KR101692104B1

KR101692104B1 - 배터리 잔존 용량 산출 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101692104B1
Application number: KR1020140054049A
Authority: KR
Inventors: 김경하
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2014-05-07
Publication date: 2017-01-02
Also published as: KR20150127370A

Abstract

본 발명은 배터리 잔존 용량 산출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전기 자동차의 주행이 시작되는 경우, 전기 자동차의 주행 종료 시점에 산출된 배터리의 잔존 용량(State of Charge; SOC)과 전기 자동차의 주행 시작 시점에 산출된 배터리의 SOC 간에 차이를 계산하며 계산된 차이를 기 설정된 시간 동안 일정하게 감소시켜 오프셋으로 산출하고, 실시간으로 산출되는 배터리의 SOC와 오프셋을 합산하여 운전자에게 보정된 배터리의 SOC를 제공하는 배터리 잔존 용량 산출 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

배터리 잔존 용량 산출 장치 및 방법{Apparatus and method for calculting state of charge of battery}

제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 배터리의 연구 개발로 배터리는 전기적 구동원에 의하여 구동되는 전기 자동차(Electric Vehicle; EV), 플러그인 하이브리드 전기 자동차 (Plug-in Hybrid Electric Vehicle; PHEV), 하이브리드 자동차(Hybrid Vehicle; HV) 또는 가정용 또는 산업용으로 이용되는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)이나 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 시스템 등에 보편적으로 응용되고 있다.

이러한 배터리는 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.

휴대 단말 등에 구비된 배터리의 경우는 반드시 그러하지 않을 수 있으나, 상기와 같이 전기 자동차, 플러그인 하이브리드 전기 자동차 및 하이브리드 자동차 등에 적용되는 배터리는 통상적으로 단위 이차전지 셀(Cell)이 복수 개 집합되는 형태로 사용되어 고용량 환경에 적합성을 높이게 된다.

이와 같은 배터리, 특히 다수의 2차 전지가 충전과 방전을 번갈아 가면서 수행하는 경우에는 이들의 충방전을 효율적으로 제어하여 배터리가 적정한 동작 상태 및 성능을 유지하도록 관리하고, 이를 바탕으로 전기 자동차 운전자에게 정확한 주행 가능 거리 정보를 제공해야 한다.

이를 위해, 배터리의 상태를 측정하고 배터리의 성능을 관리하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)이 구비된다. BMS는 배터리의 전류, 전압, 온도 등을 측정하여 배터리의 잔존 용량(State Of Charge; SOC)을 추정 및 산출하고, 산출된 배터리의 SOC를 바탕으로 연료 소비 효율이 가장 좋아지도록 배터리의 SOC를 제어하며 전기 자동차 운전자에게 주행 가능 거리 정보를 제공하기 위해 산출된 배터리의 SOC를 제공한다.

하지만, 배터리의 전류, 전압, 온도와 같이 전기 자동차 주행 시 측정된 배터리의 상태를 반영하여 산출되는 배터리의 SOC 특성상 전기 자동차의 주행 종료 시점과 주행 시작 시점에 산출된 배터리의 SOC는 차이가 발생한다. 보다 구체적으로, 전기 자동차의 주행 종료 시점에 산출되어 운전자에게 제공된 배터리의 SOC와 주행 종료 후 소정의 시간이 흐른 뒤 다시 주행을 시작하는 시점에 산출되어 운전자에게 제공되는 배터리의 SOC는 차이가 발생하며, 이로 인해, 운전자는 전기 자동차를 주행하지 않았지만 주행 종료 시점에 제공받은 배터리의 SOC에 비해 감소된 배터리의 SOC를 제공받게 되는 문제점이 발생된다.

이에, 본 발명자는 상술된 문제점을 해결하기 위하여, 전기 자동차의 주행을 시작하는 경우, 전기 자동차의 주행 종료 시점에 산출된 배터리의 잔존 용량과 전기 자동차의 주행 시작 시점에 산출된 배터리의 SOC 간에 차이를 계산하며 계산된 차이를 기 설정된 시간 동안 일정하게 감소시켜 오프셋으로 산출하고, 실시간으로 산출되는 배터리의 SOC와 오프셋을 합산하여 운전자에게 보정된 배터리의 SOC를 제공하는 배터리 잔존 용량 산출 장치 및 방법을 발명하기에 이르렀다.

