KR102616824B1

KR102616824B1 - 배터리 충전상태 추정 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR102616824B1
Application number: KR1020150175303A
Authority: KR
Inventors: 최진홍
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2023-12-21
Also published as: KR20170068283A; KR20230175164A

Abstract

본 발명은 배터리 충전상태 추정 장치 및 그 방법에 관한 발명이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전상태 추정 장치는, 배터리의 전압 및 상기 배터리의 온도를 측정하는 센싱부; 상기 배터리의 충전 또는 방전된 전류의 양을 측정하고 적산전류(이하 Cacm 라고 한다)를 도출하는 전류 적산부; 상기 배터리의 온도에 따른 충전 불가 용량(Charge Dead Capacity, 이하 CDC라고 한다), 방전 불가 용량(Discharge Dead Capacity, 이하 DDC라고 한다) 및 충전 가능한 전기 용량(이하 Cavail 라고 한다)을 조회하는 파라미터 조회부; 및 상기 센싱부에서 측정된 온도를 바탕으로 상기 파라미터 조회부에서 CDC, DDC 및 Cavail을 조회하고, 상기 조회된 CDC, DDC 및 Cavail과 상기 전류 적산부에서 도출된 Cacm을 바탕으로 상기 배터리의 충전상태를 도출하는 충전상태 추정부;를 포함할 수 있다.

Description

배터리 충전상태 추정 장치 및 그 방법{State of charge(SOC) estimation device for battery and method thereof}

본 발명은 배터리 충전상태 추정 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 배터리의 온도에 따른 특성 변화를 고려하여 상기 배터리의 충전상태를 추정하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

종래에 엔진에 의한 구동이나 회생에 의하여 발전을 행하는 발전기와, 배터리로부터의 전력에 의하여 작동하여 구동륜을 구동하는 모터를 가지는 하이브리드 전기자동차나 이 하이브리드 자동차를 포함하는 전기자동차에는, 니켈수소전지나 리튬 이온 전지 등의 모터 구동용 2차 전지(이하 배터리(battery)라고 한다)가 사용되고 있다.

상기 배터리의 충전상태를 나타내는 양의 하나로서 SOC(state of charge)가 있다. 예를 들어서, 만충전 상태를 SOC가 100%라 나타내고, 한편 SOC가 O%인 경우는 충전량이 제로상태인 것을 나타낸다.

또한 배터리의 개방전압(Open Circuit Voltage: 이하 OCV라고 한다)과 SOC는 1대 1의 대응관계가 성립되어 있다. 따라서 배터리의 개방전압(OCV)을 계측 또는 추정하여, OCV-SOC 상관으로부터 개방전압(OCV)에 대응되는 SOC를 구할 수 있다.

상기 배터리의 충전상태(SOC)는, 차량의 주행상태(예를 들면, 발진, 통상주행, 가속, 감속 등)나 차량용 부하(스톱램프, 헤드램프, 와이퍼, 전동팬 등)에 의하여 변동하기 때문에, 배터리의 사용 중에 SOC를 추정할 필요가 있다.

종래의 배터리 SOC 추정 장치는 상기 배터리의 전류(충방전 전류)치를 적산하고, 이를 바탕으로 SOC를 추정하였다.

일 예로, 실측된 개방 전압을 통하여 OCV 값을 구하여 초기 SOC를 추정하고, 차회부터 전압과 실측 전류로부터 내부 저항을 추정하여 이것으로부터 전류를 추정한 다음 전류 적산을 통해 SOC를 지속적으로 추정하는 방법이 있다.

이러한 방식은 전류 적산 방식이기는 하나, 이것은 실제 전류 센서에 의해 센싱된 실측 전류값으로 SOC를 추정한 것이 아니며, 배터리 내부 저항값으로 전류치를 추정하여 이 추정된 전류치를 토대로 전류 적산을 적용하였기에 정확한 내부 저항값을 구하지 못할 경우에는 잘못된 SOC 값을 추정할 수 있다.

특히, 종래의 방식은 온도 변화를 SOC 추정에 반영하지 못하였다. 배터리는 그 화학적 특성 때문에 온도에 따라서 특성 값이 변하게 되므로, 온도 변화를 무시하고 배터리의 상태 값을 측정하면 그것을 실제 배터리의 상태를 정확하게 반영하지 못할 수 있다.

따라서, 배터리의 온도를 고려한 배터리 SOC 추정 기술의 제공이 요구 된다.

