데이터를 센싱부(200)로 출력할 수 있다. The sensing unit 200 measures at least one of charge / discharge current, voltage, and temperature of the battery 10. For example, the sensing unit 200 may include a sensor (not shown) such as a Hall device to measure charge / discharge current, voltage, temperature, and the like of the battery 10. Of course, a sensor (not shown) may be disposed outside the BMS 20, and such sensor may output data of the measured current, voltage, temperature, etc. of the battery 10 to the sensing unit 200.
센싱부(200)는 측정한 배터리(10)의 충방전 전류, 전압 및 온도에 대한 데이터 중 적어도 하나를 배터리 잔존 용량 추정 장치(210)로 전달한다. The sensing unit 200 transmits at least one of the measured data on charge / discharge current, voltage, and temperature of the battery 10 to the remaining battery capacity estimating apparatus 210. [
배터리 잔존 용량 추정 장치(210)는 배터리(10)의 SOC를 추정하기 위한 것으로서, SOH 추정부(211) 및 SOC 추정부(212)를 포함한다. The remaining battery capacity estimating apparatus 210 is for estimating the SOC of the battery 10 and includes an SOH estimating unit 211 and an SOC estimating unit 212. [
SOH 추정부(211)는 배터리(10)의 퇴화 정도를 예측하기 위해 배터리(10)의 용량(Capacity)을 추정한다. 이때, 추정된 배터리(10)의 용량은 SOC 추정부(212)에서 배터리(10)의 SOC 추정 시 이용된다. 물론, SOH 추정부(211)는 추정된 배터리(10)의 용량을 기초로 배터리(10)의 퇴화 정도, 즉 수명(State of Health; SOH)을 예측할 수 있다.The SOH estimator 211 estimates the capacity of the battery 10 in order to predict the degree of degradation of the battery. At this time, the estimated capacity of the battery 10 is used when the SOC estimating unit 212 estimates the SOC of the battery 10. Of course, the SOH estimating unit 211 can predict the degradation degree of the battery 10, that is, the state of health (SOH) based on the estimated capacity of the battery 10. [
여기서, 배터리(10)의 용량 추정은 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 배터리의 용량은 배터리의 내부 저항 변화를 통해 추정 가능하므로, 배터리의 전류 및 전압을 측정하여 옴의 법칙을 이용해 배터리의 내부 저항을 간접적으로 계산할 수 있다. 또는, 배터리의 용량은 배터리의 전류, 전압, 온도를 측정하고, 이를 바탕으로 SOC를 추정한 값을 이용하여 추정할 수 있다. 그리고 그 외 다양한 SOH 추정 알고리즘을 이용하여 배터리 용량을 계산할 수도 있다.Here, the capacity estimation of the battery 10 can be performed in various ways. For example, the capacity of a battery can be estimated by varying the internal resistance of the battery, so that the internal resistance of the battery can be indirectly calculated using Ohm's law by measuring the current and voltage of the battery. Alternatively, the capacity of the battery can be estimated by measuring the current, voltage, and temperature of the battery and using the SOC estimated value based on the measured current, voltage, and temperature. It is also possible to calculate the battery capacity using various SOH estimation algorithms.
SOC 추정부(212)는 SOH 추정부(211)에서 추정한 배터리(10)의 용량과 센싱부(200)에서 측정한 배터리(10)의 충방전 전류를 근거로 전류 적산법을 이용하여 배터리(10)의 현재 SOC를 추정한다. 현재 SOC는 아래의 수학식 1과 같이 추정할 수 있다.The SOC estimating unit 212 estimates the battery 10 using the current integration method based on the capacity of the battery 10 estimated by the SOH estimating unit 211 and the charge and discharge current of the battery 10 measured by the sensing unit 200 ) ≪ / RTI > The current SOC can be estimated as shown in Equation 1 below.
Figure 112012003142131-pat00001
Figure 112012003142131-pat00001
여기서, SOC[n]는 현재 SOC, SOC[n-1]는 이전 SOC, I[n]는 현재 배터리(10)에 흐르는 충방전 전류, C는 현재 배터리(10)의 용량이다. Here, SOC [n] is the current SOC, SOC [n-1] is the previous SOC, I [n] is the charge / discharge current flowing in the battery 10, and C is the capacity of the battery 10 at present.
