KR101797691B1

KR101797691B1 - 표적 soc 설정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101797691B1
Application number: KR1020150028177A
Authority: KR
Inventors: 김응룡; 최혜지; 장지훈
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2017-11-14
Also published as: KR20160105035A

Abstract

본 발명은 배터리를 특정 SOC 값으로 설정하는데 걸리는 시간을 단축하여 전체 배터리 파워 테스트의 효율성을 향상시키는 표적 SOC 값 설정 방법 및 장치에 관한 것이다.
보다 구체적으로는 기존의 배터리 테스트에서 베터리를 특정 SOC 값으로 설정할 때 사람이 직접 표적 SOC 값을 설정하던 것을 자동으로 표적 SOC 값으로 설정하는 방법 및 장치로 대체하는 것에 관한 것이다.

Description

표적 SOC 설정 장치 및 방법{Device and method of setting target SOC}

본 발명은 표적(target) 충전 상태(State of Charge; SOC) 설정 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 자동으로 표적 충전상태를 설정하는 방법에 관한 것이다.

SOC는 현재 충전량을 뜻하며, 이러한 SOC 값을 바탕으로 앞으로 배터리의 잔류 충전량과 사용 가능 시간 등의 정보를 알 수 있다.

일반적인 배터리 파워 테스트는 배터리의 성능을 시험하기 위한 목적으로 시행하게 되는데 이러한 테스트를 하기 위해서는 배터리를 특정 SOC 값을 가지는 상태로 맞추는 과정이 필요하게 된다.

배터리 파워 테스트는 특정 SOC 값을 맞춘 후에 특정 시간 동안 배터리를 충전 또는 방전시키면서 배터리의 성능을 테스트하므로 특정 SOC 값을 빠르게 설정하는 것이 중요하다.

종래의 배터리 파워 테스트에서는. 테스트에서 요구하는 특정 SOC인 표적 SOC 값으로 설정하는 방법으로 사람이 수동으로 직접 배터리를 충전 또는 방전시켜 그때의 SOC값을 측정한 후, 표적 SOC 값과 비교하여 표적 SOC값과 다른 경우, 다시 배터리를 충전 또는 방전시키면서 표적 SOC 값으로 맞춘 후 배터리 파워 테스트를 진행하였다.

이러한 배터리 파워 테스트는 한 번의 테스트로 끝나는 것이 아니라 표적 SOC값에서의 테스트를 여러 번 반복 수행하며 그 결과 값을 얻게 되는데, 이때 배터리 파워 테스트를 실시 하기 전에 사람이 수동으로 표적 SOC값으로 맞추는 과정이 여러 번 반복 수행하게 된다.

그런데 상기 종래의 표적 SOC 설정 방식은 표적 SOC 설정 시간이 오래 걸리기 때문에 특정 SOC 상태에서 테스트를 진행하는 배터리 파워 테스트에 있어서 전체적인 신속성과 효율성이 많이 떨어지게 되므로 배터리 파워 테스트의 신속함과 효율성 향상을 위하여 표적 SOC를 빠르게 설정하는 기술이 요구된다.

한국공개특허공보 제2008-0055811호

본 발명은 종래의 수동으로 사람이 직접 표적 SOC 설정하던 방식을 자동 제어 가능하도록 하여, 빠르고, 효율적으로 표적 SOC 설정을 수행할 수 있도록 하는 표적 SOC 설정 방법을 제공한다.

배터리 충전 상태를 소정의 표적 SOC 값으로 맞추는 표적 SOC 설정 방법에 있어서, 배터리의 현재 SOC 값을 소정의 표적 SOC 값과 비교하는 제1 단계; 상기 현재 SOC 값이 상기 표적 SOC 값보다 큰 경우 배터리를 방전 시키고, 상기 현재 SOC 값이 상기 표적 SOC 값보다 작은 경우 배터리를 충전 시키는 제2 단계; 소정의 안정화 시간 동안 배터리를 개방회로 상태에 두어 안정화 시키는 제3 단계; 상기 안정화 시간이 지난 후의 배터리의 SOC 값을 표적 SOC 값과 비교하는 제4 단계; 상기 제4 단계에서 안정화 시간이 지난 후의 SOC 값이 상기 표적 SOC 값과 소정의 오차범위 바깥으로 벗어나는 경우 상기 제2 단계 내지 4단계를 반복하고, 상기 제4 단계에서 안정화 시간이 지난 후의 SOC 값이 상기 표적 SOC 값과 소정의 오차범위 이내로 들어오는 경우, 표적 SOC 설정을 종료하는 것을 특징으로 하는 배터리의 표적 SOC 설정 방법이다.

