KR101561887B1 - 차등적 ｓｏｃ 추정의 배터리 관리 장치와 방법 및 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명의 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 장치는 배터리의 전압을 측정하는 전압 센서; 상기 배터리의 전류를 측정하는 전류 센서; 상기 전류 센서의 정상 여부에 대한 신호를 출력하는 오동작 감지부; 상기 측정된 배터리의 전압 및 전류에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제1추정부; 상기 측정된 배터리의 전압에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제2추정부; 및 상기 오동작 감지부로부터 입력된 신호를 이용하여 상기 전류 센서가 정상으로 판단되는 경우 제1추정부가 구동되도록 제어하고 상기 전류 센서가 비정상으로 판단되는 경우 제2추정부가 구동되도록 차등적으로 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 본 발명에 의하면 전류 센서의 오동작 내지 고장 유무와 무관히 SOC 추정 모드를 적응적으로 전환할 수 있어 실질적이고 실효성 높은 SOC 추정을 지속적으로 유지할 수 있다.

Description

차등적 ＳＯＣ 추정의 배터리 관리 장치와 방법 및 배터리 팩{Apparatus and method for managing battery based on differential SOC estimation and battery pack using it}

본 발명은 배터리 팩을 관리하는 장치와 방법 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 배터리의 SOC(State Of Charge)를 배터리의 상태에 따라 차등적으로 이원화하여 추정 및 생성함으로써, 이차전지의 고유한 특징을 효과적으로 반영하여 이차전지 배터리의 전류를 센싱하는 전류 센서의 고장이나 오동작 등에 강인하게 대처하여 단락이나 중단됨 없이 배터리의 SOC에 대한 실질적인 값을 연속적으로 사용자 등에게 제공할 수 있는 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 장치와 방법 및 이를 이용한 배터리 팩에 관한 것이다.

제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.

이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.

최근에는, 화석 연료에 의한 에너지 자원 고갈의 문제, 환경 오염에 대한 이슈, 에너지의 사용의 경제성 등에 대한 이슈가 중요하게 부각되면서, 전력 사용량과 전력 생산량의 불일치를 효과적으로 극복하고, 전력 과잉 공급에 의한 낭비 및 전력 공급 부족에 의한 과부하 현상 등을 해결하기 위하여 다양한 정보 통신 인프라와 연계되어 전력 공급량을 탄력적으로 조절하도록 하는 스마트 그리드 시스템이라는 개념이 활발히 연구되고 있으며 상기 이차전지는 이러한 스마트 그리드 시스템에서의 효과적인 에너지 저장 및 활용원으로도 주목되고 있다.

이차전지는 휴대 단말 등의 배터리로 구현되는 경우는 반드시 그러하지 않을 수 있으나, 상기와 같이 전기 차량 또는 에너지 저장원 등에 적용되는 배터리는 통상적으로 단위 이차전지 셀(cell)이 복수 개 집합되는 형태로 사용되어 고용량 환경에 적합성을 높이게 된다.

도 1에 상징적으로 도시된 바와 같이 이차전지 셀(1)이 복수 개 집합된 배터리팩(10)이 전기 차량에 적용되는 경우, 모터 등의 구동부하에 대한 전력 공급 제어, 전류, 전압 등의 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge) 등의 추정을 위한 알고리즘이 적용되어 이차전지의 상태를 모니터링하고 제어하는 BMS(Battery Management System) 즉, 배터리 관리 장치(30) 등이 추가적으로 포함되어 구성된다.

상기 배터리 관리 장치(30)는 전자 제어 소자(31) 등을 제어하여 앞서 설명된 바와 같이 모터 등의 구동 부하 등으로 이루어지는 차량 시스템(20)에 공급되는 전력 계통을 제어하며, 또한, 배터리 팩(10)의 현재 SOC, SOH(State Of Health) 등에 대한 정보를 차량 시스템(20) 측으로 전달하여 사용자 내지 운전자에게 현재 배터리의 상태 정보 등을 인터페이싱하도록 구성된다.

앞서 언급된 바와 같이 차량 등에 적용되는 배터리 팩(10)은 직렬 및/또는 병렬 구조로 연결되는 복수 개의 이차전지 셀로 구성되는데, 상기 배터리 팩이 모터, 발전기, 전기 계통 시설 등의 부하에 공급되는 전력은 상기 복수 개의 이차전지의 전기적 연결에 의한 하나의 시스템 계통에서 이루어진다고 볼 수 있다.