이때, 현재 배터리(10)에 흐르는 충방전 전류는 배터리(10)에 부하가 걸린 상태에서 센싱부(200)로부터 측정된 값이다. At this time, the charge / discharge current flowing in the battery 10 is a value measured from the sensing unit 200 in a state in which the battery 10 is loaded.
만일, 배터리(10)가 무부하 상태라면 SOC 추정부(212)는 배터리(10)의 OCV(Open Circuit Voltage)를 이용하여 현재 SOC를 추정할 수 있다. OCV란 배터리의 출력 전압으로부터 배터리 내부 저항에 기인하는 전압 강하를 감산하고 그 때의 배터리 전류의 영향을 배제한 전압, 즉 무부하 전압(OCV)를 의미한다. If the battery 10 is in a no-load state, the SOC estimating unit 212 can estimate the current SOC using OCV (Open Circuit Voltage) of the battery 10. [ OCV means a voltage obtained by subtracting a voltage drop caused by an internal resistance of a battery from an output voltage of the battery and excluding the influence of the battery current at that time, that is, a no-load voltage (OCV).
예컨대, 배터리(10)에 일정 시간 동안 충방전 전류가 흐르지 않거나 또는 기설정된 기준값 보다 낮은 전류가 검출되면 배터리(10)에 부하가 걸리지 않은 상태로 판단하고, SOC 추정부(212)는 센싱부(200)에서 측정한 배터리(10)의 전류, 전압, 온도를 이용하여 OCV를 산출하고, 이를 기초로 현재 SOC를 추정할 수 있다.For example, when a charge / discharge current does not flow in the battery 10 for a predetermined time or a current lower than a predetermined reference value is detected, the SOC estimating unit 212 determines that the battery 10 is not loaded, The OCV is calculated using the current, voltage, and temperature of the battery 10 measured by the OCV 200, and the current SOC can be estimated based on the calculated OCV.
이하에서는 도 2에서 설명한 배터리 잔존 용량 추정 장치(210) 및 이를 포함하는 BMS(20)에 의해 수행될 수 있는 본 발명에 따른 배터리 잔존 용량 추정 방법을 설명한다. Hereinafter, a battery residual capacity estimation method according to the present invention, which can be performed by the battery remaining capacity estimation apparatus 210 described in FIG. 2 and the BMS 20 including the same, will be described.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 잔존 용량 추정 방법을 나타낸 흐름도이다. 3 is a flowchart illustrating a battery remaining capacity estimation method according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 배터리의 충방전 전류, 전압 및 온도 중 적어도 하나를 측정한다(S10). Referring to FIG. 3, at least one of charge / discharge current, voltage, and temperature of the battery is measured (S10).
다음으로, 배터리의 용량(Capacity)을 추정한다(S20). 배터리의 용량 추정은 전술한 바와 같이 배터리의 전류, 전압, 온도 등을 측정하고, 이를 바탕으로 간접적으로 배터리의 내부 저항을 계산하거나 SOC를 추정한 값을 기초로 배터리의 용량을 추정할 수 있다. 물론, 그 외 다양한 방법의 배터리 용량 추정 방법을 적용할 수도 있다.Next, the capacity of the battery is estimated (S20). The capacity of the battery can be estimated by measuring the current, voltage, and temperature of the battery, calculating the internal resistance of the battery indirectly based on the measured current, and estimating the capacity of the battery based on the SOC estimated value. Of course, a battery capacity estimation method of various other methods may be applied.
다음으로, 배터리에 부하가 걸린 상태인지를 결정한다(S30). 예컨대, 배터리에 일정 시간 동안 충방전 전류가 흐르지 않거나, 또는 기설정된 기준값 이하의 충방전 전류가 측정된 것과 같은 경우, 배터리에 부하가 걸리지 않은 상태라고 판단할 수 있다. Next, it is determined whether or not the battery is loaded (S30). For example, if the charge / discharge current does not flow in the battery for a predetermined period of time, or if the charge / discharge current below a predetermined reference value is measured, it can be determined that no load is applied to the battery.
배터리가 부하 상태이면, 단계 S20에서 추정한 배터리의 용량과 단계 S10에서 측정한 배터리의 충방전 전류를 근거로 전류 적산법을 이용하여 배터리의 현재 SOC를 추정한다(S40). 현재 SOC는 전술한 수학식 1과 같이 추정할 수 있다. 즉, 현재 SOC는 이전에 추정한 SOC 값에 현재 충방전 전류를 적산하되, 현재 배터리의 용량을 반영한 현재 충방전 전류를 적산한다. If the battery is in a load state, the current SOC of the battery is estimated using the current integration method based on the capacity of the battery estimated in step S20 and the charge / discharge current of the battery measured in step S10 (S40). The current SOC can be estimated as shown in Equation (1). That is, the current SOC accumulates the current charge / discharge current at a previously estimated SOC value, and accumulates the current charge / discharge current reflecting the current capacity of the battery.