한국공개특허 제10-2009-0052766호

본 발명의 목적은, 전기 자동차의 주행이 시작되는 경우, 전기 자동차의 주행 종료 시점에 산출된 배터리의 SOC와 전기 자동차의 주행 시작 시점에 산출된 배터리의 SOC 간에 차이를 계산하며 계산된 차이를 기 설정된 시간 동안 일정하게 감소시켜 오프셋으로 산출하고, 실시간으로 산출되는 배터리의 SOC와 오프셋을 합산하여 운전자에게 보정된 배터리의 SOC를 제공하는 배터리 잔존 용량 산출 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

보다 구체적으로, 본 발명의 목적은, 오프셋 산출부를 통해 기 설정된 시간 동안 "0"으로 수렴하는 오프셋을 산출하고 보정 SOC 산출부를 통해 실시간으로 산출되는 배터리의 SOC와 오프셋을 합산하여 배터리의 SOC에 대응하는 보정 SOC를 산출하는 배터리 잔존 용량 산출 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔존 용량 산출 장치는 배터리의 잔존 용량(State Of Charge; SOC)을 실시간으로 산출하는 SOC 산출부; 이그니션 스위치가 오프(Off) 상태로 변경된 경우 상기 산출된 배터리의 SOC를 최종 SOC로 저장하는 SOC 저장부; 상기 이그니션 스위치가 온(On) 상태로 변경된 경우 상기 산출된 배터리의 SOC와 상기 저장된 최종 SOC 간에 차이를 계산하고, 상기 계산된 차이를 기 설정된 시간 동안 감소시켜 오프셋으로 산출하는 오프셋 산출부; 및 상기 이그니션 스위치가 온 상태로 변경된 경우 상기 기 설정된 시간 동안 상기 산출된 배터리의 SOC와 상기 산출된 오프셋을 합산하여 보정 SOC를 산출하는 보정 SOC 산출부;를 포함하여 구성된다.

상기 배터리 잔존 용량 산출 장치는 상기 이그니션 스위치의 온 또는 오프 상태를 감지하고, 이그니션 스위치의 온 상태를 감지하는 경우 이그니션 스위치 온 신호를 송신하고 이그니션 스위치의 오프 상태를 감지하는 경우 이그니션 스위치 오프 신호를 송신하는 감지부;를 더 포함할 수 있다.

상기 배터리 잔존 용량 산출 장치는 상기 감지부로부터 이그니션 스위치 오프 신호를 수신하는 경우, 상기 SOC 저장부에 상기 최종 SOC를 저장하도록 상기 SOC 저장부를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 감지부로부터 이그니션 스위치 온 신호를 수신하는 경우, 상기 기 설정된 시간 동안 상기 오프셋을 산출하도록 상기 오프셋 산출부를 제어하고, 상기 산출된 오프셋을 상기 보정 SOC 산출부로 송신하여 상기 보정 SOC를 산출하도록 상기 보정 SOC 산출부를 제어할 수 있다.

상기 배터리 잔존 용량 산출 장치는 상기 산출된 배터리의 SOC 또는 보정 SOC를 표시하는 표시부;를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 감지부로부터 이그니션 스위치 온 신호를 수신하는 경우, 상기 기 설정된 시간 동안 상기 산출된 보정 SOC를 표시하도록 상기 표시부를 제어하고, 상기 기 설정된 시간 이후 상기 산출된 배터리의 SOC를 표시하도록 상기 표시부를 제어할 수 있다.

상기 오프셋 산출부는 하기 수학식1에 근거하여, 상기 오프셋을 산출할 수 있다.

[수학식1]

여기에서, O_set은 상기 오프셋, g는 상기 산출된 배터리의 SOC와 상기 저장된 최종 SOC 간에 차이, t'은 상기 기 설정된 시간

상기 보정 SOC 산출부는 하기 수학식2에 근거하여, 상기 보정 SOC를 산출할 수 있다.

[수학식2]

여기에서, SOC_com은 상기 보정 SOC, SOC는 상기 산출된 배터리의 SOC, O_set은 상기 산출된 오프셋

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔존 용량 산출 방법은 SOC 산출부가 배터리의 잔존 용량(State Of Charge; SOC)을 실시간으로 산출하는 단계; SOC 저장부가 이그니션 스위치가 오프(Off) 상태로 변경된 경우 상기 SOC를 최종 SOC로 저장하는 단계; 오프셋 산출부가 상기 이그니션 스위치가 온(On) 상태로 변경된 경우 상기 산출된 배터리의 SOC와 상기 저장된 최종 SOC 간에 차이를 계산하고, 상기 계산된 차이를 기 설정된 시간 동안 감소시켜 오프셋으로 산출하는 단계; 및 보정 SOC 산출부가 상기 이그니션 스위치가 온 상태로 변경된 경우 상기 기 설정된 시간 동안 상기 산출된 배터리의 SOC와 상기 산출된 오프셋을 합산하여 보정 SOC를 산출하는 단계;를 포함하여 구성된다.

