KR102349235B1 - Apparatus and method for estimating state of charge for battery - Google Patents

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Abstract

확장 칼만 필터를 이용하여, 배터리의 층전 상태를 추정하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 상기 장치는, 상기 배터리의 단자 전압, 전류 및 온도를 측정하고, 측정된 단자 전압, 전류 및 온도를 나타내는 센싱 신호를 출력하는 센싱부; 및 상기 확장 칼만 필터를 실행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 센싱부에 동작 가능하게 결합되는 제어부;를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 배터리의 충전 상태와 분극 전압을 포함하는 내적 상태 및, 오차 공분산 행렬을 예측한다. 상기 제어부는, 상기 센싱 신호를 기초로 상기 측정된 단자 전압, 상기 측정된 전류 및 상기 측정된 온도에 대응하는 전압 측정값, 전류 측정값 및 온도 측정값을 결정한다. 상기 제어부는, 상기 전류 측정값, 상기 온도 측정값 또는 이전에 추정된 충전 상태에 의해 미리 정해진 우회 조건이 만족되는지 여부를 판정한다. 상기 우회 조건이 만족되는 경우, 보정 비활성화 모드로 상기 배터리의 충전 상태를 추정한다.Disclosed are an apparatus and a method for estimating a charged state of a battery using an extended Kalman filter. The device may include: a sensing unit that measures the terminal voltage, current, and temperature of the battery and outputs a sensing signal indicating the measured terminal voltage, current, and temperature; and a control unit including at least one processor configured to execute the extended Kalman filter and operatively coupled to the sensing unit. The control unit predicts a dot product state including a state of charge and a polarization voltage of the battery, and an error covariance matrix. The controller determines a voltage measurement value, a current measurement value, and a temperature measurement value corresponding to the measured terminal voltage, the measured current, and the measured temperature based on the sensing signal. The control unit determines whether a predetermined bypass condition is satisfied by the current measurement value, the temperature measurement value, or a previously estimated state of charge. When the bypass condition is satisfied, the state of charge of the battery is estimated in the correction deactivation mode.

Description

배터리의 충전 상태를 추정하기 위한 장치 및 방법{Apparatus and method for estimating state of charge for battery}Apparatus and method for estimating state of charge for battery

본 발명은 배터리의 충전 상태를 추정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 확장 칼만 필터(EKF: extended kalman filter)를 이용하여 배터리의 충전 상태를 추정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for estimating the state of charge of a battery, and more particularly, to an apparatus and method for estimating the state of charge of a battery using an extended kalman filter (EKF). .

최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, as the demand for portable electronic products such as laptops, video cameras, and mobile phones has rapidly increased, and the development of electric vehicles, energy storage batteries, robots, satellites, etc. is in full swing, high-performance batteries that can be repeatedly charged and discharged have been developed. Research is being actively conducted.

현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.Currently commercialized batteries include nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-zinc batteries, and lithium batteries. It is in the spotlight because of its low energy density and high energy density.

배터리를 사용 및 관리함에 있어서 중요한 파라미터들 중 하나는 충전 상태이다. 충전 상태는, 배터리에 저장 가능한 최대 전하량을 나타내는 만충전 용량(full charge capacity)에 대한 현재 남아 있는 용량의 상대적 비율을 나타내는 팩터로서, 0~1 또는 0%~100%로 표현될 수 있다.One of the important parameters in using and managing a battery is the state of charge. The state of charge is a factor representing the relative ratio of the current remaining capacity to the full charge capacity representing the maximum amount of charge that can be stored in the battery, and may be expressed as 0 to 1 or 0% to 100%.

배터리의 충전 상태를 추정하는 데에 이용되는 종래의 대표적 기술은 전류 적산법이다. 전류 적산법에 따르면, 전류 센서를 이용하여 배터리를 통해 흐르를 전류를 측정하고, 측정된 전류를 시간에 대해 누적한 전류 적산값을 기초로, 배터리의 충전 상태를 추정한다. 그러나, 전류 센서의 측정 오차로 인해, 전류 적산법을 이용하여 추정된 충전 상태와 실제 충전 상태 간의 차이가 발생하며, 그 차이는 시간이 경과할수록 커진다는 문제가 있다.A conventional representative technique used for estimating the state of charge of a battery is a current integration method. According to the current integration method, the current flowing through the battery is measured using a current sensor, and the state of charge of the battery is estimated based on the current integration value accumulated over time. However, due to a measurement error of the current sensor, a difference occurs between the state of charge estimated using the current integration method and the actual state of charge, and the difference increases as time passes.

위와 같은 전류 적산법의 단점을 보완하기 위해, 확장 칼만 필터를 이용하여 배터리의 충전 상태를 추정하는 기술이 개시된바 있다. 확장 칼만 필터는, 배터리로부터 측정 가능한 파라미터(예, 단자 전압)의 예측값과 측정값의 차이에 따라, 전류 적산의 결과를 보정함으로써, 통상의 상황에서는 전류 적산법보다 높은 정확도를 제공한다.In order to compensate for the above disadvantages of the current integration method, a technique for estimating the state of charge of a battery using an extended Kalman filter has been disclosed. The extended Kalman filter corrects the result of the current integration according to the difference between the predicted value and the measured value of a parameter (eg, terminal voltage) measurable from the battery, thereby providing higher accuracy than the current integration method under normal circumstances.

그런데, 주목해야할 점은, 배터리의 단자 전압의 비선형성이다. 상세하게는, 배터리의 단자 전압은, 배터리의 전류, 온도 및/또는 충전 상태에 따라 비선형적으로 변화하는 특성을 가지는데, 이러한 비선형성을 정밀하게 모사하기 위한 시스템 모델(예, 등가 회로 모델)을 수립하는 것은 결코 쉽지 않다. 따라서, 배터리의 비선형성이 매우 커지는 경우, 예측값과 측정값의 차이도 커지고, 결과적으로 확장 칼만 필터를 이용하여 추정된 충전 상태의 추정 정확도가 전류 적산법만을 이용하여 추정된 충전 상태보다 저하될 수 있다.However, what should be noted is the nonlinearity of the terminal voltage of the battery. Specifically, the terminal voltage of the battery has a characteristic that non-linearly changes according to the current, temperature, and/or state of charge of the battery, and a system model (eg, equivalent circuit model) to accurately simulate this non-linearity It is never easy to establish. Therefore, when the nonlinearity of the battery becomes very large, the difference between the predicted value and the measured value also increases, and as a result, the estimation accuracy of the state of charge estimated using the extended Kalman filter may be lower than the state of charge estimated using only the current integration method. .

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리의 충전 상태, 전류 또는 온도에 따라 확장 칼만 필터의 칼만 게인을 선택적으로 0으로 설정함으로써, 배터리의 충전 상태를 보다 정확하게 추정하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been devised to solve the above problems, and by selectively setting the Kalman gain of the extended Kalman filter to 0 according to the state of charge, current or temperature of the battery, to more accurately estimate the state of charge of the battery. An object of the present invention is to provide an apparatus and method.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention may be understood by the following description, and will become more clearly understood by the examples of the present invention. In addition, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations thereof indicated in the claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.Various embodiments of the present invention for achieving the above object are as follows.

본 발명의 일 측면에 따른 확장 칼만 필터를 이용하여 배터리의 층전 상태를 추정하기 위한 장치는, 상기 배터리의 단자 전압, 전류 및 온도를 측정하고, 측정된 단자 전압, 전류 및 온도를 나타내는 센싱 신호를 출력하는 센싱부; 및 상기 확장 칼만 필터를 실행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 센싱부에 동작 가능하게 결합되는 제어부;를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 배터리의 충전 상태와 분극 전압을 포함하는 내적 상태 및, 오차 공분산 행렬을 예측한다. 상기 제어부는, 상기 센싱 신호를 기초로 상기 측정된 단자 전압, 상기 측정된 전류 및 상기 측정된 온도에 대응하는 전압 측정값, 전류 측정값 및 온도 측정값을 결정한다. 상기 제어부는, 상기 전류 측정값, 상기 온도 측정값 또는 이전에 추정된 충전 상태에 의해 미리 정해진 우회 조건이 만족되는지 여부를 판정한다. 상기 우회 조건이 만족되는 경우, 보정 비활성화 모드로 상기 배터리의 충전 상태를 추정한다. 상기 제어부는, 상기 보정 비활성화 모드에서, 칼만 게인을 0으로 설정하고, 상기 칼만 게인이 0으로 설정되는 것에 응답하여, 상기 예측된 내적 상태로부터 상기 충전 상태와 상기 분극 전압을 각각 추정한다.An apparatus for estimating a layered state of a battery using an extended Kalman filter according to an aspect of the present invention measures the terminal voltage, current, and temperature of the battery, and receives a sensing signal representing the measured terminal voltage, current and temperature a sensing unit to output; and a control unit including at least one processor configured to execute the extended Kalman filter and operatively coupled to the sensing unit. The control unit predicts a dot product state including a state of charge and a polarization voltage of the battery, and an error covariance matrix. The controller determines a voltage measurement value, a current measurement value, and a temperature measurement value corresponding to the measured terminal voltage, the measured current, and the measured temperature based on the sensing signal. The control unit determines whether a predetermined bypass condition is satisfied by the current measurement value, the temperature measurement value, or a previously estimated state of charge. When the bypass condition is satisfied, the state of charge of the battery is estimated in the correction deactivation mode. In the correction deactivation mode, the controller sets the Kalman gain to 0, and in response to the Kalman gain being set to 0, estimates the state of charge and the polarization voltage from the predicted inner product state, respectively.

상기 제어부는, 상기 우회 조건이 만족되지 않는 경우, 보정 활성화 모드로 상기 배터리의 충전 상태를 추정할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 보정 활성화 모드에서, 상기 예측된 오차 공분산 행렬을 기초로, 상기 칼만 게인을 산출한다. 상기 제어부는, 상기 예측된 내적 상태 및 상기 전류 측정값을 기초로, 상기 배터리의 예측된 단자 전압을 나타내는 전압 예측값을 산출한다. 상기 제어부는, 상기 전압 예측값, 상기 전압 측정값 및 상기 칼만 게인을 기초로 상기 예측된 내적 상태를 보정한 결과로부터 상기 충전 상태와 상기 분극 전압을 각각 추정한다. 상기 제어부는, 상기 칼만 게인을 기초로, 상기 예측된 오차 공분산 행렬을 보정한다.When the bypass condition is not satisfied, the controller may estimate the state of charge of the battery in a correction activation mode. In the correction activation mode, the controller calculates the Kalman gain based on the predicted error covariance matrix. The control unit calculates a voltage prediction value representing the predicted terminal voltage of the battery based on the predicted internal product state and the current measurement value. The control unit estimates the charging state and the polarization voltage from a result of correcting the predicted inner product state based on the voltage prediction value, the voltage measurement value, and the Kalman gain, respectively. The controller corrects the predicted error covariance matrix based on the Kalman gain.

상기 제어부는, 상기 전류 측정값이 미리 정해진 전류 범위 내인 경우, 상기 온도 측정값이 미리 정해진 온도 범위 내인 경우 또는 상기 이전에 추정된 충전 상태가 미리 정해진 충전 상태 범위 내인 경우, 상기 우회 조건이 만족된 것으로 판정할 수 있다.The control unit, when the current measurement value is within a predetermined current range, when the temperature measurement value is within a predetermined temperature range, or when the previously estimated state of charge is within a predetermined charge state range, the bypass condition is satisfied can be judged as

상기 제어부는, 상기 보정 비활성화 모드에서, 상기 칼만 게인이 0으로 설정되는 것에 응답하여, 상기 예측된 오차 공분산 행렬을 초기 오차 공분산 행렬과 동일하게 초기화할 수 있다. 상기 초기 오차 공분산 행렬은, 미리 정해진 행렬 또는 가장 최근에 보정된 오차 공분산 행렬일 수 있다.In the calibration deactivation mode, in response to the Kalman gain being set to 0, the controller may initialize the predicted error covariance matrix to be the same as an initial error covariance matrix. The initial error covariance matrix may be a predetermined matrix or a most recently corrected error covariance matrix.

상기 제어부는, 상기 우회 조건이 만족되는 경우, 타임 카운트가 미리 정해진 임계 카운트 미만인지 여부를 판정할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 타임 카운트가 상기 임계 카운트 미만인 경우, 상기 보정 비활성화 모드로 상기 배터리의 충전 상태를 추정할 수 있다.When the bypass condition is satisfied, the controller may determine whether the time count is less than a predetermined threshold count. When the time count is less than the threshold count, the controller may estimate the state of charge of the battery in the correction deactivation mode.