배터리의 표적 SOC 설정 장치로서, 배터리의 SOC 값을 수신하는 SOC 수신부; 표적 SOC와 상기 수신한 배터리의 SOC 값을 비교하는 비교부; 배터리를 충방전 되도록 연결하는 충방전 회로; 제어부;를 포함하여 구성되며, 상기 제어부는 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항의 배터리 표적 SOC 설정 방법을 수행하여, 배터리의 표적 SOC를 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리의 표적 SOC 설정 장치이다.

본 발명에 따르면, 배터리 파워 테스트를 실시함에 있어서, 종래 사람이 충전과 방전 상태를 제어하여 표적 SOC 값으로 설정하던 것을, 표적 SOC 설정 알고리즘을 이용하여 자동으로 표적 SOC 값으로 설정함으로써 표적 SOC값으로 설정하는데 걸리는 시간을 단축시켜 배터리 파워 테스트의 효율성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 표적 SOC 설정 알고리즘이다.
도 2a는 본 발명에 있어서, BMS 내부에 SOC 측정 장치를 두고 표적 SOC를 설정하는 장치의 구조이다.
도 2b는 본 발명에 있어서, 별도의 배터리 SOC 측정 장치를 두고 표적 SOC를 설정하는 장치의 구조이다.
도 3a는 본 발명에 있어서, 방전을 통해 표적 SOC를 설정하는 실시 예이다.
도 3b는 본 발명에 있어서, 충전을 통해 표적 SOC를 설정하는 실시 예이다.

1. 본 발명의 표적 SOC 설정 장치의 구조

본 발명의 표적 SOC 설정 장치는 SOC 수신부(120), 상기 SOC 수신부에서 수신된 SOC값과 표적 SOC 값을 비교하는 비교부(130), 배터리의 SOC 값 설정을 위한 충방전 회로(미도시) 및 충방전 제어부(140) 등을 포함하는 구조를 가지고 있다.

상기 SOC 수신부(120)는 도2a와 같이 배터리의 BMS(111)로부터 SOC값을 수신 받아 상기 비교부(130)에 전송하는 구조이거나, 도2b와 같이 표적 SOC 설정 장치에 별도로 배터리의 SOC 상태를 측정하기 위한 SOC 측정부(110)를 탑재하여 상기 SOC측정부(110)에서 측정된 SOC값을 SOC 수신부(120)에서 수신 받아 상기 비교부(130)로 전송하는 구조를 가질 수 있다.

상기 비교부(130)는 SOC수신부(120)로부터 배터리의 현재 SOC값을 전송 받아, 이를 설정하고자 하는 소정의 표적 SOC 값과 비교하는 SOC 비교 회로로 구성되어 있으며, 상기 SOC 비교 회로의 결과를 충방전 제어부(140)에 전송하는 장치를 포함하는 구조이다.

충방전 제어부(140)는 상기 비교부의 비교 회로 결과 값이 설정 오차범위 내로 들어온 경우에는 충방전 회로(미도시)를 연결하지 않고, 그 결과 값이 설정 오차범위 바깥으로 벗어난 경우 충방전 회로(미도시)의 연결 시간을 조절하여 상기 비교부(130)의 비교 회로 결과 값이 설정 오차범위 내로 들어올 수 있도록 충방전 회로(미도시)를 제어하게 된다.

또한, 충방전 제어부(140)는 배터리의 정확한 SOC측정을 위해서 필요한 배터리 안정화 시간인 '레스트(rest)'시간을 제어하는 기능도 수행한다.