배터리 잔존 용량 산출 방법은 감지부가 상기 이그니션 스위치의 온 또는 오프 상태를 감지하고, 이그니션 스위치의 온 상태를 감지하는 경우 이그니션 스위치 온 신호를 송신하고 이그니션 스위치의 오프 상태를 감지하는 경우 이그니션 스위치 오프 신호를 송신하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

배터리 잔존 용량 산출 방법은 제어부가 상기 감지부로부터 이그니션 스위치 오프 신호를 수신하는 경우, 상기 SOC 저장부에 상기 최종 SOC를 저장하도록 상기 SOC 저장부를 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

배터리 잔존 용량 산출 방법은 상기 제어부가 상기 감지부로부터 이그니션 스위치 온 신호를 수신하는 경우, 상기 기 설정된 시간 동안 상기 오프셋을 산출하도록 상기 오프셋 산출부를 제어하고, 상기 산출된 오프셋을 상기 보정 SOC 산출부로 송신하여 상기 보정 SOC를 산출하도록 상기 보정 SOC 산출부를 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

배터리 잔존 용량 산출 방법은 표시부가 상기 산출된 배터리의 SOC 또는 보정 SOC를 표시하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

배터리 잔존 용량 산출 방법은 상기 제어부가 상기 감지부로부터 이그니션 스위치 온 신호를 수신하는 경우, 상기 기 설정된 시간 동안 상기 산출된 보정 SOC를 표시하도록 상기 표시부를 제어하고, 상기 기 설정된 시간 이후 상기 산출된 배터리의 SOC를 표시하도록 상기 표시부를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

배터리 잔존 용량 산출 방법에서 상기 오프셋 산출부는 하기 수학식1에 근거하여, 상기 오프셋을 산출할 수 있다.

[수학식1]

배터리 잔존 용량 산출 방법에서 상기 보정 SOC 산출부는 하기 수학식2에 근거하여, 상기 보정 SOC를 산출할 수 있다.

[수학식2]

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔존 용량 산출 장치 및 방법은 기 설정 시간 동안 감소하여 "0"으로 수렴하는 오프셋과 실시간으로 산출되는 배터리의 SOC를 합산하여 보정 SOC를 산출하고 산출된 보정 SOC를 운전자에게 제공함으로써, 기 설정된 시간 동안 오차가 점진적으로 감소되고 실시간으로 산출되는 배터리의 SOC를 반영한 보정 SOC를 운전자에게 제공하는 효과를 가진다.

또한, 상술된 보정 SOC를 운전자에게 제공함으로써, 배터리의 성능, 배터리의 SOC 및 전기 자동차의 주행 가능 거리 정보에 대한 운전자의 신뢰도를 향상시키는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔존 용량 산출 장치가 적용될 수 있는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔존 용량 산출 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔존 용량 산출 장치에서 산출되는 오프셋을 시간에 따라 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔존 용량 산출 장치에서 산출되는 보정 SOC와 배터리의 SOC를 시간에 따라 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔존 용량 산출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔존 용량 산출 장치가 적용될 수 있는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에서 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔존 용량 산출 장치가 전기 자동차에 적용된 예를 도시하고 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔존 용량 산출 장치는 전기 자동차 이외에도 가정용 또는 산업용 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)이나 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 시스템 등의 기술 분야에 적용될 수 있다.

전기 자동차(1)는 배터리(10), BMS(Battery Management System, 20), ECU(Electronic Control Unit, 30), 인버터(40) 및 모터(50)를 포함하여 구성될 수 있다.

배터리(10)는 모터(50)에 구동력을 제공하여 전기 자동차(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(10)는 모터(50) 및/또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(40)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다.

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.

또한, 배터리(10)는 복수의 전지 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 있는 배터리 팩으로 형성된다. 그리고, 이러한 배터리 팩이 하나 이상 구비되어 배터리(10)를 형성할 수도 있다.

BMS(20)는 배터리(10)의 상태를 측정하고, 측정한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)를 관리한다. 그리고 상태 정보를 이용하여 배터리(10)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 전기 자동차(1)의 주행 가능 거리 정보 및 배터리(10)의 SOC를 운전자에게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 BMS(20)는 후술되는 배터리 잔존 용량 산출 장치(도 2의 100)를 포함할 수 있다. 이러한 배터리 잔존 용량 산출 장치(도 2의 100)에 의해 배터리(10)의 성능, 배터리(10)의 SOC 및 전기 자동차(1)의 주행 가능 거리 정보에 대한 운전자의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

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.

또한, ECU(30)는BMS(20)에 의해 전달받은 배터리(10)의 상태 정보에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(40)에 제어 신호를 보낸다.

인버터(40)는 ECU(30)의 제어 신호에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전되도록 한다.

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.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔존 용량 산출 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔존 용량 산출 장치에서 산출되는 오프셋을 시간에 따라 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔존 용량 산출 장치에서 산출되는 보정 SOC와 배터리의 SOC를 시간에 따라 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 잔존 용량 산출 장치(100)는 SOC 산출부(110), SOC 저장부(120), 오프셋 산출부(130), 보정 SOC 산출부(140), 표시부(150), 감지부(160) 및 제어부(170) 및 를 포함하여 구성될 수 있다.

도 2에 도시된 배터리 잔존 용량 산출 장치(100)의 구성은 일 실시예에 따른 것이고 도 2에 도시된 블록들은 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.