관련하여, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 바와 같이 이차전지에 의한 전력 계통은 가솔린 엔진 계통과는 달리 현재 가용할 수 있는 전력에 대한 상태 정보 등을 물리적이고 절대적인 기준에서 생성할 수 없으므로 다양한 전기적 특성값 내지 변수 정보 등을 활용하여 충전 상태(SOC)를 추정하거나 예측하는 다양한 기법이 개시되어 있다.

이러한 이차전지의 본질적인 특성에 기초하여 상기 충전 상태(State Of Charge, SOC)에 대한 추정 방법론이 다양하게 이용되고 있는데, 통상적으로 OCV 등 전압에 대한 파라미터를 중심 기반으로 한 추정기법과 전류 또는 적산 전류 등에 대한 파라미터를 중심 기반으로 한 추정 기법 등으로 나눌 수 있다.

일반적으로, 전류를 기반으로 한 SOC 추정 기법은 다소 복잡한 알고리즘에 의하여 구현되는 만큼 상대적으로 정확한 SOC 추정이 가능하다고 알려져 있으며, 전류 파라미터를 배제하고 전압 파라미터를 중심 기반으로 하는 SOC 추정 기법은 다소 간단한 알고리즘에 의하여 구현되는 만큼 상대적으로 빠른 연산에 의한 SOC 추정이 가능하다고 알려져 있다.

한편, 온도 파라미터에 대한 값은 이차전지의 특성상 이차전지의 온도 분포에 따라 그 전기적 특성이 변화될 수 있으므로 현재 배터리의 온도 값과 기준되는 온도 값과의 상대적 차이 등을 감안하여 추정된 SOC를 보정하는 기능으로 주로 사용되고 있다.

이차전지(배터리)는 충전 또는 방전이 되풀이 반복 수행되는 전기적 특성을 가지고 있어 SOC 추정을 위한 전류 센서는 잦은 전류의 반복적 흐름과 서지성 전류 등의 유입 등에 의하여 오동작 내지 고장이 빈번하다고 알려져 있다.

통상적으로 전류 중심 기반의 SOC 추정 알고리즘은 전류를 기본으로 전압 또는/및 온도 파라미터를 함께 이용하여 연산하게 되는데, 이와 같이 전류 센서가 오동작 내지 고장 등이 발생하게 되는 경우 추정된 SOC 값 자체의 신뢰성이 저하된다고 할 수 있다. 즉, 민감한 반응을 보이는 전류 센서의 출력값에 기반한 상기 전류 중심 기반의 SOC 추정 알고리즘은 상대적으로 정확성은 높다고 할 수 있으나, 외부 환경 요인 특히, 전류 센서의 오동작 등에는 강인하게 대처하지 못한다는 단점을 가지고 있다.

이러한 본질적인 문제점이 내포되어 있으므로 상기 전류값을 기반으로 한 SOC 추정 알고리즘은 실제 배터리의 잔존량 내지 충전 상태값을 사용자에게 잘못 인터페이싱하게 될 수 있고, 이러한 경우 차량의 주행 가능 거리를 상징하는 SOC가 부정확해 지므로 사용자의 부지불식 간 구동 중 차량이 중단될 수 있는 심각한 문제가 발생할 수 있다.