이하에서는 비교부(130)와 충방전 회로(미도시) 및 충방전 제어부(140)의 실시 예를 설명하기로 한다. 그러나 이하의 예시는 본 발명의 이해를 돕고자 설명하는 본 발명의 일부분임을 인지하여야 하여야 하며 본 발명은 다양한 형태로 구성 될 수 있다.

상기 비교부(130)와 충방전 회로(미도시) 및 충방전 제어부(140)에서 상기 비교부가 표적 SOC 값-배터리의 현재 SOC 값로 계산하여, 이를 구체적인 수치 값으로 나타낼 경우, 상기 수치를 비교부(130)에서 충방전 회로(미도시) 및 충방전 제어부(140)로 전송하게 된다.

상기 수치를 수신한 충방전 회로(미도시) 및 충방전 제어부(140)에서는 상기 수치가 (+)인 경우, 배터리와 방전 회로(미도시)를 연결시켜 배터리를 방전 시키게 되며, (-)인 경우, 배터리와 충전 회로(미도시)를 연결시켜 배터리를 충전 시키게 된다.

이때, 충방전 제어부(140)는 표적 SOC값 와 배터리의 현재 SOC값의 차이가 클 경우, 충전 또는 방전 회로의 연결 시간을 길게 제어하며, 상기 표적 SOC와 배터리의 현재 SOC의 차가 작을 경우 연결 시간을 짧게 제어하여 표적 SOC와 배터리의 현재 SOC의 차가 error% 오차범위 내로 들어올 수 있도록 충방전 회로를 제어한다.

2. 본 발명의 표적 SOC 값 설정 방법

배터리를 특정 SOC 값으로 설정하는 기술은 배터리의 특정 충전 상태에서 충전 또는 방전을 통하여 배터리의 성능을 파악하는 배터리 파워 테스트에서 많이 사용된다.

상기 배터리 파워 테스트는 배터리를 충전 또는 방전시켜 표적 SOC 값으로 설정한 이후에 일정 시간 동안 표적 SOC 값으로 설정된 배터리를 충전 또는 방전을 진행하면서 시간에 따른 배터리의 전압, 전류, 사용 시간 등을 측정한다.

그 후, 다시 배터리를 표적 SOC값으로 설정한 후에 다시 배터리 파워 테스트를 진행한다.

따라서, 상기 배터리 파워 테스트의 과정에서 새로운 배터리 파워 테스트를 실시 할 때마다 배터리를 표적 SOC 값으로 설정하는 과정이 필요하게 된다.

상기 표적 SOC 값으로 설정하는 종래 기술로는, 사람이 수동으로 배터리를 충전 또는 방전 시간을 조절하여 대략적인 표적 SOC 값 부근의 근사값으로 맞춘 후, SOC 상태를 측정하여 원하는 표적 SOC 값인지 확인 후 원하는 표적 SOC 값이 아닐 경우에는 배터리를 충전 또는 방전을 원하는 표적 SOC 값이 될 때까지 반복하여 배터리를 표적 SOC 값으로 설정하였다.

이와 같은 종래의 표적 SOC 값 설정 방식은 수동으로 표적 SOC값과 측정 SOC값을 반복적으로 비교하여 표적 SOC 값으로 설정하게 되므로 많은 시간이 걸리며, 특히 배터리 파워 테스트는 표적 SOC 값으로 여러 번 설정하게 되므로 배터리 테스트의 효율성이 많이 떨어진다.

상술한 것과 같이 종래에 배터리 테스트를 실시함에 있어서 표적 SOC 값으로 설정하는 시간이 많이 소모되는 종래 표적 SOC 값 설정 방법의 문제점을 해결하고자, 자동으로 표적 SOC 값을 설정하는 방법 및 시스템을 구성하였다.