SOC 산출부(110)는 기 설정된 파라미터를 적용하여 배터리(10)의 SOC를 실시간으로 산출하는 역할을 수행한다.

여기서, 파라미터는 배터리(10)의 SOC를 산출하는데 이용되는 파라미터로서, 배터리(10)의 전류, 전압 및 온도 중 하나 이상과 관련한 값일 수 있으며 가장 정확한 배터리(10)의 SOC가 산출되도록 파라미터들이 결정된다. 이러한 파라미터들은 파라미터를 결정하는 당시에 측정된 배터리(10)의 전류, 전압 및 온도 중 하나 이상과 관련한 값일 수 있으며, 이를 이용하여 산출된 배터리(10)의 SOC 또한 산출 당시의 배터리(10) 상태 정보가 반영될 수 있다.

따라서, 전기 자동차(도 1의 1)의 주행이 종료된 시점의 배터리(10)의 상태 정보와 장시간 주차 후 주행을 시작하는 시점의 배터리(10)의 상태 정보는 서로 상이할 수 있으며, 이로 인해 주행 종료 시점에 운전자에게 제공된 배터리(10)의 SOC와 주행 시작 시점에 운전자에게 제공되는 배터리(10)의 SOC 간에 차이가 발생할 수 있다.

예를 들어, 전기 자동차(도 1의 1)의 주행이 종료된 시점에 운전자에게 제공된 배터리(10)의 SOC가 "70%"인데 반해, 장시간 주차 후 주행을 시작하는 시점에 운전자에게 제공된 배터리(10)의 SOC는 주행 종료 시점과 상이한 주행 시작 시점의 배터리(10) 상태 정보를 반영하여 산출됨으로써 "60%"일 수 있다. 따라서, 주행을 하지 않고 주차만을 한 전기 자동차(도 1의 1)의 주행 가능 거리 정보 및 배터리(10)의 SOC가 감소되어 운전자에게 제공되고 이로 인해, 운전자는 전기 자동차(도 1의 1)의 배터리(10)로부터 제공받는 주행 가능 거리 정보와 배터리(10)의 SOC에 대한 신뢰도가 하락하게 된다.

따라서, 배터리(10)의 성능, 배터리(10)의 SOC 및 전기 자동차(도 1의 1)의 주행 가능 거리 정보에 대한 운전자의 신뢰도를 향상시키기 위하여, 배터리 잔존 용량 산출 장치(100)는 후술되는 보정 SOC 산출부(140)를 통해 상술된 SOC 간에 차이가 점진적으로 감소되고 배터리(10)의 SOC를 실시간으로 반영한 보정 SOC를 산출하여 운전자에게 제공할 수 있다.

SOC 저장부(120)는 후술되는 제어부(170)의 제어를 받아 상술된 SOC 산출부(110)에서 실시간으로 산출된 배터리(10)의 SOC 중에서 전기 자동차(도 1의 1)의 주행이 종료된 시점 즉, 가장 마지막으로 산출된 배터리(10)의 SOC를 최종 SOC로 저장하는 역할을 수행한다.

이러한 SOC 저장부(120)의 역할을 수행하기 위하여, SOC 저장부(120)는 플래쉬 메모리(Flash Memory), SRAM(Static Random Access Memory), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read OnlyMemory) 및 EPROM(Erasable and Programmable Read Only Memory) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

오프셋 산출부(130)는 이그니션 스위치(60)의 상태가 온 상태로 변경된 이후 상술된 SOC 산출부(110)를 통해 최초로 산출된 배터리(10)의 SOC와 상술된 SOC 저장부(120)에 저장된 최종 SOC를 수신하여 차이를 계산하는 역할을 수행한다.

또한, 오프셋 산출부(130)는 상기에 계산된 차이를 기 설정된 시간 동안 "0"으로 수렴하도록 일정하게 감소시켜 오프셋으로 산출하는 역할을 수행한다.

여기서, 기 설정된 시간은 사용자 또는 제조사로부터 입력을 받아 오프셋 산출부(130)를 통해 산출되는 오프셋이 "0"으로 수렴하기까지의 시간을 설정한 시간일 수 있다.

한편, 오프셋 산출부(130)를 통해 산출된 오프셋은 하기의 수학식을 이용하여 산출될 수 있다.

[수학식1]

여기서, O_set은 상기 수학식1로 산출되는 오프셋이고, g는 이그니션 스위치(60)의 상태가 온 상태로 변경된 이후 SOC 산출부(110)를 통해 최초로 산출된 배터리(10)의 SOC와 SOC 저장부(120)에 저장된 최종 SOC 간에 차이를 계산한 값이다.

t'은 사용자로부터 입력받아 기 설정된 시간으로 산출되는 오프셋의 값이 "0"으로 수렴하기까지의 시간이고, t는 이그니션 스위치(60)의 상태가 온 상태로 변경된 후 경과 시간이다.