상기 제어부는, 상기 보정 비활성화 모드로 상기 배터리의 충전 상태가 추정된 경우, 상기 타임 카운트를 소정값 증가시킬 수 있다. 상기 보정 활성화 모드로 상기 배터리의 충전 상태가 추정된 경우, 상기 타임 카운트를 미리 정해진 초기값과 동일하게 초기화할 수 있다.The controller may increase the time count by a predetermined value when the state of charge of the battery is estimated in the correction deactivation mode. When the state of charge of the battery is estimated in the correction activation mode, the time count may be initialized to be equal to a predetermined initial value.

상기 장치는, 상기 추정된 충전 상태를 나타내는 통지 신호를 미리 정해진 통신 규칙에 따라 외부 디바이스에게 전송하도록 구성된 통신부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a communication unit configured to transmit a notification signal indicating the estimated state of charge to an external device according to a predetermined communication rule.

본 발명의 다른 측면에 따른 배터리팩은, 상기 장치를 포함한다.A battery pack according to another aspect of the present invention includes the above device.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 확장 칼만 필터를 이용하여 배터리의 층전 상태를 추정하기 위한 방법은, 상기 확장 칼만 필터를 실행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 제어부가, 상기 배터리의 충전 상태와 분극 전압을 포함하는 내적 상태 및, 오차 공분산 행렬을 예측하는 단계; 상기 제어부가, 상기 배터리에 전기적으로 연결된 센싱부에 의해 출력된 센싱 신호를 기초로, 상기 센싱부에 의해 측정된 상기 배터리의 단자 전압, 전류 및 온도에 대응하는 전압 측정값, 전류 측정값 및 온도 측정값을 결정하는 단계; 상기 제어부가, 상기 전류 측정값, 상기 온도 측정값 또는 이전에 추정된 충전 상태에 의해 미리 정해진 우회 조건이 만족되는지 여부를 판정하는 단계; 및 상기 제어부가, 상기 우회 조건이 만족되는 경우, 보정 비활성화 모드로 상기 배터리의 충전 상태를 추정하는 단계;를 포함한다. 상기 보정 비활성화 모드로 상기 배터리의 충전 상태를 추정하는 단계는, 상기 제어부가, 칼만 게인을 0으로 설정하는 단계; 및 상기 제어부가, 상기 칼만 게인이 0으로 설정되는 것에 응답하여, 상기 예측된 내적 상태로부터 상기 충전 상태와 상기 분극 전압을 각각 추정하는 단계를 포함한다.In a method for estimating a charged state of a battery using an extended Kalman filter according to another aspect of the present invention, a control unit including at least one processor configured to execute the extended Kalman filter comprises: a state of charge and polarization of the battery predicting a dot product state including a voltage and an error covariance matrix; The control unit, based on the sensing signal output by the sensing unit electrically connected to the battery, the voltage measurement value, the current measurement value and the temperature corresponding to the terminal voltage, current and temperature of the battery measured by the sensing unit determining a measurement value; determining, by the control unit, whether a predetermined bypass condition is satisfied by the current measurement value, the temperature measurement value, or a previously estimated state of charge; and estimating, by the controller, the state of charge of the battery in a correction deactivation mode when the bypass condition is satisfied. The estimating of the state of charge of the battery in the correction deactivation mode may include: setting, by the controller, a Kalman gain to 0; and estimating, by the controller, the state of charge and the polarization voltage from the predicted inner product state, respectively, in response to the Kalman gain being set to zero.

상기 보정 비활성화 모드로 상기 배터리의 충전 상태를 추정하는 단계는, 상기 제어부가, 상기 칼만 게인이 0으로 설정되는 것에 응답하여, 상기 예측된 오차 공분산 행렬을 초기 오차 공분산 행렬과 동일하게 초기화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 초기 오차 공분산 행렬은, 미리 정해진 행렬 또는 가장 최근에 보정된 오차 공분산 행렬일 수 있다.In the step of estimating the state of charge of the battery in the correction deactivation mode, the controller initializes the predicted error covariance matrix to be the same as the initial error covariance matrix in response to the Kalman gain being set to 0. may include more. The initial error covariance matrix may be a predetermined matrix or a most recently corrected error covariance matrix.

본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리의 충전 상태, 전류 또는 온도에 따라 배터리의 비선형성이 일시적으로 과도하게 커질 징후가 있는 경우, 전류 적산에만 기초하여 배터리의 충전 상태가 추정되도록 확장 칼만 필터의 칼만 게인을 선택적으로 0으로 설정함으로써, 배터리의 충전 상태를 보다 정확하게 추정할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, when there is a sign that the nonlinearity of the battery temporarily becomes excessively large according to the state of charge, current or temperature of the battery, the state of charge of the battery is estimated based only on the current integration. By selectively setting the Kalman gain of the Kalman filter to 0, it is possible to more accurately estimate the state of charge of the battery.

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 칼만 게인이 0으로 설정되는 것에 응답하여, 확장 칼만 필터의 오차 공분산 행렬을 미리 정해진 행렬과 동일하게 초기화함으로써, 오차 공분산 행렬의 성분들의 과도한 증가를 억제할 수 있다.Further, according to at least one of the embodiments of the present invention, in response to the Kalman gain being set to zero, by initializing the error covariance matrix of the extended Kalman filter to be equal to a predetermined matrix, excessive increase of the components of the error covariance matrix can be suppressed.

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 칼만 게인이 0으로 연속적으로 유지된 시간에 대응하는 타임 카운트가 임계 카운트 이상이 되는 경우, 칼만 게인이 0으로 설정되지 않도록 함으로써, 전류 적산에 따른 충전 상태 오차를 제한할 수 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, when the time count corresponding to the time in which the Kalman gain is continuously maintained at 0 becomes greater than or equal to the threshold count, the Kalman gain is not set to 0, so that the current integration Accordingly, it is possible to limit the charge state error.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

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, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 충전 상태를 추정하는 장치를 포함하는 배터리팩의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리의 예시적인 등가 회로 모델을 보여주는 도면이다.
도 3은 확장 칼만 필터의 구동 중에 도 2의 전압원의 개방 전압을 결정하는 데에 사용하기 위한 예시적인 SOC-OCV 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 4는 배터리의 전류와 오차 증가율 간의 상관 관계를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 충전 상태를 추정하는 방법에 대한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리의 충전 상태를 추정하는 방법에 대한 순서도이다.
The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention to be described later, so that the present invention is a matter described in such drawings should not be construed as being limited only to
1 is a diagram exemplarily showing the configuration of a battery pack including an apparatus for estimating a state of charge of a battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an exemplary equivalent circuit model of the battery shown in FIG. 1 .
3 is a graph showing an exemplary SOC-OCV profile for use in determining the open circuit voltage of the voltage source of FIG. 2 during operation of the extended Kalman filter.
4 is a graph exemplarily showing a correlation between a current of a battery and an error increase rate.
5 is a flowchart of a method for estimating a state of charge of a battery according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart of a method for estimating a state of charge of a battery according to another embodiment of the present invention.

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 해석되어야 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

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. Accordingly, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all the technical spirit of the present invention, so at the time of the present application, various It should be understood that there may be equivalents and variations.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.Terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. are used for the purpose of distinguishing any one of various components from the others, and are not used to limit the components by such terms.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless specifically stated otherwise. In addition, a term such as <control unit> described in the specification means a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.In addition, throughout the specification, when a part is "connected" with another part, it is not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another element interposed therebetween. include

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(20)의 충전 상태를 추정하는 장치(100)를 포함하는 배터리팩(10)의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.1 is a diagram exemplarily showing the configuration of a battery pack 10 including an apparatus 100 for estimating a state of charge of a battery 20 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 배터리팩(10)은, 배터리(20) 및 상기 배터리(20)의 충전 상태를 추정하는 장치(100)(이하, '장치'라고 함)를 포함한다. 배터리(20)는, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지 또는 니켈 아연 전지일 수 있다. 물론, 배터리(20)의 종류가 위에서 열거된 종류로 한정되는 것은 아니며, 반복적인 충방전이 가능한 것이라면 특별히 제한되지 않는다.Referring to FIG. 1 , a battery pack 10 includes a battery 20 and a device 100 (hereinafter, referred to as a 'device') for estimating a state of charge of the battery 20 . The battery 20 may be, for example, a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydride battery, or a nickel zinc battery. Of course, the type of the battery 20 is not limited to those listed above, and is not particularly limited as long as it can be repeatedly charged and discharged.

장치(100)는, 센싱부(110) 및 제어부(120)를 포함한다. 장치(100)는, 선택적으로 메모리부(130) 및 통신부(140) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.The device 100 includes a sensing unit 110 and a control unit 120 . The device 100 may optionally further include at least one of the memory unit 130 and the communication unit 140 .

센싱부(110)는, 제어부(120)에 동작 가능하게 결합된다. 즉, 센싱부(110)는, 제어부(120)에게 전기적 신호를 전송하거나 제어부(120)로부터 전기적 신호를 수신 가능하도록 제어부(120)에 전기적으로 연결될 수 있다. The sensing unit 110 is operatively coupled to the control unit 120 . That is, the sensing unit 110 may be electrically connected to the control unit 120 to transmit an electrical signal to the control unit 120 or to receive an electrical signal from the control unit 120 .

센싱부(110)는, 소정 주기마다(즉, 시간 스텝이 1씩 증가할 때마다) 배터리(20)의 양극 단자와 음극 단자 사이의 전위차에 대응하는 단자 전압, 배터리(20)의 전류 및 배터리(20)의 온도를 측정하고, 측정된 단자 전압, 측정된 전류 및 측정된 온도를 나타내는 신호를 제어부(120)에게 출력할 수 있다. The sensing unit 110, the terminal voltage corresponding to the potential difference between the positive terminal and the negative terminal of the battery 20, the current of the battery 20, and the battery every predetermined period (that is, whenever the time step is increased by 1), The temperature of 20 may be measured, and signals indicating the measured terminal voltage, the measured current, and the measured temperature may be output to the controller 120 .

센싱부(110)는, 전압 센서(111)를 포함한다. 전압 센서(111)는, 배터리(20)의 양극 단자와 음극 단자에 전기적으로 연결되어, 배터리(20)의 단자 전압을 측정하도록 구성된다.The sensing unit 110 includes a voltage sensor 111 . The voltage sensor 111 is electrically connected to a positive terminal and a negative terminal of the battery 20 , and is configured to measure a terminal voltage of the battery 20 .

센싱부(110)는, 전류 센서(112)를 포함한다. 전류 센서(112)는, 배터리(20)의 충방전 전류 경로 상에 설치되고, 배터리(20)의 전류를 측정하도록 구성된다. 전류 센서는, 배터리(20)의 충전 시에 배터리(20)를 통해 흐르는 충전 전류와 배터리(20)의 방전 시에 배터리(20)를 통해 흐르는 방전 전류를 측정한다.The sensing unit 110 includes a current sensor 112 . The current sensor 112 is installed on the charge/discharge current path of the battery 20 and is configured to measure the current of the battery 20 . The current sensor measures a charging current flowing through the battery 20 when the battery 20 is being charged and a discharging current flowing through the battery 20 when the battery 20 is being discharged.

센싱부(110)는, 온도 센서(113)를 포함한다. 온도 센서(113)는, 배터리(20)의 외측에 직접적으로 부착되거나, 배터리(20)로부터 소정 거리 이내에 근접하게 배치되어, 배터리(20)의 온도를 측정하도록 구성된다. The sensing unit 110 includes a temperature sensor 113 . The temperature sensor 113 is directly attached to the outside of the battery 20 or disposed close within a predetermined distance from the battery 20 to measure the temperature of the battery 20 .

센싱부(110)는, 측정된 단자 전압, 전류 및 온도를 나타내는 센싱 신호를 제어부(120)에게 출력한다. The sensing unit 110 outputs a sensing signal indicating the measured terminal voltage, current, and temperature to the control unit 120 .

메모리부(130)는, 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 메모리부(130)는, RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체일 수 있다. 메모리부(130)는, 제어부(120)에 의해 접근이 가능하도록 예컨대 데이터 버스 등을 통해 제어부(120)와 통신 가능하게 연결될 수 있다. 메모리부(130)는, 제어부(120)에 의해 실행되는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 상기 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장, 갱신 및/또는 소거할 수 있다. 메모리부(130)는, 논리적으로 2개 이상으로 분할 가능할 수 있다. 메모리부(130)는, 제어부(120)에 내장될 수도 있다.The memory unit 130 is not particularly limited in its type as long as it is a storage medium capable of recording and erasing information. As an example, the memory unit 130 may be a RAM, a ROM, a register, a hard disk, an optical recording medium, or a magnetic recording medium. The memory unit 130 may be communicatively connected to the control unit 120 through, for example, a data bus, so that it can be accessed by the control unit 120 . The memory unit 130 may store, update, and/or erase a program including various control logic executed by the control unit 120 and/or data generated when the control logic is executed. The memory unit 130 may be logically divided into two or more. The memory unit 130 may be built into the control unit 120 .