한국공개특허 제2014-0093552호

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리의 온도를 고려하여 상기 배터리의 충전 상태를 추정하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전상태 추정 장치는, 배터리의 전압 및 상기 배터리의 온도를 측정하는 센싱부; 상기 배터리의 충전 또는 방전된 전류의 양을 측정하고 적산전류(이하 Cacm 라고 한다)를 도출하는 전류 적산부; 상기 배터리의 온도에 따른 충전 불가 용량(Charge Dead Capacity, 이하 CDC라고 한다), 방전 불가 용량(Discharge Dead Capacity, 이하 DDC라고 한다) 및 충전 가능한 전기 용량(이하 Cavail 라고 한다)을 조회하는 파라미터 조회부; 및 상기 센싱부에서 측정된 온도를 바탕으로 상기 파라미터 조회부에서 CDC, DDC 및 Cavail을 조회하고, 상기 조회된 CDC, DDC 및 Cavail과 상기 전류 적산부에서 도출된 Cacm을 바탕으로 상기 배터리의 충전상태를 도출하는 충전상태 추정부;를 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른, 배터리 충전상태 추정 방법은, 배터리의 상태가 안정화 되었는지 판단하는 단계; 상기 배터리의 상태가 안정화 된 것으로 판단된 경우, 상기 배터리의 온도 및 OCV(Open Circuit Voltage) 를 측정하는 단계; 상기 태터리의 상태가 안정화 되지 않을 것으로 판단된 경우, 상기 배터리의 가장 최근의 SOC를 조회하는 단계; 상기 측정된 온도 및 OCV 또는 상기 조회된 SOC를 바탕으로, 상기 배터리의 SOC를 초기화하는 단계; 배터리의 전압, 전류 및 온도가 측정되는 단계; 상기 배터리의 전류를 적산하여 Cacm이 도출되는 단계; 상기 측정된 전압, 전류 및 온도를 바탕으로 CDC, DDC 및 Cavail이 조회되는 단계; 및 상기 조회된 CDC, DDC 및 Cavail을 바탕으로, 상기 배터리의 SOC가 추정되는 단계;를 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 온도에 따라 변하는 배터리의 특성을 바탕으로 상기 배터리의 충전상태를 보다 정확하게 추정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 SOC와 OCV의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 온도에 따른 용량과 전압의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 온도와 용량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전상태를 판단하기 위한 파라미터 테이블을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전상태 추정 장치의 구성도이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전상태 추정 방법을 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 1은 종래의 SOC와 OCV의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 1을 참조하면, 종래에는 배터리의 개방전압(OCV)를 측정함으로써 사전에 정의된 SOC와 OCV의 관계를 바탕으로 SOC를 추정할 수 있다. 예를 들어서, 측정된 OCV가 3.8[V] 인 경우, 상기 SOC-OCV 관계를 참조하면 SOC는 40[%]로 추정될 수 있다.

그러나, 종래의 방법에서는 배터리의 온도에 따른 특성 변화를 고려하지 않고 있다. 예를 들어, 배터리는 산화-환원의 화학적 반응을 바탕으로 전력을 충전 또는 방전하기 때문에, 온도에 따라 화학적 반응의 세기가 달라질 수 있다.

따라서, 온도에 따라서 OCV의 값이 나타내는 실제 SOC 는 달라질 수 있다. SOC를 보다 실제와 유사하게 추정하기 위해서는 배터리의 온도를 고려하여 배터리의 특성 변화를 고려해야 한다. OCV 는 이러한 배터리의 특성 변화 중 하나일 뿐이며, 다른 배터리의 특성들을 더 고려한다면 보다 정확하게 SOC를 추정할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 온도에 따른 용량과 전압의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 2를 참조하여, 배터리의 온도에 따른 용량과 전압의 관계를 충전 방향일 때와 방전 방향일 때를 설명한다. 배터리는 화학적 성질 때문에, 충전 방향일 때(110, 120)와 방전 방향일 때(115, 125)의 용량-전압 관계가 달라질 수 있다. 또한 배터리의 온도에 따라서, 충전 방향(110, 120)과 방전 방향(115, 125)의 그래프 기울기가 다를 수 있다.

제1 온도일 때, 배터리를 충전하면, 제1 충전 곡선(110)을 따라서 충전 용량이 증가함에 따라 배터리의 전압에 상승한다. 제1 온도보다 더 높은 온도인 제2 온도 일 때, 상기 배터리를 충전하면, 제2 충전 곡선(120)을 따라서 충전 용량이 증가함에 따라 배터리의 전압도 상승한다. 제2 온도가 제1 온도보다 높기 때문에, 제2 충전 곡선에 따라 충전 될 때 더 많은 전기 용량으로 충전될 수 있다.