알고리즘에 따라 전류 센서의 오류가 발생하는 경우 이를 보정하기 위한 추가 알고리즘이 구동되는 방법이 이용되는 경우도 있으나, 이러한 방법은 상당 시간 동안의 전류 상태값을 모니터링하여야 하므로 즉각성을 요하는 SOC 추정에 부적합하며, 또한, 더욱 복잡한 추가 알고리즘 연산 등이 필요하므로 하드웨어 리소스가 많아지고 연산 처리 능력이 저하되는 문제점을 가지고 있다고 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 배경에서 상기 문제점 내지 필요성을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전류 센서가 이상 동작을 수행하더라도 이러한 외적 환경에 무관히 배터리의 SOC의 추정을 실효성 있게 유지 내지 지속할 수 있도록 SOC 추정 모드를 이원화하여 상황에 따라 추정 모드를 즉각적으로 전환가능하도록 구성함으로써 더욱 신뢰성 높은 SOC 추정이 실현될 수 있는 배터리 관리 장치와 방법 및 배터리 팩을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 장치는 배터리의 전압을 측정하는 전압 센서; 상기 배터리의 전류를 측정하는 전류 센서; 상기 전류 센서의 정상 여부에 대한 신호를 출력하는 오동작 감지부; 상기 배터리의 측정된 전류를 포함하는 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제1추정부; 상기 배터리의 측정된 전압에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제2추정부; 및 상기 오동작 감지부로부터 입력된 신호를 이용하여 상기 전류 센서가 정상으로 판단되는 경우 제1추정부가 구동되도록 제어하고 상기 전류 센서가 비정상으로 판단되는 경우 제2추정부가 구동되도록 차등적으로 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명은 상기 배터리의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제1추정부는 상기 전압, 전류 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하며, 상기 제2추정부는 상기 전압 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하도록 구성될 수 있다.

여기에서, 상기 제1추정부는 상기 측정된 배터리의 전압, 전류 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제1추정 알고리즘이 탑재되며, 상기 제2추정부는 상기 측정된 배터리의 전압 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제2추정 알고리즘이 탑재되며, 상기 제어부는 상기 전류 센서가 정상으로 판단되는 경우 제1추정 알고리즘이 구동되도록 제어하고 상기 전류 센서가 비정상으로 판단되는 경우 제2추정 알고리즘이 구동되도록 차등적으로 제어하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 본 발명의 오동작 감지부는 상기 전류 센서로부터 입력된 상기 배터리의 전류 측정값이 기준값을 벗어나는 경우 상기 전류 센서의 오동작 신호를 상기 제어부로 출력하도록 구성되는 것이 바람직하다.

더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 상기 본 발명의 제어부는 기 전류 센서의 오동작 신호가 기준 시간 이상 지속되는 경우 이에 대한 경고 메시지를 출력하거나, 상기 전류 센서의 오동작 신호가 기준 회수 이상 발생되는 경우 이에 대한 경고 메시지를 출력하도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 제어부는 상기 전류 센서로부터 입력된 상기 배터리의 전류 측정값이 기준값을 벗어나는 경우 상기 전류 센서의 전류 측정 주기가 단축되도록 제어할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 방법은 배터리의 측정된 전류를 포함하는 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제1추정부와 상기 배터리의 측정된 전압에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제2추정부를 포함하여 전류 센서의 정상 여부에 따라 차등적으로 배터리의 SOC를 추정하는 배터리 관리 방법으로서, 전압 센서 및 전류 센서를 이용하여 배터리의 전압 및 전류를 측정하는 측정단계; 상기 전류 센서의 정상 여부에 대한 신호를 출력하는 오동작 감지단계; 및 상기 오동작 감지단계에서 입력된 신호를 이용하여 상기 전류 센서가 정상으로 판단되는 경우 제1추정부가 구동되도록 제어하고 상기 전류 센서가 비정상으로 판단되는 경우 제2추정부가 구동되도록 차등적으로 제어하는 제어단계를 포함하여 구성된다.