배터리가 무부하 상태이면, 배터리의 OCV(Open Circuit Voltage)를 이용하여 현재 SOC를 추정한다(S50). 도 2에서 전술한 바와 같이, OCV란 배터리의 출력 전압으로부터 배터리 내부 저항에 기인하는 전압 강하를 감산하고 그 때의 배터리 전류의 영향을 배제한 전압, 즉 무부하 전압(OCV)를 의미한다.If the battery is in a no-load state, the current SOC is estimated using OCV (Open Circuit Voltage) of the battery (S50). As described above with reference to FIG. 2, OCV means a voltage obtained by subtracting the voltage drop due to the internal resistance of the battery from the output voltage of the battery and excluding the influence of the battery current at that time, that is, the no-load voltage (OCV).
이상에서 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 잔존 용량 추정 방법은 배터리의 퇴화에 따른 배터리 용량을 반영함으로써, 보다 정확한 배터리의 SOC를 추정할 수 있다. 배터리 용량은 배터리를 사용함에 따라 내부 저항이 증가하게 되어 출력이 줄어들고 또한 충전 용량이 감소한다. 이러한 배터리 성능 저하가 발생하게 되면 배터리의 잔존 용량에도 영향을 미치게 된다. 따라서, 본 발명에서는 SOC 추정 시 이러한 성능 저하 정도를 반영함으로써, 보다 정확하게 SOC를 추정할 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 추정된 SOC를 기초로 배터리의 충방전을 제어함으로써, 배터리의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다.The battery residual capacity estimation method according to the embodiment of the present invention described above can estimate the SOC of the battery more accurately by reflecting the battery capacity due to battery degradation. As the battery capacity increases, the internal resistance increases as the battery is used, so the output is reduced and the charge capacity is reduced. Such deterioration in battery performance also affects the remaining capacity of the battery. Therefore, in the present invention, the SOC can be more accurately estimated by reflecting the degree of performance degradation at the time of SOC estimation. Further, by controlling the charge / discharge of the battery based on the SOC estimated by the present invention, the performance and life of the battery can be improved.
상술한 본 발명에 따른 흐름도의 단계들은 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 흐름도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.The steps of the flowchart according to the present invention described above may occur in a different order or at the same time as the steps described above. It will also be understood by those skilled in the art that the steps depicted in the flow chart are not exclusive and that other steps may be included or that one or more steps in the flowchart may be deleted without affecting the scope of the invention.
1: 전기 자동차 10: 배터리
20: BMS 30: ECU
40: 인버터 50: 모터
200: 센싱부 210: 배터리 잔존 용량 추정 장치
211: SOH 추정부 212: SOC 추정부
1: Electric vehicle 10: Battery
20: BMS 30: ECU
40: inverter 50: motor
200: sensing unit 210: battery remaining capacity estimating device
211: SOH estimation unit 212: SOC estimation unit

Claims (15)

  1. 배터리의 퇴화 정도를 예측하기 위해 상기 배터리의 퇴화 정도에 따른 배터리의 용량(Capacity)을 추정하는 SOH 추정부; 및
    상기 배터리에 부하가 걸린 상태인지를 결정하고, 상기 배터리에 부하가 걸린 상태이면, 상기 배터리의 퇴화 정도에 따른 배터리의 용량과 상기 배터리의 충방전 전류를 근거로 전류 적산법을 이용하여 상기 배터리의 현재 SOC(State of Charge)를 추정하고, 상기 배터리가 무부하 상태이면, 상기 배터리의 OCV(Open Circuit Voltage)를 이용하여 상기 현재 SOC를 추정하는 SOC 추정부;를 포함하는 배터리 잔존 용량 추정 장치.