통신부(140)는, 제어부(120)와 외부 디바이스 사이의 양방향 통신을 지원하는 통신 인터페이스를 포함한다. 통신부(140)는, 제어부(120)로부터 출력된 신호를 미리 정해진 통신 규칙에 따라 외부 디바이스에게 전송할 수 있다. 통신부(140)는, 외부 디바이스로부터의 명령을 제어부(120)에게 전송할 수 있다. 외부 디바이스는, 예컨대 배터리팩(10)이 설치된 차량의 컨트롤러일 수 있다.The communication unit 140 includes a communication interface that supports bidirectional communication between the control unit 120 and an external device. The communication unit 140 may transmit a signal output from the control unit 120 to an external device according to a predetermined communication rule. The communication unit 140 may transmit a command from an external device to the control unit 120 . The external device may be, for example, a controller of a vehicle in which the battery pack 10 is installed.

제어부(120)는, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.The control unit 120, in hardware, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays), microprocessors (microprocessors) and may be implemented using at least one of electrical units for performing other functions.

제어부(120)는, 센싱부(110)에 동작 가능하게 결합된다. 제어부(120)는, 메모리부(130) 및 통신부(140)와도 추가적으로 동작 가능하게 결합될 수 있다. 제어부(120)는, 확장 칼만 필터를 실행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함한다.The control unit 120 is operatively coupled to the sensing unit 110 . The control unit 120 may be additionally operatively coupled to the memory unit 130 and the communication unit 140 . The controller 120 includes at least one processor configured to execute the extended Kalman filter.

제어부(120)는, 센싱부(110)로부터의 센싱 신호를 기초로, 시간 스텝이 1씩 증가할때마다, 배터리(20)의 단자 전압에 대응하는 전압 측정값, 배터리(20)의 전류에 대응하는 전류 측정값 및 배터리(20)의 온도에 대응하는 온도 측정값을 결정한다. 배터리(20)가 충전 시 전류 측정값은 양의 값을 가지고, 배터리(20)의 방전 시 전류 측정값은 음의 값을 가질 수 있다.The control unit 120, based on the sensing signal from the sensing unit 110, whenever the time step is increased by 1, the voltage measurement value corresponding to the terminal voltage of the battery 20, the current of the battery 20 A corresponding current measurement and a temperature measurement corresponding to the temperature of the battery 20 are determined. When the battery 20 is charged, the current measurement value may have a positive value, and when the battery 20 is discharged, the current measurement value may have a negative value.

제어부(120)는, 또한, 전압 측정값, 전류 측정값 및 온도 측정값을 기초로, 확장 칼만 필터를 이용하여 배터리(20)의 충전 상태를 추정하도록 구성된다.The control unit 120 is further configured to estimate the state of charge of the battery 20 using the extended Kalman filter based on the voltage measurement value, the current measurement value, and the temperature measurement value.

지금부터, 확장 칼만 필터에 대해 보다 상세히 설명하도록 하겠다. 확장 칼만 필터는, 비선형적인 특성을 가지는 동적인 시스템에 대하여 외부에서 측정 가능한 파라미터와 시스템의 외란(disturbance)을 고려하여, 상기 시스템의 내적 상태(internal states)를 나타내는 적어도 하나의 상태 변수를 통계적으로 추정하는 알고리즘이다. 배터리(20)의 단자 전압은, 배터리(20)의 전류, 온도 및/또는 충전 상태에 따라 비선형적으로 변화하는 특성을 가지므로, 배터리(20)를 확장 칼만 필터를 통해 추정될 수 있는 적어도 하나의 내적 상태를 가지는 동적 시스템으로 취급할 수 있다. From now on, the extended Kalman filter will be described in more detail. The extended Kalman filter statistically calculates at least one state variable representing the internal states of the system in consideration of externally measurable parameters and system disturbance for a dynamic system having nonlinear characteristics. It is an estimating algorithm. Since the terminal voltage of the battery 20 has a characteristic that non-linearly changes according to the current, temperature, and/or state of charge of the battery 20 , the battery 20 is subjected to at least one that can be estimated through the extended Kalman filter. It can be treated as a dynamic system with an inner state of .

확장 칼만 필터는, 시간 스텝이 1씩 증가할 때마다, 시간 업데이트(time updatae)를 위한 프로세스 및 측정 업데이트(measurement update)를 위한 프로세스를 순차적으로 실행한다. 시간 업데이트를 통해, 배터리(20)의 내적 상태에 관련된 상태 변수와 파라미터가 이전 데이터에 기초하여 예측된다. 측정 업데이트를 통해, 시간 업데이트를 통해 예측된 파라미터들이 측정 데이터에 기초하여 보정된다. 측정 업데이트의 결과로서, 배터리(20)의 내적 상태를 나타내는 각 상태 변수에 대한 추정이 완료된다.The extended Kalman filter sequentially executes a process for time update and a process for measurement update whenever the time step is increased by 1. Through time update, state variables and parameters related to the inner product state of the battery 20 are predicted based on previous data. Through the measurement update, parameters predicted through the time update are corrected based on the measurement data. As a result of the measurement update, estimation for each state variable representing the inner product state of the battery 20 is completed.

이하에서는, 설명의 편의를 위해, 시간 스텝 k는 현재의 시간 스텝을 지칭하고, 시간 스텝 k-1은 이전의 시간 스텝을 지칭하는 것으로 가정한다. 이때, 기호 k는, 스텝의 수를 의미하는 것로서, 제어부(120)는 소정 시간 Δt이 경과할 때마다 k를 1씩 증가시킬 수 있다.Hereinafter, for convenience of description, it is assumed that time step k refers to a current time step and time step k-1 refers to a previous time step. In this case, the symbol k means the number of steps, and the controller 120 may increase k by 1 whenever a predetermined time Δt elapses.

먼저, 시간 업데이트를 위한 프로세스에 관련된 수식 1 내지 3에 대하여 설명한다. 다음의 수식 1은, 이전의 데이터를 기초로, 동적 시스템으로 취급되는 배터리(20)의 내적 상태에 포함된 각 상태 변수를 예측하기 위한 것으로서, '상태 방정식(state equation)'라고 지칭할 수 있다.First, Equations 1 to 3 related to the time update process will be described. Equation 1 below is for predicting each state variable included in the internal state of the battery 20 treated as a dynamic system, based on previous data, and may be referred to as a 'state equation'. .

<수식 1><Formula 1>

xk,- = f(xk-1,+, uk-1) = Ak-1xk-1,+ + Bk-1uk-1 x k,- = f(x k-1,+ , u k-1 ) = A k-1 x k-1,+ + B k-1 u k-1

수식 1의 각 기호를 설명하면 다음과 같다. xk-1,+는 시간 스텝 k-1의 추정된 내적 상태, uk-1는 시간 스텝 k-1의 측정된 입력, xk,-는 시간 스텝 k의 예측된 내적 상태, f()는 xk-1,+과 uk-1로부터 xk,-를 얻기 위한 함수이다. 한편, 시간 스텝 k의 스텝수 k가 0으로 되는 확장 칼만 필터의 초기화 이벤트를 대비하여, 초기 내적 상태 x0를 나타내는 데이터가 메모리부(130)에 미리 저장될 수 있다.Each symbol in Equation 1 is described as follows. x k-1,+ is the estimated dot product state of time step k-1, u k-1 is the measured input of time step k-1, x k,- is the predicted dot product state of time step k, f() is a function to obtain x k,- from x k-1,+ and u k-1. Meanwhile, in preparation for an initialization event of the extended Kalman filter in which the step number k of the time step k becomes 0, data representing the initial inner product state x 0 may be stored in advance in the memory unit 130 .

다음의 수식 2는, 확장 칼만 필터의 오차 공분산을 예측하기 위한 것이다.Equation 2 below is for predicting the error covariance of the extended Kalman filter.

<수식 2><Formula 2>

Pk,- = Ak-1Pk-1,+Ak-1 T+Bk-1QBk-1 T P k,- = A k-1 P k-1,+ A k-1 T +B k-1 QB k-1 T

수식 2의 각 기호를 설명하면 다음과 같다. Pk-1,+는 시간 스텝 k-1의 추정된 오차 공분산 행렬, Q는 프로세스 노이즈 공분산 행렬, Pk,-는 시간 스텝 k의 예측된 오차 공분산 행렬이다. 위 첨자 T는, 전치 행렬 연산자이다. 수식 1 및 수식 2의 Ak-1과 Bk-1은 다음의 수식 3으로 표현될 수 있다.Each symbol in Equation 2 will be described as follows. P k-1,+ is the estimated error covariance matrix of time step k-1, Q is the process noise covariance matrix, and P k,- is the predicted error covariance matrix of time step k. The superscript T is the transposition matrix operator. A k-1 and B k-1 of Equations 1 and 2 may be expressed by Equation 3 below.

<수식 3><Equation 3>

Figure 112018016449119-pat00001
Figure 112018016449119-pat00001

Figure 112018016449119-pat00002
Figure 112018016449119-pat00002

즉, Ak-1는 함수 f()가 xk-1,+에 대하여 편미분된 결과인 자코비언 행렬(jacobian matrix)이고, Bk-1는 함수 f()가 uk-1에 대하여 편미분된 결과인 자코비언 행렬이다.That is, A k-1 is a Jacobian matrix that is the result of partial differentiation of function f() with respect to x k-1,+ , and B k-1 is the result of partial differentiation of function f() with respect to u k-1. The resulting Jacobian matrix.

다음으로, 측정 업데이트를 위한 프로세스에 관련된 수식 4 내지 8에 대하여 설명한다. 다음의 수식 4는, 출력 변수를 추정하기 위한 것으로서, '출력 방정식(output equation)'이라고 지칭할 수 있다.Next, Equations 4 to 8 related to the process for measurement update will be described. Equation 4 below is for estimating an output variable, and may be referred to as an 'output equation'.

<수식 4><Formula 4>

yk,- = h(xk,-, uk) = Ckxk,- + Dkuk y k,- = h(x k,- , u k ) = C k x k,- + D k u k

수식 4의 각 기호를 설명하면 다음과 같다. xk,-는 시간 스텝 k의 예측된 내적 상태, uk는 시간 스텝 k의 측정된 입력, yk,-는 시간 스텝 k의 예측된 출력 변수, h는 xk,-과 uk로부터 yk,-를 얻기 위한 함수이다. 대안적으로, yk,-는 xk,-에만 의존할 수 있으며, 이 경우 yk,- = h(xk,-) = Ckxk,- 이고, Dk는 소정값(예, 1)로 고정될 수 있다.Each symbol in Equation 4 is described as follows. x k,- is the predicted dot product state of time step k, u k is the measured input of time step k, y k,- is the predicted output variable of time step k, h is y from x k,- and u k This is a function to get k,-. Alternatively, y k,- may depend only on x k,- , in which case y k,- = h(x k,- ) = C k x k,- and D k is a given value (eg, 1) can be fixed.

다음의 수식 5는, 확장 칼만 필터의 칼만 게인을 산출하기 위한 것이다.Equation 5 below is for calculating the Kalman gain of the extended Kalman filter.

<수식 5><Formula 5>

Kk = Pk,-Ck T(CkPk,-Ck T+DkRDk T)-1 K k = P k,- C k T (C k P k,- C k T +D k RD k T ) -1

수식 4의 각 기호를 설명하면 다음과 같다. Pk,-는 시간 스텝 k의 예측된 오차 공분산 행렬, R은 측정 노이즈 공분산 행렬, Kk는 시간 스텝 k의 칼만 게인, 위첨자 T는 전치 행렬 연산자, 위첨자 -1은 역행렬 연산자이다. 수식 4 및 수식 5의 Ck과 Dk은 다음의 수식 6으로 표현될 수 있다.Each symbol in Equation 4 is described as follows. P k,- is the predicted error covariance matrix of time step k, R is the measurement noise covariance matrix, K k is the Kalman gain of time step k, the superscript T is the transpose matrix operator, and the superscript -1 is the inverse matrix operator. C k and D k of Equations 4 and 5 may be expressed by Equation 6 below.

<수식 6><Formula 6>

Figure 112018016449119-pat00003
Figure 112018016449119-pat00003

Figure 112018016449119-pat00004
Figure 112018016449119-pat00004

즉, Ck는 함수 h()가 xk,-에 대하여 편미분된 결과인 자코비언 행렬이고, Dk는 함수 h()가 uk에 대하여 편미분된 결과인 자코비언 행렬이다.That is, C k is a Jacobian matrix that is a result of partial differentiation of function h() with respect to x k,- , and D k is a Jacobian matrix that is a result of partial differentiation of function h() with respect to u k .

다음의 수식 7은 수식 1로부터의 xk,-을 보정하기 위한 것이다.Equation 7 below is for correcting x k,- from Equation 1.