표적 SOC 값으로 설정하는 과정에 있어서, 배터리를 충전 또는 방전시킨 후, 표적 SOC 값에 도달하였는지 확인하기 위하여 현재 배터리의 SOC 값을 측정하게 되는데, 이때, 배터리는 충전 또는 방전이 끝난 직후의 SOC 값은 외부의 영향을 받지 않더라도 내부의 화학적인 작용에 의해 시간이 지남에 따라 미세하게 충전 또는 방전되어 상기 충전 또는 방전이 끝난 직후의 SOC 값과 시간이 흐른 후 배터리의 SOC 값의 차이가 발생하게 된다. 즉, 배터리의 충전 또는 방전을 통하여 표적 SOC 값으로 설정하였더라도 일정 시간이 지나면 표적 SOC 값과 실제 배터리에서 측정한 SOC 값에 오차가 발생한다. 이러한 변동 값으로 인한 표적 SOC값과 실제 SOC값의 오차를 줄이기 위해 '레스트(rest) 시간을 두고 SOC 값을 다시 측정하여 올바르게 표적 SOC 값으로 설정이 되었는지를 확인하여야 한다.

따라서, 본 발명의 표적 SOC 설정 방법에서는 ±error%의 오차범위를 두어 배터리의 충전 또는 방전을 진행하고, 표적 SOC값에 도달 시 충전 또는 방전을 중지한다. 이후, 배터리가 안정될 수 있는 레스트 시간이 흐르고 나면 그때의 SOC 값을 측정하여 그 값이 상기 설정한 ±error%의 오차범위 내에 드는 SOC 값인지 확인하고, 확인된 값이 상기 설정한 ±error%의 오차범위 내에 드는 값이면 표적 SOC 값 설정 절차를 종료하고, 측정된 값이 설정된 ±error%의 오차범위 바깥의 값이면 배터리를 다시 충전 또는 방전시켜 표적 SOC 값으로 맞추는 과정을 가진다.

이하에서는 본 발명의 표적 SOC 설정 방법의 실시 예로 도3-a과 도3-b를 참고하여 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 설명하는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

2.1 현재 SOC 값이 표적 SOC 값보다 큰 경우의 표적 SOC 값 설정 방법

현재 SOC로부터 방전을 통하여 표적 SOC 값으로 설정함에 있어서, 도3a를 참고하여 살펴보면, 본 발명에서는 시간이 지남에 따라 배터리 외부에서 충전 또는 방전을 하지 않더라도 배터리 SOC 값의 변화를 보정하기 위하여 error% 오차범위를 두어서 표적 SOC 값-error%(301)까지 T0에서 T1시간 동안 방전을 시키게 된다. 상기 방전을 통해 표적 SOC 값-error%(301)까지 방전 후에 T1에서 T2까지 't' 시간 동안 레스트 시간을 보낸 후 T2에서의 SOC값을 측정하여 표적 SOC 값+error%(300)와 표적 SOC 값-error%(301)의 범위 내로 들어온 값인지 확인한다. 상기 't' 시간 동안 레스트 타임을 가지는 이유는 앞에서 상술하였던 바와 같이, 방전을 하던 배터리는 방전 회로가 차단되고 더 이상 방전이 되지 않는 상태가 되어도 배터리 내부에서 화학적인 반응이 일어나 배터리의 SOC 값이 변동되기 때문이다. 상기 't' 시간 동안 레스트 타임이 끝난 T2에서 측정한 SOC 값이 표적 SOC 값+error%(300)와 표적 SOC 값-error%(301)의 범위 내에 있는 경우 표적 SOC 값 설정 알고리즘을 종료하고 배터리 파워 테스트를 진행한다.

하지만, 상기 T2에서 측정된 SOC 값이 표적 SOC 값+error%(300)와 표적 SOC 값-error%(301)의 범위 바깥으로 벗어나는 경우 두 가지의 방법을 통해 측정된 SOC값이 표적 SOC 값+error%(300)와 표적 SOC 값-error%(301)의 범위 내의 값으로 들어오도록 한다.