    An SOH estimating unit for estimating a capacity of the battery according to a degree of degradation of the battery to predict a degradation degree of the battery; And
    Determining whether or not the battery is in a loaded state and, if the battery is in a loaded state, determining a current state of the battery using a current integration method based on the capacity of the battery and the charge / discharge current of the battery, And estimates the current SOC using an OCV (Open Circuit Voltage) of the battery when the battery is in a no-load state, by estimating a state of charge (SOC) of the battery.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 현재 SOC는,
    SOC[n] = SOC[n-1] + I[n]/C (여기서, SOC[n]는 상기 현재 SOC, SOC[n-1]는 이전 SOC, I[n]는 상기 충방전 전류, C는 상기 배터리의 용량임)를 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔존 용량 추정 장치.
    The method according to claim 1,
    The current SOC,
    SOC [n] = SOC [n-1] + I [n] / C where SOC [n] is the current SOC, SOC [n- And C is the capacity of the battery).
  3. 삭제delete
  4. 삭제delete
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  6. 배터리의 충방전 전류를 측정하는 단계;
    상기 배터리의 퇴화 정도에 따른 배터리의 용량(Capacity)을 추정하는 단계;
    상기 배터리에 부하가 걸린 상태인지를 결정하는 단계;
    상기 배터리에 부하가 걸린 상태이면, 상기 배터리의 용량과 상기 충방전 전류를 근거로 전류 적산법을 이용하여 상기 배터리의 현재 SOC(State of Charge)를 추정하는 단계; 및
    상기 배터리가 무부하 상태이면, 상기 배터리의 OCV(Open Circuit Voltage)를 이용하여 상기 현재 SOC를 추정하는 단계를 포함하는 배터리 잔존 용량 추정 방법.
    Measuring charge / discharge current of the battery;
    Estimating a capacity of the battery according to a degradation degree of the battery;
    Determining whether the battery is in a loaded state;
    Estimating a current state of charge (SOC) of the battery using a current integration method based on the battery capacity and the charge / discharge current, when the battery is loaded; And
    And estimating the current SOC using OCV (Open Circuit Voltage) of the battery if the battery is in a no-load state.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 현재 SOC는,
    SOC[n] = SOC[n-1] + I[n]/C (여기서, SOC[n]는 상기 현재 SOC, SOC[n-1]는 이전 SOC, I[n]는 상기 충방전 전류, C는 상기 배터리의 용량임)를 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔존 용량 추정 방법.
    The method according to claim 6,
    The current SOC,
    SOC [n] = SOC [n-1] + I [n] / C where SOC [n] is the current SOC, SOC [n- And C is the capacity of the battery).
  8. 삭제delete
  9. 삭제delete
  10. 삭제delete
  11. 배터리의 충방전 전류, 전압 및 온도 중 적어도 하나를 측정하는 센싱부; 및
    상기 배터리의 퇴화 정도를 예측하기 위해 상기 배터리의 퇴화 정도에 따른 배터리의 용량(Capacity)을 추정하는 SOH 추정부와, 상기 배터리에 부하가 걸린 상태인지를 결정하고, 상기 배터리에 부하가 걸린 상태이면, 상기 배터리의 퇴화 정도에 따른 배터리의 용량과 상기 충방전 전류를 근거로 전류 적산법을 이용하여 상기 배터리의 현재 SOC(State of Charge)를 추정하고, 상기 배터리가 무부하 상태이면, 상기 배터리의 OCV(Open Circuit Voltage)를 이용하여 상기 현재 SOC를 추정하는 SOC 추정부를 포함하는 배터리 잔존 용량 추정 장치;를 포함하는 배터리 관리 시스템.
    A sensing unit for measuring at least one of charge / discharge current, voltage and temperature of the battery; And
    An SOH estimation unit for estimating a capacity of a battery according to a degree of degradation of the battery to predict a degree of degradation of the battery, and an SOH estimation unit for determining whether a load is applied to the battery, Estimating a current state of charge (SOC) of the battery using a current integration method based on the capacity of the battery according to the degradation degree of the battery and the charge / discharge current, and if the battery is in a no-load state, And an SOC estimator estimating the current SOC using an open circuit voltage of the battery.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 현재 SOC는,
    SOC[n] = SOC[n-1] + I[n]/C (여기서, SOC[n]는 상기 현재 SOC, SOC[n-1]는 이전 SOC, I[n]는 상기 충방전 전류, C는 상기 배터리의 용량임)를 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
    12. The method of claim 11,
    The current SOC,
    SOC [n] = SOC [n-1] + I [n] / C where SOC [n] is the current SOC, SOC [n- And C is a capacity of the battery).
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