마찬가지로, 상기 제1 온도일 때. 배터리가 방전되면, 제1 방전 곡선(115)를 따라서 충전 용량이 감소됨에 따라 상기 배터리의 전압이 하락한다. 상기 제2 온도 일 때, 상기 배터리가 방전되면, 제2 방전 곡선(125)를 따라서 충전 용량이 감소됨에 따라 상기 배터리의 전압도 하락한다. 상기 제2 온도가 상기 제1 온도보다 높기 때문에, 제2 방전 곡선을 따라 방전 될 때 더 많은 전기 용량이 방전될 수 있다.

제1 충전 곡선(110), 제2 충전 곡선(120), 제1 방전 곡선(115) 및 제2 방전 곡선(125)를 참조하면, 배터리의 온도가 더 높을수록, 배터리가 충전 또는 방전할 수 있는 전기 용량은 더 늘어 날 수 있다. 따라서, 배터리가 동작 중에 온도가 변하게 된다면 충전 곡선 또는 방전 곡선이 달라질 수 있기 때문에, 초기 온도의 충전 곡선 또는 방전 곡선으로 충전상태를 추정하게 되면 오차가 발생할 수 있다. 특히, 온도에 따라 증가하는 충전 용량이 선형 증가를 하지 않기 때문에 오차가 더 크게 발생할 수도 있다.

예를 들어서, 배터리를 방전하는 경우, 완충 상태일 때 상기 제1 온도였지만 방전 과정에서 주변온도의 변화로 배터리가 과열되어 상기 제2 온도가 될 수 있으며, 이때 배터리의 전압만으로 충전상태를 추정하게 되면 제2 방전 곡선(125)를 따라 더 많은 전기 용량이 방전되었음에도 불구하고 제1 방전 곡선(115)를 따라 계산하게 되므로, 실제 방전된 양보다 더 적게 방전된 것으로 추정할 수 있다.

따라서, 도 2를 참조하면, 배터리의 온도에 따른 충전 용량의 변화를 반영하여 충전상태를 추정하여야 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 온도와 용량의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 온도와 용량의 관계 그래프에는, 제3 충전 라인(130), 제3 방전 곡선(135), 충전 불가 용량(Charge Dead Capacity, 이하 CDC라고 한다), 방전 불가 용량(Discharge Dead Capacity, 이하 DDC라고 한다), 배터리 전류 적산값(이하 Cacm 라고 한다), 현재 온도의에서 충전 가능한 전기 용량(이하 Cavail 라고 한다), 실제 남은 전류량(이하 Creal) 및 상온의 배터리 최대 충전 용량(이하 Cstd)가 도시되어 있다.

제3 충전 라인(130)은 온도 변화에 따른 배터리의 충전 가능한 전기 용량의 변화를 나타낸다. 상기 배터리의 충전 가능한 전기 용량은 온도가 높아질수록 점점 증가하며 상온 20°C 이상일 때 최대 충전 가능한 전기 용량을 가질 수 있다.

제3 방전 라인(135)는 상기 배터리가 방전할 때 온도에 따른 배터리의 잔존 전기 용량의 변화를 나타낸다. 상기 배터리의 방전 후 잔존 전기 용량은 온도가 높아질수록 점점 감소하며 상온 20°C 이상일 때 방전 후 잔존 전기 용량은 최소가 될 수 있다.

제3 충전 라인(130)과 제3 방전 라인(135)를 참조하면, 배터리는 온도에 따라서 충전할 수 있는 최대 용량이 변하게 되고, 방전할 수 있는 최대 용량도 변할 수 있다. 즉, 온도가 낮을수록 충전할 수 있는 최대 용량은 줄어들며 방전할 수 있는 최대 용량도 줄어들어 방전 완료 후에도 방전되지 않고 잔존하는 전기 용량이 커질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 설명의 편의를 위하여 다음과 같이 정의한다. 상온 20°C일 때의 최대 충전 용량을 Cstd 라고 정의한다. 특정 온도에서 Cstd와 충전되는 최대 용량의 차이를 충전 불가 용량 CDC, 완전 방전 후 잔존 용량을 방전 불가 용량 DDC 라고 정의한다. 특정 온도에서 실제 충전 가능한 전기 용량을 Cavail로 정의한다. 특정 시점까지 배터리의 충방전의 적산 전기량을 전류 적산값 Cacm으로 정의한다. 특정 온도와 특정 시점에서 배터리의 방전 가능한 전기 용량을 Creal 이라고 정의한다.

도 3과 상기 정의를 참조하면 각 용어간의 관계는 다음과 같은 수식을 만족한다.

다시 도 3과 상기 용어를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 사용하는 배터리의 충전상태를 나타내는 SOC(State of Charge)는 다음과 같이 정의된다.