<수식 7><Formula 7>

xk,+ = xk,- + KK(yk - yk,-)x k,+ = x k,- + K K (y k - y k,- )

수식 7에서, yk는 시간 스텝 k의 측정된 출력 변수, xk,+는 시간 스텝 k의 추정된 내적 상태이다. 즉, xk,+는, 시간 스텝 k의 측정된 출력 변수와 추정된 출력 변수 간의 차이에 칼만 게인을 곱한 값을 xk,-에 합산하여, xk,-을 보정한 결과이다. xk,-에 포함된 각 상태 변수는, 시간 스텝 k의 추정된 상태 변수이다.In Equation 7, y k is the measured output variable of time step k, and x k,+ is the estimated dot product state of time step k. That is, x k,+ is a result of correcting x k,- by adding the value obtained by multiplying the difference between the measured output variable and the estimated output variable of the time step k by the Kalman gain to x k,-. Each state variable contained in x k,- is the estimated state variable of time step k.

다음의 수식 8은, 수식 2에 의해 예측된 오차 공분산을 보정하기 위한 것이다.Equation 8 below is for correcting the error covariance predicted by Equation 2.

<수식 8><Equation 8>

Pk,+ = (I - KKCk)Pk,- P k,+ = (I - K K C k )P k,-

수식 8에서, I는 단위 행렬 행렬(unit matrix)이다.In Equation 8, I is a unit matrix.

제어부(120)는, 전술한 수식 1 내지 8을 미리 정해진 순서에 따라 시간 스텝이 1씩 증가할 때마다 실행할 수 있다.The controller 120 may execute Equations 1 to 8 described above every time the time step increases by 1 in a predetermined order.

확장 칼만 필터의 상태 방정식(수식 1 참조)과 출력 방정식(수식 4 참조)은, 도 2를 참조하여 후술할 배터리(20)의 등가 회로 모델에 기반한다. 즉, 수식 1 내지 8은 배터리(20)의 등가 회로 모델에 연관된 것이다.The state equation (refer to Equation 1) and the output equation (refer to Equation 4) of the extended Kalman filter are based on an equivalent circuit model of the battery 20, which will be described later with reference to FIG. 2 . That is, Equations 1 to 8 are related to the equivalent circuit model of the battery 20 .

도 2는 도 1에 도시된 배터리(20)의 예시적인 등가 회로 모델(30)을 보여주는 도면이고, 도 3은 확장 칼만 필터의 구동 중에 도 2의 전압원의 개방 전압을 결정하는 데에 사용하기 위한 예시적인 SOC-OCV 프로파일을 보여주는 그래프이다.2 is a diagram showing an exemplary equivalent circuit model 30 of the battery 20 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is for use in determining the open circuit voltage of the voltage source of FIG. 2 during operation of the extended Kalman filter. A graph showing an exemplary SOC-OCV profile.

도 2를 참조하면, 등가 회로 모델(30)은, 전압원(31), 직렬 저항(32) 및 RC 회로(33)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the equivalent circuit model 30 includes a voltage source 31 , a series resistor 32 , and an RC circuit 33 .

전압원(31)은, 배터리(20)의 충전 상태에 의존하는 배터리(20)의 개방 전압(OCV: open circuit voltage)을 나타낸다. 즉, 배터리(20)의 개방 전압은, 충전 상태가 정해지면 고유하게 정해질 수 있다. 메모리부(130)에는 배터리(20)의 개방 전압과 충전 상태 간의 상관 관계를 정의하는 도 3과 같은 SOC-OCV 프로파일이 룩업 테이블 등의 형태로 미리 저장된다. 도 3을 통해 확인할 수 있는바와 같이, 배터리(20)의 충전 상태가 증가함에 따라 배터리(20)의 개방 전압은 비선형적으로 증가한다. 제어부(120)는, 메모리부(130)에 저장된 SOC-OCV 프로파일을 참조하여, 충전 상태에 연관된 개방 전압을 결정할 수 있다. 물론, 배터리(20)의 개방 전압과 충전 상태 간의 상관 관계는, 온도에 따라 달라질 수 있는바, 이 경우 메모리부(130)에는 복수의 온도값에 대한 SOC-OCV 프로파일들이 미리 저장될 수 있고, 제어부(120)는 온도 측정값을 기초로 SOC-OCV 프로파일들 중 어느 하나를 선택한 다음, 선택된 SOC-OCV 프로파일을 참조하여 배터리(20)의 충전 상태에 연관된 개방 전압을 결정할 수 있다.The voltage source 31 represents an open circuit voltage (OCV) of the battery 20 depending on the state of charge of the battery 20 . That is, the open-circuit voltage of the battery 20 may be uniquely determined when the state of charge is determined. In the memory unit 130 , the SOC-OCV profile as shown in FIG. 3 defining the correlation between the open voltage and the state of charge of the battery 20 is previously stored in the form of a lookup table or the like. As can be seen from FIG. 3 , as the state of charge of the battery 20 increases, the open-circuit voltage of the battery 20 increases non-linearly. The controller 120 may determine the open-circuit voltage related to the state of charge with reference to the SOC-OCV profile stored in the memory unit 130 . Of course, the correlation between the open voltage of the battery 20 and the state of charge may vary depending on the temperature. In this case, the memory unit 130 may store SOC-OCV profiles for a plurality of temperature values in advance, The controller 120 may select any one of the SOC-OCV profiles based on the temperature measurement value, and then determine the open circuit voltage related to the state of charge of the battery 20 with reference to the selected SOC-OCV profile.

직류 저항(32)은, 배터리(20)에 흐르는 전류에 의한 단자 전압의 순간적인 변화를 모사한다. 직류 저항(32)에 인가되는 전압을 'IR 전압'이라고 칭할 수도 있다. 직류 저항(32)의 저항값(R0)은 미리 정해진 값일 수 있다. 대안적으로, 제어부(120)는, 시간 스텝이 1씩 증가할 때마다, 배터리(20)의 충전 상태 및 온도 중 적어도 하나를 기초로 R0를 결정할 수 있다. 이를 위해, 메모리부(130)에는, 충전 상태 또는 온도와 R0 간의 상관 관계를 정의하는 데이터가 미리 저장될 수 있다.The DC resistance 32 simulates an instantaneous change in the terminal voltage caused by the current flowing through the battery 20 . The voltage applied to the DC resistor 32 may be referred to as an 'IR voltage'. The resistance value R 0 of the DC resistor 32 may be a predetermined value. Alternatively, whenever the time step is increased by 1, the controller 120 may determine R 0 based on at least one of a state of charge and a temperature of the battery 20 . To this end, data defining a correlation between a charging state or temperature and R 0 may be previously stored in the memory unit 130 .

RC 회로(33)는, 배터리(20)의 단자 전압에 반영된 분극 전압의 과도기적인 변화를 모사하는 것으로서, 서로 병렬 연결되는 저항(41)과 커패시터(42)를 포함한다.The RC circuit 33 mimics the transient change of the polarization voltage reflected in the terminal voltage of the battery 20, and includes a resistor 41 and a capacitor 42 connected in parallel with each other.

다음의 수식 9는, 전류 적산법에 따라 배터리(20)의 충전 상태를 시간 업데이트하기 위한 것이다. 배터리(20)의 충전 상태는, 배터리(20)의 내적 상태를 나타내는 하나의 상태 변수이다.Equation 9 below is for time-updating the state of charge of the battery 20 according to the current integration method. The state of charge of the battery 20 is one state variable representing the state of the internal product of the battery 20 .

<수식 9><Formula 9>

SOCk,- = SOCk-1,+ + (Δt/FCC)ik-1 SOC k,- = SOC k-1,+ + (Δt/FCC)i k-1

수식 9의 각 기호를 설명하면 다음과 같다. SOCk-1,+는 시간 스텝 k-1의 추정된 충전 상태, ik-1는 시간 스텝 k-1의 전류 측정값, Δt는 인접한 두 시간 스텝 간의 간격, FCC는 배터리(20)의 만충전 용량, SOCk,-는 시간 스텝 k의 예측된 충전 상태다.Each symbol in Equation 9 will be described as follows. SOC k-1,+ is the estimated state of charge at time step k-1, i k-1 is the current measurement at time step k-1, Δt is the interval between two adjacent time steps, FCC is the full charge of the battery 20 The full capacity, SOC k,- is the predicted state of charge at time step k.

다음의 수식 10은, 등가 회로 모델(30)의 RC 회로(33)에 의한 분극 전압을 예측하기 위한 것이다. 배터리(20)의 분극 전압은, 충전 상태와는 독립적으로 배터리(20)의 내적 상태를 나타내는 상태 변수이다.Equation 10 below is for predicting the polarization voltage by the RC circuit 33 of the equivalent circuit model 30 . The polarization voltage of the battery 20 is a state variable representing the internal product state of the battery 20 independently of the state of charge.

<수식 10><Equation 10>

Figure 112018016449119-pat00005
Figure 112018016449119-pat00005

수식 10의 각 기호를 설명하면 다음과 같다. V1k-1,+는 시간 스텝 k-1의 추정된 분극 전압, V1k,-는 시간 스텝 k의 예측된 분극 전압, R1은 저항(41)의 저항값, C1은 커패시터(42)의 커패시턴스이다. R1과 C1 각각은 미리 정해진 값일 수 있다. 대안적으로, 제어부(120)는, 시간 스텝이 1씩 증가할 때마다, 배터리(20)의 충전 상태 및 온도 중 적어도 하나를 기초로 R1과 C1 각각을 결정할 수 있다. 이를 위해, 메모리부(130)에는, 충전 상태 또는 온도와 R1과 C1 간의 상관 관계를 정의하는 데이터가 미리 저장될 수 있다.Each symbol in Equation 10 will be described as follows. V1 k-1,+ is the estimated polarization voltage of time step k-1, V1 k,- is the predicted polarization voltage of time step k, R 1 is the resistance value of resistor 41, C 1 is capacitor 42 is the capacitance of Each of R 1 and C 1 may be a predetermined value. Alternatively, whenever the time step is increased by 1, the controller 120 may determine each of R 1 and C 1 based on at least one of a state of charge and a temperature of the battery 20 . To this end, data defining a correlation between a charging state or temperature and R 1 and C 1 may be stored in advance in the memory unit 130 .

수식 9 및 수식 10의 조합으로부터 다음의 수식 11이 도출될 수 있다.The following Equation 11 can be derived from the combination of Equations 9 and 10.

<수식 11><Formula 11>

Figure 112018016449119-pat00006
Figure 112018016449119-pat00006

배터리(20)의 충전 상태와 분극 전압 각각은, 외부에서 측정이 불가능하기 때문에, 배터리(20)의 내적 상태를 구성하는 상태 변수라고 할 수 있다. 또한, 배터리(20)의 전류는, 배터리(20)의 내적 상태의 변화를 유발하는 입력이라고 할 수 있다. 따라서, 충전 상태와 분극 전압이 배터리(20)로부터 추정하고자 하는 2가지의 상태 변수라고 한다면, 수식 11은 수식 1의 상태 방정식으로서 이용될 수 있으며, 이 경우 xk-1,+ = [SOCk-1,+ V1k-1,+]T, xk,- = [SOCk,- V1k,-]T, ik-1 = uk-1 이고, 수식 3의 Ak-1과 Bk-1은 다음의 수식 12와 같다.Since each of the charging state and the polarization voltage of the battery 20 cannot be measured from the outside, it can be said that they are state variables constituting the internal product state of the battery 20 . In addition, the current of the battery 20 may be said to be an input causing a change in the internal state of the battery 20 . Therefore, if the state of charge and the polarization voltage are two state variables to be estimated from the battery 20, Equation 11 can be used as the state equation of Equation 1, in this case x k-1,+ = [SOC k -1,+ V1 k-1,+ ] T , x k,- = [SOC k,- V1 k,- ] T , i k-1 = u k-1 , and A k-1 and B in Equation 3 k-1 is the same as Equation 12 below.

<수식 12><Equation 12>

Figure 112018016449119-pat00007
Figure 112018016449119-pat00007

Figure 112018016449119-pat00008
Figure 112018016449119-pat00008

한편, 다음의 수식 13은, 등가 회로 모델(30)로부터 배터리(20)의 단자 전압을 예측하기 위한 것이다.Meanwhile, the following Equation 13 is for predicting the terminal voltage of the battery 20 from the equivalent circuit model 30 .

<수식 13><Equation 13>

Vk,- = OCVk,- + V1k,- + R0ik = OCV(SOCk,-) + V1k,- + R0ik V k,- = OCV k,- + V1 k,- + R 0 i k = OCV(SOC k,- ) + V1 k,- + R 0 i k

수식 13에서, OCV()은 전술한 SOC-OCV 프로파일을 이용하여 SOCk,-로부터 OCVk,-를 얻기 위한 함수이고, Vk,-은 시간 스텝 k의 예측된 단자 전압을 나타내는 전압 예측값이다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, SOCk,-= A인 경우, OCV(SOCk,-)=B가 된다. 수식 13은 수식 4의 출력 방정식으로서 이용될 수 있고, 이 경우 수식 13은 아래의 수식 14로 표현될 수 있다.In Equation 13, OCV( ) is a function for obtaining OCV k,- from SOC k,- using the aforementioned SOC-OCV profile, and V k,- is a voltage predicted value representing the predicted terminal voltage of time step k . For example, referring to FIG. 3 , when SOC k,- = A, OCV(SOC k,- )=B. Equation 13 may be used as the output equation of Equation 4, and in this case, Equation 13 may be expressed as Equation 14 below.