한편, 본 발명의 또 다른 측면에 의한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 팩은 충방전에 의하여 전력을 공급하는 이차전지 배터리; 및 배터리의 전압을 측정하는 전압 센서, 상기 배터리의 전류를 측정하는 전류 센서, 상기 전류 센서의 정상 여부에 대한 신호를 출력하는 오동작 감지부, 상기 배터리의 측정된 전류를 포함하는 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제1추정부, 상기 배터리의 측정된 전압에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제2추정부와 상기 오동작 감지부로부터 입력된 신호를 이용하여 상기 전류 센서가 정상으로 판단되는 경우 제1추정부가 구동되도록 제어하고 상기 전류 센서가 비정상으로 판단되는 경우 제2추정부가 구동되도록 차등적으로 제어하는 제어부를 포함하는 관리 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 본 발명에 의한 배터리 관리 장치와 방법 및 이를 이용한 배터리 팩은 전류 센서의 고장 유무와 관계없이 실효성 높은 배터리 SOC를 지속적으로 생성 관리할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 전류 센서의 오동작 유무에 따라 배터리의 SOC를 추정하는 알고리즘 등을 이원화시켜 차등적으로 적용함으로써 SOC 데이터에 대한 정확성과 센서 오류 등에 의한 강인성을 동시에 충족할 수 있음은 물론, 운전자 등의 사용자에게 배터리에 대한 실질적인 SOC 정보를 제공할 수 있어 배터리가 장착된 차량 등의 운행을 더욱 안정적이고 안전하게 구현할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일반적인 배터리 팩 관리 장치에 대한 구성을 도시한 개략도,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 배터리 관리 장치의 구성을 도시한 블록도,
도 3은 시간 경과에 따른 SOC 추정의 모드가 변화되는 과정을 상징적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 배터리 관리 방법의 과정을 도시한 흐름도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 배터리 팩에 대한 구성을 도시한 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 장치(이하 관리 장치로 칭한다)(100)에 대한 구성을 도시한 블록도이며, 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 방법(이하 관리 방법으로 칭한다)에 대한 과정을 도시한 흐름도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 관리 장치(100)는 전압 센서(110), 전류 센서(120), 온도 센서(130), 오동작 감지부(140), 제어부(150), 제1추정부(160), 제2추정부(170) 및 메모리부(180)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 전압 센서(110), 전류 센서(120) 및 온도 센서(130)는 배터리의 해당하는 전기적 내지 물리적 특성 정보를 센싱하는 기능을 수행하여(S400), 상기 센싱된 정보 내지 데이터는 후술되는 본 발명의 다른 구성으로 출력되어 배터리에 대한 SOC 추정의 파라미터 값으로 이용된다.

일반적으로 이용되고 있는 SOC 추정 기법에 의할 경우, 상기 전압 센서(110) 및 전류 센서(120)에 의해 측정된 전압 또는/및 전류값만을 활용하여도 SOC 추정이 가능함은 물론이며, 앞서도 간략히 언급된 바와 같이 온도 정보는 추정 연산된 SOC 값에 대한 보정(calibration)에 활용되거나 자체 SOC 연산에 직접적으로도 활용될 수 있으므로 온도 센서(130)를 포함하여 배터리의 정보가 센싱되도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다.

이차전지(배터리)의 전류값을 센싱하는 전류 센서는 전자 소자의 특성에서도 기인될 수 있으나, 외부 전원에 의한 충전과 모터 등의 구동원으로 방전하는 과정이 무수히 반복 되풀이되는 프로세싱이 이루어지고, 이 과정에서 서지 전류가 쉽게 유입되는 등의 악조건에 노출되어 잘못된 전류 값이 센싱될 가능성이 높다고 할 수 있다.

또한, 차량 등에 장착되는 배터리(이차전지) 등은 일정 범위의 정전압 환경이 이루어져 전압에 대한 변동(fluctuation)은 크지 않으나, 이에 반해 전류 환경은 상당한 변동성을 가져 전류 센서 소자의 안정성에 영향을 미치게 되어 일시적 또는 반영구적인 오동작 내지 고장을 유발하기도 한다.

통상적으로 SOC는 충전된 상태를 %로 표현하는 정량 추정 결과로서 배터리의 용량 등을 감안하여 현재의 배터리 상태로 차량의 구동 가능한 거리 정보와 함수적으로 대응되는 수치에 해당한다. 충전과 방전이라는 실질적인 객체는 전하(전류)의 이동에 있으므로 전류를 기반으로 SOC를 추정하는 것이 전압을 기반으로 하는 SOC 추정 기법에 대비하여 상대적으로 정확성이 높다고 할 수 있다.

그러나 전류 센서는 앞서 언급된 바와 같이 고장이 발생하거나 잘못된 센싱값을 출력할 가능성이 상대적으로 높다는 문제점을 가지고 있으므로 이러한 장점과 단점을 상호 접목하여 더욱 실효성 높은 SOC를 생성하여 사용자 등에게 제공하는 방법을 본 발명은 제안한다.