따라서, 이그니션 스위치(60)의 상태가 온 상태로 변경되면 오프셋은 g값을 시작으로 일정하게 감소하여 t=t'인 시점에 "0"으로 수렴한다.

도 3을 참조하여, 상술된 수학식1을 이용하여 산출되는 오프셋에 대해 보다 자세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔존 용량 산출 장치에서 산출되는 오프셋을 시간에 따라 도시한 도면이다.

도면의 그래프의 x축은 이그니션 스위치(도 2의 60)의 상태가 온 상태로 변경된 후 경과 시간(t)이며, y축은 경과 시간(t)에 대응하여 오프셋 산출부(도 2의 130)를 통해 산출되는 오프셋(O_set)이다.

수학식 1을 이용하여 오프셋 산출부(도2의 130)를 통해 산출되는 오프셋의 그래프(301)는 이그니션 스위치(도 2의 60)의 상태가 온 상태로 변경된 이후 SOC 산출부(도 2의 110)를 통해 최초로 산출된 배터리(도 2의 10)의 SOC와 SOC 저장부(도 2의 120)에 저장된 최종 SOC 간에 차이를 시작으로 기 설정된 시간 동안(t') 일정하게 감소하여 t=t'인 시점에 "0"으로 수렴하는 그래프를 출력한다.

도 2로 돌아와, 보정 SOC 산출부(140)에 대해 계속해서 설명하도록 한다.

보정 SOC 산출부(140)는 이그니션 스위치(60)의 상태가 온 상태로 변경된 이후 상술된 SOC 산출부(110)를 통해 실시간으로 산출되는 배터리(10)의 SOC와 상술된 오프셋 산출부(130)를 통해 실시간으로 산출되는 오프셋을 수신하고, 수신된 배터리(10)의 SOC와 오프셋을 합산하여 보정 SOC로 산출하는 역할을 수행한다.

보다 구체적으로, 보정 SOC 산출부(140)로 수신된 배터리(10)의 SOC는 배터리(10)의 상태 정보를 바탕으로 지속적으로 산출되는 값으로 실시간으로 변경되며, 오프셋 산출부(130)를 통해 산출된 오프셋 또한 기 설정된 시간동안 일정하게 감소되는 값일 수 있다.

한편, 보정 SOC 산출부(140)를 통해 산출된 보정 SOC는 하기의 수학식을 이용하여 산출될 수 있다.

[수학식2]

여기서, SOC_com은 상술된 수학식2로 산출되는 보정 SOC이고, SOC는 이그니션 스위치(60)의 상태가 온 상태로 변경된 이후 SOC 산출부(110)를 통해 실시간으로 산출되는 배터리(10)의 SOC이며, O_set는 상술된 수학식1로 산출된 오프셋이다.

따라서, 이그니션 스위치(60)의 상태가 온 상태로 변경된 후 처음 산출되는 보정 SOC는 시간의 경과가 없으므로 감소되지 않은 오프셋과 현재 배터리(10)의 SOC가 합산되어 산출된 값이므로 최종 SOC와 동일하다.

이후, 기 설정된 시간 동안 오프셋은 일정하게 감소되어 산출되고, 산출된 오프셋과 실시간으로 산출된 배터리(10)의 SOC가 합산되어 보정 SOC로 산출된다.

도 4을 참조하여, 상술된 수학식2를 이용하여 산출되는 보정 SOC에 대해 보다 자세히 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔존 용량 산출 장치에서 산출되는 보정 SOC와 배터리의 SOC를 시간에 따라 도시한 도면이다.

도면의 그래프는 시간(t)의 경과에 따라 산출되는 배터리(10)의 SOC 곡선 그래프(401) 및 보정 SOC의 곡선 그래프(402)이다.

전기 자동차(도 1의 1)의 주행이 종료 되는 시점에 산출된 배터리(도 2의 10)의 SOC는 최종 SOC로 저장되고, 주행 종료 후부터 주행 시작까지의 일정 시간(t") 동안은 배터리(도 2의 10)의 SOC가 산출되지 않는다. 주행 종료 후부터 주행 시작까지의 일정 시간(t") 이후 최초로 산출된 배터리(도 2의 10)의 SOC와 최종 SOC 간에 차이는 g에 해당한다.

이그니션 스위치(60)의 상태가 온 상태로 변경되고 기 설정된 시간(t') 동안에는 상술한 바와 같이, 배터리(10)의 SOC에 일정하게 감소하는 오프셋이 합산되어 보정 SOC가 산출되어 운전자에게 제공되며, 이에 따라 배터리(10)의 SOC 곡선 그래프(401)에 오프셋이 합산된 보정 SOC의 곡선 그래프(402)가 출력되고, 두 그래프(401, 402)는 기 설정된 시간(t')이 종료되는 시점에서 접하게 된다.

기 설정된 시간(t') 이후에는 산출된 배터리(도 2의 10)의 SOC만을 운전자에게 제공한다.