<수식 14><Equation 14>

Vk,- = Ck[SOCk,- V1k,-]T +Dkik = Ck[SOCk,- V1k,-]T + R0ik V k,- = C k [SOC k,- V1 k,- ] T +D k i k = C k [SOC k,- V1 k,- ] T + R 0 i k

제어부(120)는, 다음의 수식 15를 이용하여, 수식 11의 결과를 보정할 수 있다.The controller 120 may correct the result of Equation 11 by using Equation 15 below.

<수식 15><Formula 15>

SOCk,+ = SOCk,- + Kk(yk - Vk,-)SOC k,+ = SOC k,- + K k (y k - V k,- )

수식 15는 수식 7로부터 유도되는 것이다. 배터리(20)의 단자 전압은, 배터리(20)의 내적 상태에 따라 변화하며, 외부에서 측정 가능한 것이다. 따라서, 시간 스텝 k에서 센싱부(110)에 의해 측정된 배터리(20)의 단자 전압을 나타내는 전압 측정값 VBk이 수식 15의 yk로서 이용될 수 있다.Equation 15 is derived from Equation 7. The terminal voltage of the battery 20 changes according to the internal state of the battery 20 and can be measured from the outside. Accordingly, a voltage measurement value VB k indicating the terminal voltage of the battery 20 measured by the sensing unit 110 at time step k may be used as y k in Equation 15.

도 4는 배터리(20)의 전류와 오차 증가율 간의 상관 관계를 예시적으로 보여주는 그래프이다.4 is a graph exemplarily showing a correlation between a current of the battery 20 and an error increase rate.

도 4에 도시된 것과 같은 배터리(20)의 전류와 오차 증가율 간의 상관 관계 즉, 전류별 오차 증가율을 나타내는 그래프를 얻기 위해서는, 배터리(20)와 동일한 사양을 가지도록 설계된 테스트용 배터리(20)에 대한 충방전 테스트가 선행되어야 한다. 충방전 테스트는 미리 정해진 시간 동안 테스트용 배터리(20)의 전류와 온도를 미리 정해진 규칙에 따라 개별적으로 정밀하게 변화시키면서 테스트용 배터리(20)의 충전 상태의 변화를 관찰하기 위한 것이다.In order to obtain a graph showing the correlation between the current and the error increase rate of the battery 20 as shown in FIG. 4 , that is, the error increase rate for each current, the test battery 20 designed to have the same specifications as the battery 20 A charge/discharge test should be preceded. The charge/discharge test is for observing a change in the state of charge of the test battery 20 while precisely changing the current and temperature of the test battery 20 according to a predetermined rule for a predetermined time.

충방전 테스트가 진행되는 동안, 테스트용 배터리(20)의 실제 충전 상태와 전술한 수식 1 내지 8(수식 9 내지 수식 15 참조)을 이용하여 추정된 충전 상태 간의 오차를 소정 시간 Δt마다 반복적으로 산출하고, 단위 시간(예, 0.1sec) 당 오차의 변화량(ΔSOCerror)을 나타내는 시간별 오차 증가율을 산출한다. 그 다음, 시간별 오차 증가율을, 미리 정해진 알고리즘을 통해, 충방전 테스트에 이용된 전류, 온도와 실제 충전 상태 각각에 대하여 그룹화함으로써, 전류별 오차 증가율, 온도별 오차 증가율 및 충전 상태별 오차 증가율을 구할 수 있다.While the charge/discharge test is in progress, the error between the actual state of charge of the test battery 20 and the state of charge estimated using Equations 1 to 8 (see Equations 9 to 15) described above is repeatedly calculated every predetermined time Δt and calculates the error increase rate for each time indicating the amount of change (ΔSOC error ) of the error per unit time (eg, 0.1 sec). Then, by grouping the error increase rate by time for each of the current, temperature, and actual charging state used in the charge/discharge test through a predetermined algorithm, the error increase rate for each current, the error increase rate for each temperature, and the error increase rate for each charging state are obtained can

도 4을 참조하면, 전류별 오차 증가율이 미리 정해진 임계 증가율(TH) 이상인 것은, 확장 칼만 필터를 이용하여 추정된 충전 상태의 정확도가 현저히 저하되었음을 의미한다. Referring to FIG. 4 , when the error increase rate for each current is equal to or greater than the predetermined threshold increase rate TH, it means that the accuracy of the state of charge estimated using the extended Kalman filter is significantly reduced.

따라서, 테스트용 배터리(20)에 대한 충방전 테스트의 결과를 분석하여, 전류별 오차 증가율이 임계 증가율(TH) 이상이 되는 전류 범위를 결정될 수 있다. 예컨대, 도 3와 같은 그래프가 얻어지는 경우, 0~C, D~E가 상기 전류 범위로서 결정될 수 있다. 유사하게, 테스트용 배터리(20)에 대한 충방전 테스트의 결과를 분석하여, 온도별 오차 증가율이 임계 증가율(TH) 이상이 되는 온도 범위와 충전 상태별 오차 증가율이 임계 증가율(TH) 이상이 되는 충전 상태 범위 역시 결정될 수 있다.Accordingly, by analyzing the result of the charging/discharging test for the test battery 20 , the current range in which the error increase rate for each current is equal to or greater than the critical increase rate TH may be determined. For example, when a graph as shown in FIG. 3 is obtained, 0 to C and D to E may be determined as the current range. Similarly, by analyzing the results of the charge/discharge test for the test battery 20, the temperature range in which the error increase rate for each temperature is equal to or greater than the critical increase rate (TH) and the error increase rate for each state of charge becomes the critical increase rate (TH) or greater The state of charge range may also be determined.

전류별 오차 증가율, 온도별 오차 증가율 또는 충전 상태별 오차 증가율이 임계 증가율(TH) 이상인 경우, 전압 예측값과 전압 측정값 간의 차이가 지나치게 커질 수 있다. 상기 차이는 칼만 게인에 의해 스케일링되어 내적 상태를 보정하는 데에 이용되는데, 상기 차이가 지나치게 클 경우에는 전류 적산의 결과를 상기 차이에 따라 보정함으로써 추정된 충전 상태의 정확도가 전류 적산의 결과만으로부터 추정된 충전 상태의 정확도보다 오히려 낮을 수 있다. 따라서, 전류 측정값, 온도 측정값 또는 이전에 추정된 충전 상태에 따라 칼만 게인을 0으로 선택적으로 설정함으로써, 수식 11을 이용한 전류 적산의 결과에만 의존하여 배터리(20)의 충전 상태를 추정하는 것이 좋을 수 있다.When the error increase rate for each current, the error increase rate for each temperature, or the error increase rate for each state of charge is equal to or greater than the threshold increase rate TH, the difference between the predicted voltage value and the voltage measurement value may be excessively large. The difference is scaled by the Kalman gain and used to correct the inner product state. When the difference is too large, the accuracy of the state of charge estimated by correcting the result of current integration according to the difference is obtained from only the result of current integration. The accuracy of the estimated state of charge may be rather low. Therefore, by selectively setting the Kalman gain to 0 according to the current measurement value, the temperature measurement value, or the previously estimated state of charge, estimating the state of charge of the battery 20 by relying only on the result of current integration using Equation 11 is can be good

결정된 전류 범위, 온도 범위 또는 충전 상태 범위를 포함하는 우회 조건을 나타내는 데이터는 메모리부(130)에 미리 저장될 수 있다.Data representing the bypass condition including the determined current range, temperature range, or charge state range may be stored in advance in the memory unit 130 .

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(20)의 충전 상태를 추정하는 방법에 대한 순서도이다. 도 5의 방법은 배터리(20)의 충방전이 진행되는 동안 소정 시간 Δt마다 반복적으로 실행될 수 있다.5 is a flowchart of a method for estimating the state of charge of the battery 20 according to an embodiment of the present invention. The method of FIG. 5 may be repeatedly executed every predetermined time Δt while charging and discharging of the battery 20 is in progress.

도 5를 참조하면, 단계 S500에서, 제어부(120)는, 메모리부(130)로부터 이전의 전류 측정값 ik-1, 이전의 온도 측정값 Tk-1 및 이전의 내적 상태 xk-1,+를 획득한다. 이전의 전류 측정값 ik-1은, 시간 스텝 k-1에서 센싱부(110)에 의해 측정된 배터리(20)의 전류의 방향과 크기를 나타내는 것이다. 상기 온도 측정값 Tk-1은, 시간 스텝 k-1에서 센싱부(110)에 의해 측정된 배터리(20)의 온도를 나타내는 것이다. 상기 이전의 내적 상태 xk-1,+는, 시간 스텝 k-1의 추정된 충전 상태 SOCk-1,+와 추정된 분극 전압 V1k-1,+을 포함한다.Referring to FIG. 5 , in step S500 , the control unit 120 , the previous current measurement value i k-1 , the previous temperature measurement value T k-1 , and the previous internal product state x k-1 from the memory unit 130 . , + is obtained. The previous current measurement value i k-1 indicates the direction and magnitude of the current of the battery 20 measured by the sensing unit 110 at time step k-1. The temperature measurement value T k-1 represents the temperature of the battery 20 measured by the sensing unit 110 at time step k-1. Said previous dot product state x k-1,+ comprises an estimated state of charge SOC k-1,+ of time step k-1 and an estimated polarization voltage V1 k-1,+ .

단계 S510에서, 제어부(120)는, 배터리(20)의 내적 상태와 오차 공분산 행렬을 예측한다. 구체적으로, 제어부(120)는, 수식 11을 이용하여 이전의 내적 상태 xk-1,+를 시간 업데이트함으로써, SOCk,- 및 V1k,-을 포함하는 예측된 내적 상태 xk,-를 산출한다. SOCk,-은 시간 스텝 k의 예측된 충전 상태고, V1k,-은 시간 스텝 k의 예측된 분극 전압이다. 또한, 제어부(120)는, 수식 2를 이용하여 Pk-1,+을 시간 업데이트함으로써, Pk,-를 산출한다. Pk,-는, 시간 스텝 k의 예측된 오차 공분산 행렬이다. 단계 S520에서 실행된 시간 업데이트의 결과로서 얻어지는 SOCk,-, V1k,- 및 Pk,-는 제어부(120)에 의해 메모리부(130)에 저장된다.In step S510 , the controller 120 predicts the dot product state and the error covariance matrix of the battery 20 . Specifically, the control unit 120 time-updates the previous inner product state x k-1,+ using Equation 11 to obtain the predicted inner product state x k,- including SOC k,- and V1 k,- Calculate. SOC k,- is the predicted state of charge at time step k, and V1 k,- is the predicted polarization voltage at time step k. In addition, the control unit 120 calculates P k,- by timely updating P k-1,+ using Equation 2 . P k,- is the predicted error covariance matrix of time step k. SOC k,- , V1 k,- and P k,- obtained as a result of the time update executed in step S520 are stored in the memory unit 130 by the control unit 120 .

단계 S520에서, 제어부(120)는, 센싱부(110)로부터의 센싱 신호를 기초로, 전압 측정값 Vk, 전류 측정값 ik 및 온도 측정값 Tk을 결정한다. 전압 측정값 Vk, 전류 측정값 ik 및 온도 측정값 Tk은, 시간 스텝 k에서 개별적으로 측정된 단자 전압, 전류 및 온도에 대응한다. 제어부(120)는, 전압 측정값 Vk, 전류 측정값 ik 및 온도 측정값 Tk을 메모리부(130)에 저장할 수 있다.In step S520 , the controller 120 determines a voltage measurement value V k , a current measurement value i k , and a temperature measurement value T k based on the sensing signal from the sensing unit 110 . The voltage measurement V k , the current measurement value i k and the temperature measurement value T k correspond to the respectively measured terminal voltage, current and temperature at time step k. The controller 120 may store the voltage measurement value V k , the current measurement value i k , and the temperature measurement value T k in the memory unit 130 .