이를 위하여 본 발명은 우선, 전류를 포함하는 파라미터를 기반으로 상기 배터리(10)의 SOC를 추정하는 제1추정부(160)와 전압에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리(10)의 SOC를 추정하는 제2추정부(170)를 이원화하여 구성한다. 통상적으로 배터리의 SOC를 전류 기반으로 추정하는 알고리즘은 전류 및 전압에 대한 측정값을 함께 사용하는 경우가 일반적이므로 상기 제1추정부(160)는 전류 파라미터만을 이용할 수도 있으나 전류 및 전압에 대한 파라미터를 함께 이용하도록 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 오동작 감지부(140)는 전류 센서(130)로부터 출력되는 센싱 전류값을 모니터링하여 상기 전류 센서(130)의 고장 내지 오동작 여부를 판단하고(S410) 상기 전류 센서의 정상 여부에 대한 신호를 후술되는 본 발명의 제어부(150)로 출력한다.

상기 전류 센서(130)의 오동작 여부 등을 판단하는 방법은 OFFSET 값에 대한 판단 또는 충전 내지 방전 과정에서 센싱되는 전류 크기가 기준 허용 범위를 초과하는지 여부, 적산된 전류의 특성 정보 등을 포함하여 당업자 수준에서 다양한 방법이 가능함은 물론이다.

본 발명의 제어부(150)는 상기 오동작 감지부(140)로부터 상기 전류 센서가 정상이라는 결과 신호가 입력되면, 현재 전류 센서(130)의 센싱값을 유효한 값으로 신뢰할 수 있으므로 상대적으로 정확하고 정밀한 배터리 SOC 추정이 가능하도록 상기 제1추정부(160)가 구동되도록 하여 전류를 포함한 파라미터를 활용하여 현재의 배터리 SOC가 추정 연산되도록 제어한다(S420).

만약, 상기 오동작 감지부(140)로부터 상기 전류 센서가 비정상 내지 오동작 등의 결과 신호가 입력되면, 전류 센서(130)를 현재 신뢰할 수 없는 상태로 간주할 수 있으므로, 본 발명의 제어부(150)는 배터리의 전류 파라미터를 이용하지 않는 상기 제2추정부(170)가 구동되도록 제어하여 전류 이외의 파라미터 예를 들어, 전압 또는 전압/온도 파라미터를 이용하여 SOC가 추정되도록 제어한다(S430).

이와 같이 SOC에 대한 구성을 이원화하고, 전류 센서의 고장 내지 오동작 등에 따라 SOC추정이 선택적으로 전환 제어되도록 구성함으로써, 전류 센서가 정상 상태일 경우, 상대적으로 정확한 SOC 추정이 가능하도록 유도하고, 만약 전류 센서가 이상 상태로 간주될 경우, 전류값을 이용하지 않은 다른 SOC 추정이 이루어지도록 하여 실효성 있는 SOC 추정이 연속적으로 이루어질 수 있도록 구현할 수 있다.

상기 제1추정부(160) 및 제2추정부(170)에 대한 구성은 전류 센서의 오동작 등에 따른 이원화된 기반의 SOC 추정이 가능하도록 구현될 수 있다면 당업자 수준에서 다양한 적용례가 가능하다고 해석되어야 한다.

하나의 실시형태의 예로서, 상기 측정된 배터리의 전압, 전류 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제1추정 알고리즘을 상기 제1추정부(160)에 탑재시키고, 상기 제2추정부에는 상기 측정된 배터리의 전압 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제2추정 알고리즘이 탑재되도록 구성한 후, 본 발명의 제어부(150)가 상기 전류 센서가 정상으로 판단되는 경우 제1추정 알고리즘이 구동되도록 제어하고 상기 전류 센서가 비정상으로 판단되는 경우 제2추정 알고리즘이 구동되도록 제어하도록 구성할 수 있다. 전압, 전류 및 온도에 대한 파라미터를 모두 이용하는 추정 기법으로는 Boltzman equation, Peukert equation 등을 이용하는 방법 등 다양한 방법이 가능하다.

상기와 같이 구성되는 경우 도 3 (a)에 도시된 바와 같이 t₁ 시간까지는 전류 센서의 오동작이 없으므로 MODE1(즉, 제1추정부에 의한 전류 기반 모드)로 SOC를 추정하며, t₁에서 t₂까지는 전류 센서에 이상 값이 센싱되어 MODE2(즉, 제2추정부에 의한 전류를 배제한 다른 파라미터 기반 모드)로 SOC를 추정한다.

이와 대응되는 관점에서 t₂~t₃에서는 MODE1으로 t₃ 내지 t₄ 시간 구간에서는 다시 MODE2에 의하여 SOC가 추정되도록 제어되어, 전류 센서의 상태에 따라 적응적으로 SOC 추정 모드가 변환 내지 전환되게 된다.