두 그래프(401, 402)를 살펴보면, 시간(t)에 대응하는 각각의 SOC값은 상이하지만 보정 SOC의 곡선 그래프(402)는 배터리(10)의 SOC 곡선 그래프(401)의 변화에 대응되며 SOC값의 차이는 시간이 경과함에 따라 감소한다.

도 2로 돌아와, 표시부(150)에 대해 계속해서 설명하도록 한다.

표시부(150)는 후술되는 제어부(170)의 제어를 받아 배터리(10)의 SOC 또는 보정 SOC를 표시하여 운전자에게 제공하는 역할을 수행한다.

보다 구체적으로, 제어부(170)는 기 설정된 시간 동안에는 상술된 보정 SOC 산출부(140)를 통해 산출되는 보정 SOC를 표시하여 운전자에게 제공하고, 기 설정된 시간 이외의 시간 동안에는 상술된 SOC 산출부(110)를 통해 산출되는 배터리(10)의 SOC를 상술된 표시부(150)에 표시하여 운전자에게 제공할 수 있다.

일 실시예에서, 표시부(150)는 LCD(Liquid Crystal Display) 장치, LED(Light Emitting Diode) 장치 등을 통해 배터리(10)의 SOC 또는 보정 SOC를 표시할 수 있다.

감지부(160)는 이그니션 스위치(60)와 연결되어 이그니션 스위치 단자(미도시)의 접촉여부를 근거하여 온(On) 또는 오프(Off) 상태를 감지하고 감지 결과에 대응하는 신호를 후술되는 제어부(170)로 송신하는 역할을 수행한다.

예를 들어, 감지부(160)는 이그니션 스위치 단자(미도시)가 접촉되는 경우, 이그니션 스위치(60)가 오프에서 온 상태로 변경되었다고 판단하여 후술되는 제어부(170)로 이그니션 스위치 온 신호를 송신할 수 있다.

반대로, 감지부(160)는 이그니션 스위치 단자(미도시)가 미접촉되는 경우, 이그니션 스위치(60)가 온에서 오프 상태로 변경되었다고 판단하여 후술되는 제어부(170)로 이그니션 스위치 오프 신호를 송신할 수 있다.

이러한 역할을 수행하는 감지부(160)는 변류기(Current transformer) 방식, 홀 소자(Hall element) 방식 및 퓨즈(Fuse) 방식 중 하나 이상에 해당하는 전류 센서(Current sensor)를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 감지부(160)는 내부 소자들을 과전류(예를 들어, 50A 이상에 해당하는 전류)로 인한 화재로부터 보호할 수 있는 안정기(예를 들어, 높은 저항값을 가지는 저항체 등)(미도시)를 더 포함할 수 있다.

한편, 감지부(160)가 상술한 역할을 수행하는 한, 감지부(160)의 종류는 제한되지 않음을 유의한다.

제어부(170)는 상술된 감지부(160)로부터 신호를 수신하고, 수신된 신호에 대응하여 SOC 저장부(120), 오프셋 산출부(130), 보정 SOC 산출부(140) 및 표시부(150)를 제어하는 역할을 수행한다.

보다 구체적으로, 상술된 감지부(160)로부터 이그니션 스위치(60)의 상태가 오프 상태로 변경됨을 알리는 이그니션 스위치 오프 신호를 수신하는 경우, 제어부(170)는 상술된 SOC 산출부(110)을 통해 실시간으로 산출되는 배터리(10)의 SOC 중에서 가장 마지막으로 산출된 배터리(10)의 SOC를 최종 SOC로 SOC 저장부(120)에 저장하도록 SOC 저장부(120)를 제어할 수 있다.

이후, 상술된 감지부(160)로부터 이그니션 스위치(60)의 상태가 온 상태로 변경됨을 알리는 이그니션 스위치 온 신호를 수신하는 경우, 상술된 SOC 산출부(110)를 통해 최초로 산출된 배터리(10)의 SOC와 상술된 SOC 저장부(120)에 저장된 최종 SOC를 오프셋 산출부(130)로 송신하도록 제어하며, 오프셋 산출부(130)를 통해 기 설정된 시간 동안 오프셋을 산출하도록 오프셋 산출부(130)을 제어할 수 있다.

이와 동시에, 상술된 SOC 산출부(110)를 통해 실시간으로 산출되는 배터리(10)의 SOC와 오프셋 산출부(130)를 통해 실시간으로 산출되는 오프셋을 보정 SOC 산출부(140)으로 송신하도록 제어하며, 보정 SOC 산출부(140)를 통해 기 설정된 시간 동안 보정 SOC를 산출하도록 보정 SOC 산출부(140)을 제어 할 수 있다.