단계 S530에서, 제어부(120)는, 상기 전류 측정값 ik, 상기 온도 측정값 Tk 또는 상기 예측된 충전 상태 SOCk,-에 의해 미리 정해진 우회 조건이 만족되는지 여부를 판정한다. 예컨대, 제어부(120)는, 상기 전류 측정값 ik이 미리 정해진 전류 범위(예, 20A 이하, 125A 이상 160A 이하) 내인 경우, 상기 온도 측정값 Tk이 미리 정해진 온도 범위(예, -15도 이하, 45도 이상) 내인 경우 또는 상기 예측된 충전 상태 SOCk,-가 미리 정해진 충전상태 범위(예, 0.08 이하, 0.93 이상) 내인 경우, 상기 우회 조건이 만족되는 것으로 판정한다. 상기 우회 조건이 만족되었다는 것은, 상기 전류 측정값 ik, 상기 온도 측정값 Tk 또는 상기 충전 상태 SOCk,-에 의해 배터리(20)의 단자 전압의 비선형성이 지나치게 높아질 수 있는 상황임을 뜻할 수 있다. 단계 S530의 결과가 "NO"인 경우, 제어부(120)는 보정 활성화 모드로 배터리(20)의 충전 상태를 추정한다. 단계 S530의 결과가 "YES"인 경우, 제어부(120)는 보정 비활성화 모드로 배터리(20)의 충전 상태를 추정한다. 후술할 단계 S540, S542, S544, S546는 보정 활성화 모드에서 제어부(120)에 의해 실행될 수 있는 단계들이고, 후술할 단계 S550, S552, S554는 보정 비활성화 모드에서 제어부(120)에 의해 실행될 수 있는 단계들이다.In step S530 , the controller 120 determines whether a predetermined bypass condition is satisfied by the current measured value i k , the temperature measured value T k or the predicted state of charge SOC k,− . For example, the control part 120, the current measured value k i in this case is within a predetermined current range (e. G., Less than 20A, more than 125A 160A), said temperature measurement value T k is a predetermined temperature range (e.g., -15 Fig. less than or equal to 45 degrees), or when the predicted state of charge SOC k,- is within a predetermined range of state of charge (eg, less than or equal to 0.08, greater than or equal to 0.93), it is determined that the bypass condition is satisfied. The fact that the bypass condition is satisfied may mean that the nonlinearity of the terminal voltage of the battery 20 may become excessively high due to the current measured value i k , the temperature measured value T k , or the state of charge SOC k,- have. When the result of step S530 is “NO”, the controller 120 estimates the state of charge of the battery 20 in the correction activation mode. When the result of step S530 is “YES”, the control unit 120 estimates the state of charge of the battery 20 in the correction deactivation mode. Steps S540, S542, S544, and S546 to be described below are steps that can be executed by the controller 120 in the correction activation mode, and steps S550, S552, and S554 to be described later are steps that can be executed by the controller 120 in the correction inactive mode admit.

단계 S540에서, 제어부(120)는, 칼만 게인 Kk을 산출한다. 이 경우, 제어부(120)는, 수식 5를 이용하여, 예측된 오차 공분산 행렬 Pk,-을 기초로, Kk을 산출할 수 있다.In step S540 , the control unit 120 calculates a Kalman gain K k . In this case, the controller 120 may calculate K k based on the predicted error covariance matrix P k,- using Equation 5 .

단계 S542에서, 제어부(120)는, 배터리(20)의 예측된 단자 전압을 나타내는 전압 예측값 Vk,-을 산출한다. 이 경우, 제어부(120)는, 수식 13을 이용하여, 예측된 내적 상태 xk,- 및 전류 측정값 Ik을 기초로, 전압 예측값 Vk,-을 산출할 수 있다.In step S542 , the controller 120 calculates a voltage predicted value V k,- representing the predicted terminal voltage of the battery 20 . In this case, the controller 120 may calculate the voltage predicted value V k,- based on the predicted internal product state x k ,- and the current measured value I k using Equation 13 .

단계 S544에서, 제어부(120)는, 칼만 게인 Kk, 전압 측정값 Vk 및 전압 예측값 Vk,-을 기초로, 예측된 내적 상태 xk,-를 보정한다. 즉, 제어부(120)는, 추정된 내적 상태 xk,+를 산출할 수 있다. 이 경우, 제어부(120)는, 수식 7(수식 13-15 참조)를 이용하여, 수식 1(수식 11 참조)에 의한 시간 업데이트의 결과인 SOCk,-를 보정함으로써, SOCk,+를 산출한다. SOCk,+는 시간 스텝 k의 추정된 내적 상태 xk,+의 성분들 중 하나인 배터리(20)의 충전 상태를 나타낸다. SOCk,+와 SOCk,-의 차이는, 시간 스텝 k의 Vk와 Vk,-의 차이와 칼만 게인 Kk 간의 곱에 대응한다. In step S544 , the controller 120 corrects the predicted inner product state x k,- based on the Kalman gain K k , the voltage measurement value V k , and the voltage predicted value V k,- . That is, the controller 120 may calculate the estimated inner product state x k,+ . In this case, the control unit 120 calculates SOC k,+ by correcting SOC k,- that is the result of the time update by Equation 1 (see Equation 11) using Equation 7 (see Equation 13-15). do. SOC k,+ represents the state of charge of the battery 20 which is one of the components of the estimated inner product state x k,+ of time step k. The difference between SOC k,+ and SOC k,- corresponds to the product between the difference between V k and V k,- of time step k and the Kalman gain K k.

단계 S546에서, 제어부(120)는, 예측된 오차 공분산 행렬 Pk,-을 보정한다. 이 경우, 제어부(120)는, 수식 8을 이용하여, 수식 2에 의한 시간 업데이트의 결과인 Pk,-를 보정함으로써, Pk,+를 산출할 수 있다. Pk,+는, 시간 스텝 k의 추정된 오차 공분산 행렬이다. Kk, xk,+ 및 Pk,+는 제어부(120)에 의해 메모리부(130)에 저장된다.In step S546, the control unit 120 corrects the predicted error covariance matrix P k,-. In this case, the controller 120 may calculate P k,+ by correcting P k,- that is the result of the time update according to Equation 2 using Equation 8. P k,+ is the estimated error covariance matrix of time step k. K k , x k,+ and P k,+ are stored in the memory unit 130 by the control unit 120 .

단계 S550에서, 제어부(120)는, 칼만 게인 Kk을 0으로 설정한다. 이에 따라, 단계 S540와는 달리, 수식 5를 이용한 칼만 게인 Kk의 산출은 생략된다. In step S550, the control unit 120 sets the Kalman gain K k to 0. Accordingly, unlike step S540, calculation of the Kalman gain K k using Equation 5 is omitted.

단계 S552에서, 제어부(120)는, 칼만 게인 Kk이 0으로 설정되는 것에 응답하여, 예측된 내적 상태 xk,-로부터 충전 상태와 분극 전압을 각각 추정한다. 즉, 제어부(120)는, 시간 스텝 k의 추정된 내적 상태 xk,+를 시간 스텝 k의 예측된 내적 상태 xk,-와 동일하게 설정한다. 즉, xk,+ = xk,-이다. 이는, 단계 S550에서 Kk을 0으로 설정됨에 따라, 수식 7(수식 15 참조)의 우변의 두번째 항인 Kk(yk - Vk,-) 역시 0이 되기 때문이다. 다시 말해, 전압 측정값 Vk은 내적 상태 xk,-의 보정에 영향을 끼칠 수 없게 됨에 따라, xk,+는 오로지 xk-1,+과 ik-1에 의해 결정된다.In step S552, the control unit 120 estimates the state of charge and the polarization voltage from the predicted inner product state x k,- in response to the Kalman gain K k being set to 0, respectively. That is, the control unit 120 sets the estimated inner product state x k,+ of the time step k equal to the predicted inner product state x k,- of the time step k. That is, x k,+ = x k,- . This is because, as K k is set to 0 in step S550, the second term on the right side of Equation 7 (refer to Equation 15), K k (y k - V k,- ), also becomes 0. In other words, since the voltage measurement V k cannot influence the correction of the inner product state x k,- , x k,+ is determined solely by x k-1,+ and i k-1 .

단계 S554에서, 제어부(120)는, 칼만 게인 Kk이 0으로 설정되는 것에 응답하여, 예측된 오차 공분산 행렬 Pk,-을 초기 오차 공분산 행렬 P0과 동일하게 초기화한다. 초기 공분산 행렬 P0은, 미리 정해진 것일 수 있다. 또는, 초기 공분산 행렬 P0은, 가장 최근에 보정된 오차 공분산 행렬 Pm,+(기호 m은 k보다 작은 정수)일 수도 있다. 수식 2와 수식 8을 참조하면, 칼만 게인 Kk이 계속적으로 0으로 설정되는 경우, 스텝수 k가 증가함에 따라 Pk,+의 행렬 성분들이 과도하게 증가해버릴 우려가 있다. 따라서, 단계 S554를 실행함으로써, Pk,+의 행렬 성분들의 과도한 증가를 억제할 수 있다.In step S554 , the controller 120 initializes the predicted error covariance matrix P k,- to be equal to the initial error covariance matrix P 0 in response to the Kalman gain K k being set to 0 . The initial covariance matrix P 0 may be predetermined. Alternatively, the initial covariance matrix P 0 may be the most recently corrected error covariance matrix P m,+ (symbol m is an integer less than k). Referring to Equations 2 and 8, when the Kalman gain K k is continuously set to 0, there is a fear that matrix components of P k,+ may excessively increase as the number of steps k increases. Accordingly, by executing step S554, it is possible to suppress an excessive increase in matrix components of P k,+ .

단계 S560에서, 제어부(120)는, 추정된 충전 상태 SOCk,+를 나타내는 데이터를 통신부(140)에게 출력한다. 이에 따라, 통신부(140)를 통해, 시간 스텝 k의 추정된 충전 상태 SOCk,+를 나타내는 통지 신호가 외부 디바이스(예, 차량측 컨트롤러)에게 전송될 수 있다.In step S560 , the control unit 120 outputs data representing the estimated state of charge SOC k,+ to the communication unit 140 . Accordingly, a notification signal indicating the estimated state of charge SOC k,+ of the time step k may be transmitted to an external device (eg, a vehicle-side controller) through the communication unit 140 .

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리(20)의 충전 상태를 추정하는 방법에 대한 순서도이다. 도 6의 방법은 배터리(20)의 충방전이 진행되는 동안 소정 시간 Δt마다 반복적으로 실행될 수 있다.6 is a flowchart of a method for estimating the state of charge of the battery 20 according to another embodiment of the present invention. The method of FIG. 6 may be repeatedly executed every predetermined time Δt while charging and discharging of the battery 20 is in progress.

도 6을 참조하면, 단계 S600에서, 제어부(120)는, 메모리부(130)로부터 이전의 전류 측정값 ik-1, 이전의 온도 측정값 Tk-1 및 이전의 내적 상태 xk-1,+를 획득한다. 이전의 전류 측정값 ik-1은, 시간 스텝 k-1에서 센싱부(110)에 의해 측정된 배터리(20)의 전류의 방향과 크기를 나타내는 것이다. 상기 온도 측정값 Tk-1은, 시간 스텝 k-1에서 센싱부(110)에 의해 측정된 배터리(20)의 온도를 나타내는 것이다. 상기 이전의 내적 상태 xk-1,+는, 시간 스텝 k-1의 추정된 충전 상태 SOCk-1,+와 추정된 분극 전압 V1k-1,+을 포함한다.Referring to FIG. 6 , in step S600 , the control unit 120 , the previous current measurement value i k-1 , the previous temperature measurement value T k-1 , and the previous internal product state x k-1 from the memory unit 130 . , + is obtained. The previous current measurement value i k-1 indicates the direction and magnitude of the current of the battery 20 measured by the sensing unit 110 at time step k-1. The temperature measurement value T k-1 represents the temperature of the battery 20 measured by the sensing unit 110 at time step k-1. Said previous dot product state x k-1,+ comprises an estimated state of charge SOC k-1,+ of time step k-1 and an estimated polarization voltage V1 k-1,+ .

단계 S610에서, 제어부(120)는, 배터리(20)의 내적 상태와 오차 공분산 행렬을 예측한다. 구체적으로, 제어부(120)는, 수식 11을 이용하여 이전의 내적 상태 xk-1,+를 시간 업데이트함으로써, SOCk,- 및 V1k,-을 포함하는 예측된 내적 상태 xk,-를 산출한다. SOCk,-은 시간 스텝 k의 예측된 충전 상태고, V1k,-은 시간 스텝 k의 예측된 분극 전압이다. 또한, 제어부(120)는, 수식 2를 이용하여 Pk-1,+을 시간 업데이트함으로써, Pk,-를 산출한다. Pk,-는, 시간 스텝 k의 예측된 오차 공분산 행렬이다. 단계 S620에서 실행된 시간 업데이트의 결과로서 얻어지는 SOCk,-, V1k,- 및 Pk,-는 제어부(120)에 의해 메모리부(130)에 저장된다.In step S610 , the controller 120 predicts the dot product state and the error covariance matrix of the battery 20 . Specifically, the control unit 120 time-updates the previous inner product state x k-1,+ using Equation 11 to obtain the predicted inner product state x k,- including SOC k,- and V1 k,- Calculate. SOC k,- is the predicted state of charge at time step k, and V1 k,- is the predicted polarization voltage at time step k. In addition, the control unit 120 calculates P k,- by timely updating P k-1,+ using Equation 2 . P k,- is the predicted error covariance matrix of time step k. SOC k,- , V1 k,- and P k,- obtained as a result of the time update executed in step S620 are stored in the memory unit 130 by the control unit 120 .