한편, 전류 센서 등에서 일시적인 오류가 발생되는 경우 도 3 (a)와 같이 SOC 추정 모드가 변환 내지 전환될 수 있으나, 전류 센서에 서지 전류(surge current)가 돌입하는 등의 이유로 전류 센서의 소자가 손상되는 등 잠정적 영구 오류가 발생된다면, 도 3(b)와 같이 특정 시점(t₆) 이후부터는 MODE2에 의한 SOC 추정이 이루어질 수도 있다.

상기와 같은 과정은 시스템 내부에서 이루어지는 것으로 만약 도 3(b)와 같이 잠정적 영구 오류인 경우에는 차제 차량 시스템 내지 배터리 시스템의 수리 내지 교체 등에 의한 개선 방향을 사용자 등에게 유도하게 위하여 상기 내용을 사용자 등에게 인터페이싱하도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다.

즉, 상기 전류센서에 의한 전류값 센싱은 정해진 주기별로 이루어질 수 있는데, 만약 오동작 감지부(140)에서 입력되는 상기 전류 센서의 오동작 신호가 기준 시간 이상 지속되거나 또는 오동작 신호가 빈번하게 즉, 정해진 시간 동안 기준 회수를 초과한 회수로 이루어지는 경우(S440), 후속적인 프로세싱을 수행함과는 독립적으로 전류 센서의 오동작 발생에 대한 안내(경고) 메시지 또는 교체를 유도하는 안내 메시지 등이 운전자 등의 사용자 등에게 인터페이싱되도록 본 발명의 제어부(150)는 이에 대한 안내 메시지 내지 경고 메시지를 출력(S450)하도록 구성될 수 있다.

이와 함께 배터리의 이력 정보 등에 데이터를 확보하는 차원에서 소정의 메모리부(180)에 전류 센서의 오동작이 발생한 시간 정보, 회수 정보, 지속 시간 정보, 기준 시간 내지 기준 회수 초과 등에 대한 정보가 저장되도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 전류 센서에 일시적인 오류가 발생한 것인지 아니면 수리를 요하는 영구적인 오류가 발생된 것인지 여부를 더욱 정밀하게 검증가능하고 SOC추정에 활용할 수 있도록 전류 센서로부터 입력된 상기 배터리의 전류 측정값이 기준값을 벗어나는 경우 즉, 오동작 감지부(140)로부터 전류 센서의 오동작 신호가 입력되는 경우, 본 발명의 제어부(150)는 상기 전류 센서의 전류 측정 주기가 단축되도록 제어하여 더욱 빈번하게 전류 센서의 정상 여부가 모니터링되도록 제어하는 것이 바람직하다.

추가적으로 기준 시간 이상 오동작 신호가 지속되거나 기준 회수를 초과하여 오동작 신호가 입력되는 경우, 상기 전류 센서의 기능이 불활성화되도록 제어하는 방법도 적용 가능하다.

상기 기준 시간, 기준 회수, 기준 값 등은 배터리 또는 차량의 스펙, 하드웨어 리소스, 적용된 소자의 전기적 특성, 안정 및 안전성의 기준 등에 따라 가변적으로 설정가능함은 물론이다. 차량의 키가 off 되는 등 배터리 구동 내지 프로세싱에 대한 종료 조건이 충족되면 앞서 설명된 본 발명의 프로세싱이 종료되도록 구성할 수 있다.

한편 본 발명의 앞서 설명된 배터리 관리 장치(100)는 도 2 및 도 5 등에 도시된 배터리 팩(200) 자체의 시스템으로 구현될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 배터리 팩(200)은 충방전의 대상이 되며 차량 등에 전력을 공급하는 공급원으로서 기능하는 배터리 모듈(210)과 앞서 설명된 관리 장치가 모듈로 구현된 관리 모듈(220)을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 관리모듈(220)은 BMS 등으로 구현될 수 있음은 물론이다.

상기 배터리 모듈(210)은 복수 개의 이차전지(211)로 구성될 수 있음은 물론이며, 본 발명에 의한 배터리 팩(200) 특히 관리 모듈(220)은 앞서 설명된 바와 같이 차량 구동 등에 필요한 정보를 차량 시스템(300) 측으로 전달하고 사용자 등이 요구하는 정보 등이 입력되도록 구성된다.