첫째, 't' 시간 동안 레스트 시간을 보낸 후 T2에서 측정한 SOC 값이 표적 SOC 값+error%(300)를 초과하는 경우 표적 SOC값-error%(301)까지 방전을 진행하게 된다. 이후, 다시 't' 시간 동안 레스트 시간을 보낸 후 SOC 값을 측정하여 표적 SOC 값+error%(300)와 표적 SOC 값-error%(301) 범위 내로 들어온 값인지 확인하여 범위 내로 들어온 값이면 표적 SOC 값 설정 방법을 종료하고 배터리 파워 테스트를 실시한다.

만약, 't' 시간 동안 레스트 시간을 보낸 후 측정된 SOC 값이 표적 SOC 값+error%(300)와 표적 SOC 값-error%(301) 범위 바깥으로 벗어난 경우 상기 과정을 't' 시간 동안 레스트 시간을 보낸 후 측정한 SOC 값이 표적 SOC 값+error%(300)와 표적 SOC 값-error%(301) 범위 내로 들어올 때까지 상술한 표적 SOC 값 설정 방법을 수행한다.

둘째, 't' 시간 동안 레스트 시간을 보낸 후 T2에서 측정한 SOC 값이 표적 SOC 값-error%(301) 미만인 경우 표적 SOC 값+error%(300)까지 충전을 진행하게 된다. 이후, 다시 't' 시간 동안 레스트 시간을 보낸 후 측정한 SOC 값이 표적 SOC 값+error%(300)와 표적 SOC 값-error%(301) 범위 내로 들어온 값인지 확인하여 범위 내로 들어온 값이면 표적 SOC 값 설정 방법을 종료하고 배터리 파워 테스트를 실시한다.

만약, 't' 시간 동안 레스트 시간을 보낸 후 측정한 SOC 값이 표적 SOC 값+error%(300)와 표적 SOC 값-error%(301) 범위 바깥으로 벗어난 경우 상기 과정을 't' 시간 동안 레스트 시간을 보낸 후 측정한 SOC값이 표적 SOC 값+error%(300)와 표적 SOC 값-error%(301) 범위 내로 들어올 때까지 상술한 표적 SOC 설정 방법을 수행한다.

2.2 현재 SOC 값이 표적 SOC 값보다 작은 경우의 표적 SOC 값 설정 방법

현재 SOC로부터 충전을 통하여 표적 SOC 값으로 설정함에 있어서, 도3b를 참고하여 살펴보면, 본 발명에서는 시간이 지남에 따라 배터리 외부에서 충전 또는 방전을 하지 않더라도 배터리 SOC 값의 변화를 보정하기 위하여 error% 오차범위를 두어서 표적 SOC 값+error%(301)까지 T0에서 T1시간 동안 충전을 시키게 된다. 상기 충전을 통해 표적 SOC 값+error%(301)까지 충전 후에 T1에서 T2까지 't' 시간 동안 레스트 시간을 보낸 후 T2에서의 SOC값을 측정하여 표적 SOC 값+error%(300)와 표적 SOC 값-error%(301)의 범위 내로 들어온 값인지 확인한다. 상기 't' 시간 동안 레스트 타임을 가지는 이유는 앞에서 상술하였던 바와 같이, 방전을 하던 배터리는 방전 회로가 차단되고 더 이상 방전이 되지 않는 상태가 되어도 배터리 내부에서 화학적인 반응이 일어나 배터리의 SOC 값이 변동되기 때문이다. 상기 't' 시간 동안 레스트 타임이 끝난 T2에서 측정한 SOC 값이 표적 SOC 값+error%(300)와 표적 SOC 값-error%(301)의 범위 내에 있는 경우 표적 SOC 값 설정 알고리즘을 종료하고 배터리 파워 테스트를 진행한다.