또한, 제어부(170)는 기 설정된 시간 동안에는 상술된 보정 SOC 산출부(140)를 통해 산출되는 보정 SOC를 상술된 표시부(150)에 표시하도록 표시부(150)를 제어하고, 기 설정된 시간 이외의 시간 동안에는 상술된 SOC 산출부(110)를 통해 산출되는 배터리(10)의 SOC를 상술된 표시부(150)에 표시하도록 표시부(150)를 제어할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 잔존 용량 산출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 5를 참조하면, 전기 자동차(1)의 주행 중 SOC 산출부(110)를 통해 실시간으로 배터리(10)의 SOC를 산출하게 된다(S501).

이그니션 스위치(60)가 오프 상태로 변경되는 경우 감지부(160)는 이를 감지하여 제어부(170)로 이그니션 스위치 오프 신호를 전송하고, 이그니션 스위치 오프 신호를 수신한 제어부(170)는 SOC 산출부(110)를 통해 산출된 배터리(10)의 SOC 중에서 마지막으로 산출된 배터리(10)의 SOC를 최종 SOC로 적립하도록 SOC 저장부(120)를 제어하게 된다(S502).

전기 자동차(1)의 주행 종료 후 재주행을 시작하기 위해 이그니션 스위치(60)가 온 상태로 변경되는 경우 감지부(160)는 이를 감지하여 제어부(170)로 이그니션 스위치 온 신호를 전송하게 된다.

오프셋 산출부(130)는 이그니션 스위치 온 신호를 수신한 제어부(170)의 제어를 받아 이그니션 스위치(60)가 온 상태로 변경된 후 최초로 산출된 배터리(10)의 SOC와 최종 SOC 간에 차이를 계산하고, 계산된 차이를 시작으로 기 설정된 시간동안 일정하게 감소시켜 "0"으로 수렴하는 오프셋을 산출하게 된다(S503).

보정 SOC 산출부(140) 또한 이그니션 스위치 온 신호를 수신한 제어부(170)의 제어를 받아 실시간으로 산출되는 배터리(10)의 SOC와 오프셋을 합산하여 기 설정된 시간 동안 보정 SOC를 산출하게 된다(S504).

제어부(170)는 이그니션 스위치 온 신호를 수신한 이후부터 기 설정된 시간까지 산출된 보정 SOC를 표시부(150)에 표시하도록 제어하게 된다(S505). 기 설정된 시간 이외의 시간에는 표시부(150)에 실시간으로 산출되는 배터리(10)의 SOC를 출력하도록 제어부(170)가 표시부(150)를 제어하게 된다.

상술된 단계의 순서로 동작하는 배터리 잔존 용량 산출 방법을 통해 운전자에게 기 설정된 시간 동안 오차가 점진적으로 감소되고 실시간으로 산출되는 배터리의 SOC를 반영한 보정 SOC를 제공할 수 있다. 이에 따라, 배터리(10)의 성능, 배터리(10)의 SOC 및 전기 자동차(도1 1)의 주행 가능 거리 정보에 대한 운전자의 신뢰도를 향상시키는 효과를 가진다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.

100 : 배터리 잔존 용량 산출 장치
110 : SOC 산출부
120 : SOC 저장부
130 : 오프셋 산출부
140 : 보정 SOC 산출부
150 : 표시부
160 : 감지부
170 : 제어부
10 : 배터리
60 : 이그니션 스위치

Claims

배터리의 잔존 용량(State Of Charge; SOC)을 실시간으로 산출하는 SOC 산출부;
이그니션 스위치가 오프(Off) 상태로 변경된 경우 상기 산출된 배터리의 SOC를 최종 SOC로 저장하는 SOC 저장부;
상기 이그니션 스위치가 온(On) 상태로 변경된 경우 상기 산출된 배터리의 SOC와 상기 저장된 최종 SOC 간에 차이를 계산하고, 상기 계산된 차이를 기 설정된 시간 동안 감소시켜 오프셋으로 산출하는 오프셋 산출부; 및
상기 이그니션 스위치가 온 상태로 변경된 경우 상기 기 설정된 시간 동안 상기 산출된 배터리의 SOC와 상기 산출된 오프셋을 합산하여 보정 SOC를 산출하는 보정 SOC 산출부;를 포함하며,
상기 오프셋 산출부는,
하기 수학식1에 근거하여, 상기 오프셋을 산출하는 것을 특징으로 하는,
배터리 잔존 용량 산출 장치.