상기 배터리 팩(200)의 관리 모듈(220)을 포함한 상세한 구성에 대한 설명은 앞서 설명된 배터리 관리 장치(100)에 대한 내용과 대응되므로 앞선 설명으로 대체한다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

또한, 본 발명의 설명에 있어 제1, 제2 등과 같은 표현은 상호 간의 각 구성을 상대적으로 구분하기 위하여 사용되는 도구적 개념의 용어일 뿐, 특정의 순서, 우선순위, 중요성 등을 객관적이고 물리적으로 구분하기 위하여 사용되는 용어이거나 절대적이고 물리적인 기준에서 각각의 구성을 구분하기 위하여 사용된 용어가 아님은 자명하다.

이와 함께, 상기 도 2 등에 도시된 본 발명의 관리 장치(100)에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소 또는 이를 포함하는 구성요소로 이해되어야 한다.

즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위한 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되어 수행되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관히 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.

1: 이차전지 셀 10: 배터리 팩
100: 본 발명의 배터리 관리 장치 110: 전압센서
120: 온도 센서 130: 전류 센서
140: 오동작 감지부 150: 제어부
160: 제1추정부 170: 제2추정부
180: 메모리부 200: 배터리 팩

Claims (21)

1. 배터리의 전압을 측정하는 전압 센서;
   상기 배터리의 전류를 측정하는 전류 센서;
   상기 전류 센서의 정상 여부에 대한 신호를 출력하는 오동작 감지부;
   상기 배터리의 측정된 전류를 포함하는 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제1추정부;
   상기 배터리의 측정된 전압에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제2추정부; 및
   상기 오동작 감지부로부터 입력된 신호를 이용하여 상기 전류 센서가 정상인 경우 제1추정부가 구동되도록 제어하고 상기 전류 센서가 비정상인 경우 제2추정부가 구동되도록 차등적으로 제어하는 제어부를 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 전류 센서로부터 입력된 상기 배터리의 전류 측정값이 기준값을 벗어나는 경우 상기 전류 센서의 전류 측정 주기가 단축되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 배터리의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고,
   상기 제1추정부는 상기 전압, 전류 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하며, 상기 제2추정부는 상기 전압 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제1추정부는,
   상기 측정된 배터리의 전압, 전류 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제1추정 알고리즘이 탑재되며, 상기 제2추정부는 상기 측정된 배터리의 전압 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제2추정 알고리즘이 탑재되며,
   상기 제어부는 상기 전류 센서가 정상인 경우 제1추정 알고리즘이 구동되도록 제어하고 상기 전류 센서가 비정상인 경우 제2추정 알고리즘이 구동되도록 차등적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 오동작 감지부는,
   상기 전류 센서로부터 입력된 상기 배터리의 전류 측정값이 기준값을 벗어나는 경우 상기 전류 센서의 오동작 신호를 상기 제어부로 출력하는 것을 특징으로 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 전류 센서의 오동작 신호가 기준 시간 이상 지속되는 경우 이에 대한 경고 메시지를 출력하는 것을 특징으로 하는 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 장치.
6. 제 4항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 전류 센서의 오동작 신호가 기준 회수 이상 발생되는 경우 이에 대한 경고 메시지를 출력하는 것을 특징으로 하는 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 장치.
7. 삭제
8. 배터리의 측정된 전류를 포함하는 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제1추정부와 상기 배터리의 측정된 전압에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제2추정부를 포함하여 전류 센서의 정상 여부에 따라 배터리의 SOC를 차등적으로 추정하는 배터리 관리 방법으로서,
   전압 센서 및 전류 센서를 이용하여 배터리의 전압 및 전류를 측정하는 측정단계;
   상기 전류 센서의 정상 여부에 대한 신호를 출력하는 오동작 감지단계;
   상기 오동작 감지단계에서 입력된 신호를 이용하여 상기 전류 센서가 정상인 경우 제1추정부가 구동되도록 제어하고 상기 전류 센서가 비정상인 경우 제2추정부가 구동되도록 차등적으로 제어하는 제어단계; 및