단계 S620에서, 제어부(120)는, 센싱부(110)로부터의 센싱 신호를 기초로, 전압 측정값 Vk, 전류 측정값 ik 및 온도 측정값 Tk을 결정한다. 전압 측정값 Vk, 전류 측정값 ik 및 온도 측정값 Tk은, 시간 스텝 k에서 개별적으로 측정된 단자 전압, 전류 및 온도에 대응한다. 제어부(120)는, 전압 측정값 Vk, 전류 측정값 ik 및 온도 측정값 Tk을 메모리부(130)에 저장할 수 있다.In step S620 , the controller 120 determines a voltage measurement value V k , a current measurement value i k , and a temperature measurement value T k based on the sensing signal from the sensing unit 110 . The voltage measurement V k , the current measurement value i k and the temperature measurement value T k correspond to the respectively measured terminal voltage, current and temperature at time step k. The controller 120 may store the voltage measurement value V k , the current measurement value i k , and the temperature measurement value T k in the memory unit 130 .

단계 S630에서, 제어부(120)는, 상기 전류 측정값 ik, 상기 온도 측정값 Tk 또는 상기 예측된 충전 상태 SOCk,-에 의해 미리 정해진 우회 조건이 만족되는지 여부를 판정한다. 예컨대, 제어부(120)는, 상기 전류 측정값 ik이 미리 정해진 전류 범위(예, 20A 이하, 125A 이상 160A 이하) 내인 경우, 상기 온도 측정값 Tk이 미리 정해진 온도 범위(예, -15도 이하, 45도 이상) 내인 경우 또는 상기 예측된 충전 상태 SOCk,-가 미리 정해진 충전상태 범위(예, 0.08 이하, 0.93 이상) 내인 경우, 상기 우회 조건이 만족되는 것으로 판정한다. 상기 우회 조건이 만족되었다는 것은, 상기 전류 측정값 ik, 상기 온도 측정값 Tk 또는 상기 충전 상태 SOCk,-에 의해 배터리(20)의 단자 전압의 비선형성이 지나치게 높아질 수 있는 상황임을 뜻할 수 있다. 단계 S630의 결과가 "YES"인 경우, 단계 S632가 실행된다.In step S630 , the controller 120 determines whether a predetermined bypass condition is satisfied by the current measured value i k , the temperature measured value T k , or the predicted state of charge SOC k,− . For example, the control part 120, the current measured value k i in this case is within a predetermined current range (e. G., Less than 20A, more than 125A 160A), said temperature measurement value T k is a predetermined temperature range (e.g., -15 Fig. less than or equal to 45 degrees), or when the predicted state of charge SOC k,- is within a predetermined range of state of charge (eg, less than or equal to 0.08, greater than or equal to 0.93), it is determined that the bypass condition is satisfied. The fact that the bypass condition is satisfied may mean that the nonlinearity of the terminal voltage of the battery 20 may become excessively high due to the current measured value i k , the temperature measured value T k , or the state of charge SOC k,- have. If the result of step S630 is &quot;YES&quot;, step S632 is executed.

단계 S632에서, 제어부(120)는, 타임 카운트가 임계 카운트 미만인지 여부를 판정한다. 단계 S630의 결과가 "NO"인 경우 또는 단계 S632의 결과가 "NO"인 경우, 제어부(120)는 보정 활성화 모드로 배터리(20)의 충전 상태를 추정한다. 단계 S630의 결과와 단계 S632의 결과가 모두 "YES"인 경우, 제어부(120)는 보정 비활성화 모드로 배터리(20)의 충전 상태를 추정한다. 후술할 단계 S640, S642, S644, S646, S648는 보정 활성화 모드에서 제어부(120)에 의해 실행될 수 있는 단계들이고, 후술할 단계 S650, S652, S654, S656는 보정 비활성화 모드에서 제어부(120)에 의해 실행될 수 있는 단계들이다.In step S632, the control unit 120 determines whether the time count is less than a threshold count. When the result of step S630 is “NO” or when the result of step S632 is “NO”, the controller 120 estimates the state of charge of the battery 20 in the correction activation mode. When both the result of step S630 and the result of step S632 are "YES", the control unit 120 estimates the state of charge of the battery 20 in the correction deactivation mode. Steps S640, S642, S644, S646, and S648 to be described later are steps that can be executed by the controller 120 in the correction activation mode, and steps S650, S652, S654, and S656 to be described later are performed by the controller 120 in the correction inactivation mode. These are steps that can be implemented.

타임 카운트가 임계 카운트 이상이라는 것은, 장기간(예, 10분 이상)에 걸쳐 전류 적산(수식 11 참조)에만 기초하여 충전 상태가 추정됨에 따라, 전류 적산에 에 따른 충전 상태 오차가 등가 회로 모델(30)의 부정확도에 따른 충전 상태 오차보다 커졌을 가능성이 매우 높음을 의미한다. 따라서, 단계 S630의 결과가 "YES"이더라도 단계 S632의 결과가 "NO"이면, 보정 비활성화 모드 대신에 보정 활성화 모드에서 배터리(20)의 충전 상태를 추정함으로써, 전류 적산만에 기초하여 추정된 충전 상태 오차가 지나치게 증가하는 현상을 억제할 수 있다.That the time count is equal to or greater than the threshold count means that the state of charge is estimated based only on the current integration (see Equation 11) over a long period of time (eg, 10 minutes or more), so the state of charge error according to the current integration is calculated using the equivalent circuit model (30) ) means that it is highly likely to be larger than the state of charge error caused by the inaccuracy of ). Therefore, if the result of step S632 is “NO” even if the result of step S630 is “YES”, then by estimating the state of charge of the battery 20 in the correction activation mode instead of the correction deactivation mode, the charging estimated based on current integration only A phenomenon in which the state error increases excessively can be suppressed.

단계 S640에서, 제어부(120)는, 칼만 게인 Kk을 산출한다. 이 경우, 제어부(120)는, 수식 5를 이용하여, 예측된 오차 공분산 행렬 Pk,-을 기초로, Kk을 산출할 수 있다.In step S640 , the control unit 120 calculates a Kalman gain K k . In this case, the controller 120 may calculate K k based on the predicted error covariance matrix P k,- using Equation 5 .

단계 S642에서, 제어부(120)는, 배터리(20)의 예측된 단자 전압을 나타내는 전압 예측값 Vk,-을 산출한다. 이 경우, 제어부(120)는, 수식 13을 이용하여, 예측된 내적 상태 xk,- 및 전류 측정값 Ik을 기초로, 전압 예측값 Vk,-을 산출할 수 있다.In step S642 , the controller 120 calculates a voltage predicted value V k,- representing the predicted terminal voltage of the battery 20 . In this case, the controller 120 may calculate the voltage predicted value V k,- based on the predicted internal product state x k ,- and the current measured value I k using Equation 13 .

단계 S644에서, 제어부(120)는, 칼만 게인 Kk, 전압 측정값 Vk 및 전압 예측값 Vk,-을 기초로, 예측된 내적 상태 xk,-를 보정한다. 즉, 제어부(120)는, 추정된 내적 상태 xk,+를 산출할 수 있다. 이 경우, 제어부(120)는, 수식 7(수식 13-15 참조)를 이용하여, 수식 1(수식 11 참조)에 의한 시간 업데이트의 결과인 SOCk,-를 보정함으로써, SOCk,+를 산출한다. SOCk,+는 시간 스텝 k의 추정된 내적 상태 xk,+의 성분들 중 하나인 배터리(20)의 충전 상태를 나타낸다. SOCk,+와 SOCk,-의 차이는, 시간 스텝 k의 Vk와 Vk,-의 차이와 칼만 게인 Kk 간의 곱에 대응한다. In step S644 , the controller 120 corrects the predicted inner product state x k,- based on the Kalman gain K k , the voltage measurement value V k , and the voltage predicted value V k,- . That is, the controller 120 may calculate the estimated inner product state x k,+ . In this case, the control unit 120 calculates SOC k,+ by correcting SOC k,- that is the result of the time update by Equation 1 (see Equation 11) using Equation 7 (see Equation 13-15). do. SOC k,+ represents the state of charge of the battery 20 which is one of the components of the estimated inner product state x k,+ of time step k. The difference between SOC k,+ and SOC k,- corresponds to the product between the difference between V k and V k,- of time step k and the Kalman gain K k.

단계 S646에서, 제어부(120)는, 예측된 오차 공분산 행렬 Pk,-을 보정한다. 이 경우, 제어부(120)는, 수식 8을 이용하여, 수식 2에 의한 시간 업데이트의 결과인 Pk,-를 보정함으로써, Pk,+를 산출할 수 있다. Pk,+는, 시간 스텝 k의 추정된 오차 공분산 행렬이다. Kk, xk,+ 및 Pk,+는 제어부(120)에 의해 메모리부(130)에 저장된다.In step S646, the control unit 120 corrects the predicted error covariance matrix P k,-. In this case, the controller 120 may calculate P k,+ by correcting P k,- that is the result of the time update according to Equation 2 using Equation 8. P k,+ is the estimated error covariance matrix of time step k. K k , x k,+ and P k,+ are stored in the memory unit 130 by the control unit 120 .

단계 S648에서, 제어부(120)는, 타임 카운트를 미리 정해진 초기값과 동일하게 초기화한다.In step S648, the control unit 120 initializes the time count to be equal to a predetermined initial value.

단계 S650에서, 제어부(120)는, 칼만 게인 Kk을 0으로 설정한다. 이에 따라, 단계 S640와는 달리, 수식 5를 이용한 칼만 게인 Kk의 산출은 생략된다. In step S650, the control unit 120 sets the Kalman gain K k to 0. Accordingly, unlike step S640, calculation of the Kalman gain K k using Equation 5 is omitted.

단계 S652에서, 제어부(120)는, 칼만 게인 Kk이 0으로 설정되는 것에 응답하여, 예측된 내적 상태 xk,-로부터 충전 상태와 분극 전압을 각각 추정한다. 즉, 제어부(120)는, 시간 스텝 k의 추정된 내적 상태 xk,+를 시간 스텝 k의 예측된 내적 상태 xk,-와 동일하게 설정한다. 즉, xk,+ = xk,-이다. 이는, 단계 S650에서 Kk을 0으로 설정됨에 따라, 수식 7(수식 15 참조)의 우변의 두번째 항인 Kk(yk - Vk,-) 역시 0이 되기 때문이다. 다시 말해, 전압 측정값 Vk은 내적 상태 xk,-의 보정에 영향을 끼칠 수 없게 됨에 따라, xk,+는 오로지 xk-1,+과 ik-1에 의해 결정된다.In step S652, the controller 120 estimates the state of charge and the polarization voltage from the predicted inner product state x k,- in response to the Kalman gain K k being set to 0, respectively. That is, the control unit 120 sets the estimated inner product state x k,+ of the time step k equal to the predicted inner product state x k,- of the time step k. That is, x k,+ = x k,- . This is because, as K k is set to 0 in step S650, the second term K k (y k - V k,- ) of the right side of Equation 7 (see Equation 15) also becomes 0. In other words, since the voltage measurement V k cannot influence the correction of the inner product state x k,- , x k,+ is determined solely by x k-1,+ and i k-1 .

단계 S654에서, 제어부(120)는, 칼만 게인 Kk이 0으로 설정되는 것에 응답하여, 예측된 오차 공분산 행렬 Pk,-을 초기 오차 공분산 행렬 P0과 동일하게 초기화한다. 초기 공분산 행렬 P0은, 미리 정해진 것일 수 있다. 또는, 초기 공분산 행렬 P0은, 가장 최근에 보정된 오차 공분산 행렬 Pm,+(기호 m은 k보다 작은 정수)일 수도 있다. 수식 2와 수식 8을 참조하면, 칼만 게인 Kk이 계속적으로 0으로 설정되는 경우, 스텝수 k가 증가함에 따라 Pk,+의 행렬 성분들이 과도하게 증가해버릴 우려가 있다. 따라서, 단계 S654를 실행함으로써, Pk,+의 행렬 성분들의 과도한 증가를 억제할 수 있다.In step S654 , the controller 120 initializes the predicted error covariance matrix P k,- to be equal to the initial error covariance matrix P 0 in response to the Kalman gain K k being set to 0 . The initial covariance matrix P 0 may be predetermined. Alternatively, the initial covariance matrix P 0 may be the most recently corrected error covariance matrix P m,+ (symbol m is an integer less than k). Referring to Equations 2 and 8, when the Kalman gain K k is continuously set to 0, there is a fear that matrix components of P k,+ may excessively increase as the number of steps k increases. Therefore, by executing step S654, it is possible to suppress an excessive increase in matrix components of P k,+ .