[수학식1]

여기에서, O_set은 상기 오프셋, g는 상기 산출된 배터리의 SOC와 상기 저장된 최종 SOC 간에 차이, t'은 상기 기 설정된 시간
제 1항에 있어서,
상기 이그니션 스위치의 온 또는 오프 상태를 감지하고, 이그니션 스위치의 온 상태를 감지하는 경우 이그니션 스위치 온 신호를 송신하고 이그니션 스위치의 오프 상태를 감지하는 경우 이그니션 스위치 오프 신호를 송신하는 감지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 잔존 용량 산출 장치.
제 2항에 있어서,
상기 감지부로부터 이그니션 스위치 오프 신호를 수신하는 경우, 상기 SOC 저장부에 상기 최종 SOC를 저장하도록 상기 SOC 저장부를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 잔존 용량 산출 장치.
제 3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 감지부로부터 이그니션 스위치 온 신호를 수신하는 경우, 상기 기 설정된 시간 동안 상기 오프셋을 산출하도록 상기 오프셋 산출부를 제어하고, 상기 산출된 오프셋을 상기 보정 SOC 산출부로 송신하여 상기 보정 SOC를 산출하도록 상기 보정 SOC 산출부를 제어하는 것을 특징으로 하는,
배터리 잔존 용량 산출 장치.
제 3항에 있어서,
상기 산출된 배터리의 SOC 또는 보정 SOC를 표시하는 표시부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 잔존 용량 산출 장치.
제 5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 감지부로부터 이그니션 스위치 온 신호를 수신하는 경우, 상기 기 설정된 시간 동안 상기 산출된 보정 SOC를 표시하도록 상기 표시부를 제어하고, 상기 기 설정된 시간 이후 상기 산출된 배터리의 SOC를 표시하도록 상기 표시부를 제어하는 것을 특징으로 하는,
배터리 잔존 용량 산출 장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 보정 SOC 산출부는,
하기 수학식2에 근거하여, 상기 보정 SOC를 산출하는 것을 특징으로 하는,
배터리 잔존 용량 산출 장치.

[수학식2]

여기에서, SOC_com은 상기 보정 SOC, SOC는 상기 산출된 배터리의 SOC, O_set은 상기 산출된 오프셋
SOC 산출부가 배터리의 잔존 용량(State Of Charge; SOC)을 실시간으로 산출하는 단계;
SOC 저장부가 이그니션 스위치가 오프(Off) 상태로 변경된 경우 상기 SOC를 최종 SOC로 저장하는 단계;
오프셋 산출부가 상기 이그니션 스위치가 온(On) 상태로 변경된 경우 상기 산출된 배터리의 SOC와 상기 저장된 최종 SOC 간에 차이를 계산하고, 상기 계산된 차이를 기 설정된 시간 동안 감소시켜 오프셋으로 산출하는 단계; 및
보정 SOC 산출부가 상기 이그니션 스위치가 온 상태로 변경된 경우 상기 기 설정된 시간 동안 상기 산출된 배터리의 SOC와 상기 산출된 오프셋을 합산하여 보정 SOC를 산출하는 단계;를 포함하며,
상기 오프셋 산출부는,
하기 수학식1에 근거하여, 상기 오프셋을 산출하는 것을 특징으로 하는,
배터리 잔존 용량 산출 방법.

[수학식1]

여기에서, O_set은 상기 오프셋, g는 상기 산출된 배터리의 SOC와 상기 저장된 최종 SOC 간에 차이, t'은 상기 기 설정된 시간
제 9항에 있어서,
감지부가 상기 이그니션 스위치의 온 또는 오프 상태를 감지하고, 이그니션 스위치의 온 상태를 감지하는 경우 이그니션 스위치 온 신호를 송신하고 이그니션 스위치의 오프 상태를 감지하는 경우 이그니션 스위치 오프 신호를 송신하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 잔존 용량 산출 방법.
제 10항에 있어서,
제어부가 상기 감지부로부터 이그니션 스위치 오프 신호를 수신하는 경우, 상기 SOC 저장부에 상기 최종 SOC를 저장하도록 상기 SOC 저장부를 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 잔존 용량 산출 방법.
제 11항에 있어서,
상기 제어부가 상기 감지부로부터 이그니션 스위치 온 신호를 수신하는 경우, 상기 기 설정된 시간 동안 상기 오프셋을 산출하도록 상기 오프셋 산출부를 제어하고, 상기 산출된 오프셋을 상기 보정 SOC 산출부로 송신하여 상기 보정 SOC를 산출하도록 상기 보정 SOC 산출부를 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 잔존 용량 산출 방법.
제 11항에 있어서,
표시부가 상기 산출된 배터리의 SOC 또는 보정 SOC를 표시하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 잔존 용량 산출 방법.
제 13항에 있어서,
상기 제어부가 상기 감지부로부터 이그니션 스위치 온 신호를 수신하는 경우, 상기 기 설정된 시간 동안 상기 산출된 보정 SOC를 표시하도록 상기 표시부를 제어하고, 상기 기 설정된 시간 이후 상기 산출된 배터리의 SOC를 표시하도록 상기 표시부를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 잔존 용량 산출 방법.
삭제
제 9항에 있어서,
상기 보정 SOC 산출부는,
하기 수학식2에 근거하여, 상기 보정 SOC를 산출하는 것을 특징으로 하는,
배터리 잔존 용량 산출 방법.

[수학식2]

여기에서, SOC_com은 상기 보정 SOC, SOC는 상기 산출된 배터리의 SOC, O_set은 상기 산출된 오프셋