   상기 전류 센서로부터 입력된 상기 배터리의 전류 측정값이 기준값을 벗어나는 경우 상기 전류 센서의 전류 측정 주기가 단축되도록 제어하는 측정제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 측정단계는,
   온도 센서를 이용하여 상기 배터리의 온도를 더 측정하고,
   상기 제1추정부는 상기 전압, 전류 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하며, 상기 제2추정부는 상기 전압 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 제1추정부는,
    상기 측정된 배터리의 전압, 전류 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제1추정 알고리즘이 탑재되며, 상기 제2추정부는 상기 측정된 배터리의 전압 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제2추정 알고리즘이 탑재되며,
    상기 제어단계는 상기 전류 센서가 정상으로 판단되는 경우 제1추정 알고리즘이 구동되도록 제어하고 상기 전류 센서가 비정상으로 판단되는 경우 제2추정 알고리즘이 구동되도록 차등적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 방법.
11. 제 10항에 있어서, 상기 오동작 감지단계는,
    상기 전류 센서로부터 입력된 상기 배터리의 전류 측정값이 기준값을 벗어나는 경우 상기 전류 센서의 오동작 신호를 출력하는 것을 특징으로 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 방법.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 전류 센서의 오동작 신호가 기준 시간 이상 지속되는 경우 이에 대한 경고 메시지를 출력하는 경고 출력 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 방법.
13. 제 11항에 있어서,
    상기 전류 센서의 오동작 신호가 기준 회수 이상 발생되는 경우 이에 대한 경고 메시지를 출력하는 경고 출력 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차등적 SOC 추정의 배터리 관리 방법.
14. 삭제
15. 충방전에 의하여 전력을 공급하는 이차전지 배터리; 및
    배터리의 전압을 측정하는 전압 센서, 상기 배터리의 전류를 측정하는 전류 센서, 상기 전류 센서의 정상 여부에 대한 신호를 출력하는 오동작 감지부, 상기 배터리의 측정된 전류를 포함하는 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제1추정부, 상기 배터리의 측정된 전압에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제2추정부와 상기 오동작 감지부로부터 입력된 신호를 이용하여 상기 전류 센서가 정상으로 판단되는 경우 제1추정부가 구동되도록 제어하고 상기 전류 센서가 비정상으로 판단되는 경우 제2추정부가 구동되도록 차등적으로 제어하는 제어부를 포함하는 관리 모듈을 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 전류 센서로부터 입력된 상기 배터리의 전류 측정값이 기준값을 벗어나는 경우 상기 전류 센서의 전류 측정 주기가 단축되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차등적 SOC 추정의 배터리 팩.
16. 제 15항에 있어서, 상기 관리모듈은,
    상기 배터리의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고,
    상기 제1추정부는 상기 전압, 전류 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하며, 상기 제2추정부는 상기 전압 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 차등적 SOC 추정의 배터리 팩.
17. 제 16항에 있어서, 상기 제1추정부는,
    상기 측정된 배터리의 전압, 전류 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제1추정 알고리즘이 탑재되며, 상기 제2추정부는 상기 측정된 배터리의 전압 및 온도에 대한 파라미터를 기반으로 상기 배터리의 SOC를 추정하는 제2추정 알고리즘이 탑재되며,
    상기 제어부는 상기 전류 센서가 정상으로 판단되는 경우 제1추정 알고리즘이 구동되도록 제어하고 상기 전류 센서가 비정상으로 판단되는 경우 제2추정 알고리즘이 구동되도록 차등적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 차등적 SOC 추정의 배터리 팩.
18. 제 17항에 있어서, 상기 오동작 감지부는,
    상기 전류 센서로부터 입력된 상기 배터리의 전류 측정값이 기준값을 벗어나는 경우 상기 전류 센서의 오동작 신호를 상기 제어부로 출력하는 것을 특징으로 차등적 SOC 추정의 배터리 팩.
19. 제 18항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전류 센서의 오동작 신호가 기준 시간 이상 지속되는 경우 이에 대한 경고 메시지를 출력하는 것을 특징으로 하는 차등적 SOC 추정의 배터리 팩.
20. 제 18항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전류 센서의 오동작 신호가 기준 회수 이상 발생되는 경우 이에 대한 경고 메시지를 출력하는 것을 특징으로 하는 차등적 SOC 추정의 배터리 팩.
21. 삭제

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