110 : SOC 측정 장치
120 : SOC 수신부
130 : 비교부
140 : 충/방전 제어부

Claims

배터리 테스트를 위하여 테스트 대상인 배터리의 충전 상태를 소정의 표적 SOC 값으로 맞추는 표적 SOC 설정 방법에 있어서,
테스트 대상 배터리의 현재 SOC 값을 소정의 표적 SOC 값과 비교하는 제1 단계;
상기 현재 SOC 값이 상기 표적 SOC 값보다 큰 경우 상기 테스트 대상 배터리를 방전 시켜, 현재 SOC 값을 낮추는 과정 및 상기 현재 SOC 값이 상기 표적 SOC 값보다 작은 경우 상기 테스트 대상 배터리를 충전 시 현재 SOC 값을 높이는 과정을 포함하여 구성되어, 상기 테스트 대상 배터리의 현재 SOC 값을 조정하는 제2 단계;
상기 SOC 값이 조정된 테스트 대상 배터리를 소정의 안정화 시간 동안 개방회로 상태에 두어 안정화 시키는 제3 단계;
상기 안정화 시간이 지난 후의 상기 테스트 대상 배터리의 현재 SOC 값을 표적 SOC 값과 비교하는 제4 단계;
상기 제4 단계에서 안정화 시간이 지난 후의 현재 SOC 값과 상기 표적 SOC 값의 차이가 소정의 오차범위 바깥으로 벗어나는 경우 상기 제2 단계 내지 4단계를 반복하고,
상기 제4 단계에서 안정화 시간이 지난 후의 현재 SOC 값과 상기 표적 SOC 값의 차이가 소정의 오차범위 이내로 들어오는 경우, 표적 SOC 설정을 종료하는 것을 특징으로 하는 배터리의 표적 SOC 설정 방법.
제1 항에 있어서,
상기 소정의 오차범위는 미리 설정한 error%의 마진인 것을 특징으로 하는 배터리의 표적 SOC 설정 방법
제2 항에 있어서,
상기 제2 단계에서 테스트 대상 배터리를 방전시키는 것은 테스트 대상 배터리의 SOC 값이 표적 SOC 값으로 될 때까지 테스트 대상 배터리를 방전시키고, 테스트 대상 배터리를 충전시키는 것은 테스트 대상 배터리의 SOC 값이 표적 SOC 값으로 될 때까지 테스트 대상 배터리를 충전시키는 것을 특징으로 하는 배터리의 표적 SOC 설정 방법
제2 항에 있어서,
상기 제2 단계에서 테스트 대상 배터리를 방전시키는 것은 테스트 대상 배터리의 SOC 값이 표적 SOC값 - error% 값으로 될 때 까지 테스트 대상 배터리를 방전시키고, 테스트 대상 배터리를 충전시키는 것은 테스트 대상 배터리의 SOC 값이 표적 SOC값 + error% 값으로 될 때까지 테스트 대상 배터리를 충전시키는 것을 특징으로 하는 배터리의 표적 SOC 설정 방법
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항의 배터리의 표적 SOC 설정방법을 수행하는 프로그램을 기록한 저장매체
테스트 대상 배터리의 표적 SOC 설정 장치로써,
테스트 대상 배터리의 현재 SOC 값을 수신하는 SOC 수신부;
표적 SOC 값과 상기 배터리의 현재 SOC 값을 비교하는 비교부;
테스트 대상 배터리를 충전 또는 방전 시키는 충방전 회로; 및
상기 충방전 회로를 제어하는 충방전 제어부;를 포함하여 구성되며,
상기 충방전 제어부는,
상기 비교부에서의 비교 결과 상기 표적 SOC와 상기 수신한 배터리의 SOC 값의 차이가 설정 범위 이내로 들어온 경우에는 충방전 회로를 배터리에 연결하지 않고,
상기 비교부에서의 비교 결과 상기 표적 SOC와 상기 수신한 배터리의 SOC 값의 차이가 설정 오차범위 바깥으로 벗어난 경우 배터리에 충방전 회로의 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리의 표적 SOC 설정 장치.
제6항에 있어서,
상기 배터리의 표적 SOC 설정 장치는 배터리의 SOC 값을 측정하는 SOC 측정부를 추가로 구비하고,
상기 SOC 수신부는,
상기 SOC 측정부로부터 배터리의 SOC 값을 수신하는 것을 특징으로 하는 배터리의 표적 SOC 설정 장치.
제6항에 있어서,
상기 SOC 수신부는,
배터리의 BMS로부터 배터리의 SOC 값을 수신하는 것을 특징으로 하는 배터리의 표적 SOC 설정 장치.