단계 S646에서, 제어부(120)는, 타임 카운트를 미리 정해진 소정값만큼 증가시킨다.In step S646, the control unit 120 increments the time count by a predetermined value.

단계 S660에서, 제어부(120)는, 추정된 충전 상태 SOCk,+를 나타내는 데이터를 통신부(140)에게 출력한다. 이에 따라, 통신부(140)를 통해, 시간 스텝 k의 추정된 충전 상태 SOCk,+를 나타내는 통지 신호가 외부 디바이스(예, 차량측 컨트롤러)에게 전송될 수 있다.In step S660 , the control unit 120 outputs data indicating the estimated state of charge SOC k,+ to the communication unit 140 . Accordingly, a notification signal indicating the estimated state of charge SOC k,+ of the time step k may be transmitted to an external device (eg, a vehicle-side controller) through the communication unit 140 .

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치(100) 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. The embodiment of the present invention described above is not implemented only through the apparatus 100 and the method, and may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded. And, such an implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs from the description of the above-described embodiment.

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.In the above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and will be described below with the technical idea of the present invention by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims.

또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다. In addition, since the present invention described above is capable of various substitutions, modifications and changes within the scope that does not depart from the technical spirit of the present invention for those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, the above-described embodiments and attachments It is not limited by the illustrated drawings, and all or part of each embodiment may be selectively combined and configured so that various modifications may be made.

10: 배터리팩
20: 배터리
100: 배터리 충전 상태 추정 장치
110: 센싱부
120: 제어부
130: 메모리부
140: 통신부
10: battery pack
20: battery
100: battery state of charge estimation device
110: sensing unit
120: control unit
130: memory unit
140: communication department

Claims (12)

확장 칼만 필터를 이용하여, 배터리의 충전 상태를 추정하기 위한 장치에 있어서,
상기 배터리의 단자 전압, 전류 및 온도를 측정하고, 측정된 단자 전압, 전류 및 온도를 나타내는 센싱 신호를 출력하는 센싱부; 및
상기 확장 칼만 필터를 실행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 센싱부에 동작 가능하게 결합되는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는, 소정 시간 단위로 1씩 증가하는 시간 스텝마다,
상기 배터리의 내적 상태 및 오차 공분산 행렬을 예측하되, 상기 예측된 내적 상태는 상기 배터리의 충전 상태 및 분극 전압 각각의 예측값을 포함하고,
상기 센싱 신호를 기초로 상기 측정된 단자 전압, 상기 측정된 전류 및 상기 측정된 온도에 대응하는 전압 측정값, 전류 측정값 및 온도 측정값을 결정하고,
상기 전류 측정값, 상기 온도 측정값 또는 이전 시간 스텝에서 결정된 상기 충전 상태의 추정값에 의해 미리 정해진 우회 조건이 만족되는지 여부를 판정하고,
상기 우회 조건이 만족되고 타임 카운트가 미리 정해진 임계 카운트 미만인 경우, 보정 비활성화 모드에서, 상기 확장 칼만 필터의 칼만 게인을 0으로 설정하고, 상기 칼만 게인이 0으로 설정되는 것에 응답하여, 상기 예측된 내적 상태에 포함된 상기 배터리의 충전 상태 및 분극 전압 각각의 상기 예측값과 동일하게 상기 충전 상태와 상기 분극 전압 각각의 추정값을 결정하고, 상기 타임 카운트를 소정값 증가시키는, 배터리 충전 상태 추정 장치.
An apparatus for estimating a state of charge of a battery using an extended Kalman filter, the apparatus comprising:
a sensing unit that measures the terminal voltage, current, and temperature of the battery and outputs a sensing signal indicating the measured terminal voltage, current, and temperature; and
a control unit including at least one processor configured to execute the extended Kalman filter and operatively coupled to the sensing unit;
The control unit, for each time step that increases by 1 in a predetermined time unit,
Predicting an inner product state and an error covariance matrix of the battery, wherein the predicted inner product state includes predicted values of each of a state of charge and a polarization voltage of the battery,
determining a voltage measurement value, a current measurement value, and a temperature measurement value corresponding to the measured terminal voltage, the measured current, and the measured temperature based on the sensing signal;
determine whether a predetermined bypass condition is satisfied by the current measurement value, the temperature measurement value, or the estimated value of the state of charge determined in a previous time step;
When the bypass condition is satisfied and the time count is less than a predetermined threshold count, in a correction deactivation mode, the Kalman gain of the extended Kalman filter is set to zero, and in response to the Kalman gain being set to zero, the predicted dot product The apparatus for estimating a state of charge of a battery, wherein the estimated values of the state of charge and the polarization voltage are determined to be the same as the predicted values of each of the state of charge and the polarization voltage of the battery included in the state, and the time count is increased by a predetermined value.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 우회 조건이 만족되지 않는 경우, 보정 활성화 모드로 상기 배터리의 충전 상태의 추정값을 결정하되,
상기 보정 활성화 모드에서, 상기 예측된 오차 공분산 행렬을 기초로, 상기 칼만 게인을 산출하고, 상기 예측된 내적 상태 및 상기 전류 측정값을 기초로, 상기 배터리의 예측된 단자 전압을 나타내는 전압 예측값을 산출하고, 상기 전압 예측값, 상기 전압 측정값 및 상기 칼만 게인을 기초로 상기 예측된 내적 상태에 포함된 상기 배터리의 충전 상태 및 분극 전압 각각의 예측값을 보정한 결과로부터 상기 충전 상태와 상기 분극 전압 각각의 추정값을 결정하고, 상기 칼만 게인을 기초로, 상기 예측된 오차 공분산 행렬을 보정하는, 배터리 충전 상태 추정 장치.
According to claim 1,
The control unit is
If the bypass condition is not satisfied, determining an estimate of the state of charge of the battery in a correction activation mode,
In the calibration activation mode, the Kalman gain is calculated based on the predicted error covariance matrix, and a voltage prediction value representing the predicted terminal voltage of the battery is calculated based on the predicted dot product state and the current measurement value And, each of the state of charge and the polarization voltage from the result of correcting the predicted values of the state of charge and the polarization voltage of the battery included in the predicted inner product state based on the voltage predicted value, the voltage measured value, and the Kalman gain determining an estimated value and correcting the predicted error covariance matrix based on the Kalman gain.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전류 측정값이 미리 정해진 전류 범위 내인 경우, 상기 온도 측정값이 미리 정해진 온도 범위 내인 경우 또는 상기 이전 시간 스텝에서 결정된 상기 충전 상태의 추정값이 미리 정해진 충전 상태 범위 내인 경우, 상기 우회 조건이 만족된 것으로 판정하는, 배터리 충전 상태 추정 장치.
According to claim 1,
The control unit is
When the current measurement value is within a predetermined current range, when the temperature measurement value is within a predetermined temperature range, or when the estimated value of the state of charge determined at the previous time step is within a predetermined state of charge range, the bypass condition is satisfied A device for estimating a state of charge of a battery that determines that it is.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 보정 비활성화 모드에서, 상기 칼만 게인이 0으로 설정되는 것에 응답하여, 상기 예측된 오차 공분산 행렬을 초기 오차 공분산 행렬과 동일하게 초기화하는, 배터리 충전 상태 추정 장치.
According to claim 1,
The control unit is
In the calibration deactivation mode, in response to the Kalman gain being set to 0, the predicted error covariance matrix is initialized to be equal to an initial error covariance matrix.
제4항에 있어서,
상기 초기 오차 공분산 행렬은,
미리 정해진 행렬 또는 가장 최근에 보정된 오차 공분산 행렬인, 배터리 충전 상태 추정 장치.
5. The method of claim 4,
The initial error covariance matrix is
An apparatus for estimating a state of charge of a battery, which is a predetermined matrix or a most recently corrected error covariance matrix.
삭제delete 제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 보정 활성화 모드로 상기 배터리의 충전 상태의 추정값이 결정된 경우, 상기 타임 카운트를 미리 정해진 초기값과 동일하게 초기화하는, 배터리 충전 상태 추정 장치.
3. The method of claim 2,
The control unit is
When the estimated value of the state of charge of the battery is determined in the correction activation mode, the time count is initialized to be equal to a predetermined initial value.
제1항에 있어서,
상기 추정된 충전 상태를 나타내는 통지 신호를 미리 정해진 통신 규칙에 따라 외부 디바이스에게 전송하도록 구성된 통신부;
를 더 포함하는, 배터리 충전 상태 추정 장치.
According to claim 1,
a communication unit configured to transmit a notification signal indicating the estimated state of charge to an external device according to a predetermined communication rule;
Further comprising, a battery state of charge estimation device.
제1항 내지 제5항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 충전 상태 추정 장치;
를 포함하는, 배터리팩.
The apparatus for estimating the state of charge of the battery according to any one of claims 1 to 5, 7 and 8;
A battery pack comprising a.
확장 칼만 필터를 이용하여, 배터리의 충전 상태를 추정하기 위해 소정 시간 단위로 1씩 증가하는 시간 스텝마다 실행되는 방법에 있어서,
상기 확장 칼만 필터를 실행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 제어부가, 상기 배터리의 충전 상태와 분극 전압을 포함하는 내적 상태 및 오차 공분산 행렬을 예측하는 단계로서, 상기 예측된 내적 상태는 상기 배터리의 충전 상태 및 분극 전압 각각의 예측값을 포함하는 단계;
상기 제어부가, 상기 배터리에 전기적으로 연결된 센싱부에 의해 출력된 센싱 신호를 기초로, 상기 센싱부에 의해 측정된 상기 배터리의 단자 전압, 전류 및 온도에 대응하는 전압 측정값, 전류 측정값 및 온도 측정값을 결정하는 단계;
상기 제어부가, 상기 전류 측정값, 상기 온도 측정값 또는 이전 시간 스텝에서 결정된 상기 충전 상태의 추정값에 의해 미리 정해진 우회 조건이 만족되는지 여부를 판정하는 단계; 및
상기 제어부가, 상기 우회 조건이 만족되고 타임 카운트가 미리 정해진 임계 카운트 미만인 경우, 보정 비활성화 모드로 상기 배터리의 충전 상태를 추정하는 단계;를 포함하되,
상기 보정 비활성화 모드로 상기 배터리의 충전 상태를 추정하는 단계는,
칼만 게인을 0으로 설정하는 단계; 및
상기 칼만 게인이 0으로 설정되는 것에 응답하여, 상기 예측된 내적 상태에 포함된 상기 배터리의 충전 상태 및 분극 전압 각각의 상기 예측값과 동일하게 상기 충전 상태와 상기 분극 전압 각각의 추정값을 결정하는 단계; 및
상기 타임 카운트를 소정값 증가시키는 단계를 포함하는, 배터리 충전 상태 추정 방법.
A method for estimating a state of charge of a battery using an extended Kalman filter, the method comprising:
Predicting, by a control unit including at least one processor configured to execute the extended Kalman filter, an inner product state and an error covariance matrix including a state of charge and a polarization voltage of the battery, wherein the predicted inner product state of the battery including a predicted value of each of the state of charge and the polarization voltage;
The control unit, based on the sensing signal output by the sensing unit electrically connected to the battery, the voltage measurement value, the current measurement value and the temperature corresponding to the terminal voltage, current and temperature of the battery measured by the sensing unit determining a measurement value;
determining, by the control unit, whether a predetermined bypass condition is satisfied by the current measured value, the temperature measured value, or the estimated value of the state of charge determined in a previous time step; and
estimating, by the control unit, the state of charge of the battery in a correction deactivation mode when the bypass condition is satisfied and the time count is less than a predetermined threshold count;
The step of estimating the state of charge of the battery in the correction deactivation mode,
setting the Kalman gain to zero; and
in response to the Kalman gain being set to zero, determining an estimated value of each of the state of charge and the polarization voltage to be the same as the predicted values of each of the state of charge and the polarization voltage of the battery included in the predicted inner product state; and
and increasing the time count by a predetermined value.
제10항에 있어서,
상기 보정 비활성화 모드로 상기 배터리의 충전 상태를 추정하는 단계는,
상기 제어부가, 상기 칼만 게인이 0으로 설정되는 것에 응답하여, 상기 예측된 오차 공분산 행렬을 초기 오차 공분산 행렬과 동일하게 초기화하는 단계;
를 더 포함하는, 배터리 충전 상태 추정 방법.
11. The method of claim 10,
The step of estimating the state of charge of the battery in the calibration deactivation mode,
initializing, by the controller, the predicted error covariance matrix to be the same as an initial error covariance matrix in response to the Kalman gain being set to 0;
Further comprising, a method of estimating a battery state of charge.
제11항에 있어서,
상기 초기 오차 공분산 행렬은,
미리 정해진 행렬 또는 가장 최근에 보정된 오차 공분산 행렬인, 배터리 충전 상태 추정 방법.
12. The method of claim 11,
The initial error covariance matrix is
A method for estimating the state of charge of a battery, which is a predetermined matrix or a most recently corrected error covariance matrix.
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