즉, 위 수식에 따르면, SOC 는 실제 충전 가능한 전기 용량 대비 현재 잔존하는 방전 가능한 전기 용량의 백분율로 정의된다. 실제 충전 가능한 전기 용량 Cavail은 배터리의 최대 전기 용량 Cstd에서 충전 불가능한 용량 CDC와 방전 불가능한 용량 DD를 제외한 용량이다. 잔존하는 방전 가능한 전기 용량 Creal은 배터리의 충방전 전기량인 전류 적산값 Cacm에서 방전 불가능한 용량 DDC을 제외한 용량이다. Cacm의 초기값은 상온에서 배터리에 초기 충전량이며, 배터리의 사용에 따라 충방전 되는 전기량을 적산한 값이므로, 현재 배터리에 남아 있는 전기량을 나타낸다. 따라서, 방전 가능한 전기 용량 Creal은 Cacm에서 방전 불가능한 용량을 제외한 값이 될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 사용되는 SOC는 배터리의 충전상태 또는 배터리의 잔존 상태를 포함하는 의미이며, 각각의 상태에서의 배터리의 용량 상태를 나타내는 의미로 사용된다.

CDC와 DDC 및 Cavail은 배터리의 특성에 따른 값일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, CDC와 DDC 및 Cavail은 온도에 따른 함수로 표현될 수 있다. Cavail은 최대 충전 용량 Cstd에서 CDC와 DDC를 제외한 값이고, Cstd는 배터리 제조시에 결정되는 상수 값일 수 있다. 따라서 CDC와 DDC를 온도 T에 관한 함수로 표현하면 Cavail도 상기 온도 T에 관한 함수에 의해 도출될 수 있다.

예를 들어서, CDC, DDC 및 Cavail은 다음과 같은 온도 T의 삼차 함수로 표현될 수 있다.

온도 T가 -5℃ 이하인 경우에 다음 수식과 같다.

CDC = 0.00015963T³ + 0.0065376T² -0.031302T + 0.59103

DDC = -0.00053059T³ + 0.00078868T² + 0.0037751T + 0.4335

Cavail = 0.00037042T³- 0.0073396T² + 0.027511T + 12.456

온도 T가 -5℃ 이상인 경우에 다음 수식과 같다.

CDC = -8.7043e-05T³ + 0.0025824T² -0.046088T + 0.58515

DDC = 4.283e-05T³ -0.00093923T² -0.019858*T + 0.43021

Cavail = 4.3897e-05T³ -0.0016521T² + 0.066049T + 12.4657

상기 온도 T에 관한 CDC 함수, DDC 함수 및 Cavail 함수의 계수는 배터리(310)의 특성에 따라 사전에 정의되거나 측정된 계수이므로, 본 발명은 이에 한정되지 않고, CDC 함수, DDC 함수 및 Cavail 함수는 본 발명의 실시예에서 사용하는 예시적인 배터리의 속성에 따른 함수이므로, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, CDC, DDC 및 Cavail는 사전에 측정되어 테이블로 저장될 수 있다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전상태를 판단하기 위한 파라미터 테이블이 도시되어 있다. CDC 테이블(500), DDC 테이블(510) 및 Cavail 테이블(520)은 온도에 따라 측정된 CDC, DDC 및 Cavail 값이 각각 저장되어 있다.

도 4에 도시된 테이블의 값은 본 발명의 실시예에서 사용되는 예시적인 배터리의 예시적인 속성에 따른 값이므로, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

다시 도 4를 참조하면, 배터리의 사용 중에 SOC를 실시간으로 추정하기 위한 배터리 충전상태 추정 장치는, CDC 테이블(500), DDC 테이블(510) 및 Cavail 테이블(520)에서 측정된 온도에 따른 CDC, DDC 및 Cavail 값을 조회할 수 있다. 테이블(500, 510, 520)에 없는 온도에 대응되는 값은, 상기 온도와 가까운 두 온도의 값으로부터 비례적으로 산출될 수 있다. 예를 들어, -12.6℃의 CDC 값은 -14.8℃의 1.973 값과 -10.4℃의 1.437 값의 중간값인 1.705 일 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전상태 추정 장치의 구성도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전상태 추정 장치(10)는 배터리(310), 센싱부(320), 전류 적산부(330), 파라미터 획득부(340) 및 충전상태 추정부(350)를 포함할 수 있다.

배터리(310)는 차량용 또는 산업용 2차 전지인 리튬-이온 전지일 수 있지만, 이것은 예시에 불과하며 이에 한정되지 않는다. 배터리(310)는 화학적 성질 때문에 완전히 방전되면 재충전에 어려움이 있을 수 있기 때문에 배터리의 충전 상태(SOC)를 정확하게 파악하는 것이 필요하다. 배터리(310)의 충전 상태를 직접적으로 파악할 수는 없으며, 배터리(310)의 전지 전압 또는 충방전 전류의 적산값을 이용하여 간접적으로 추정할 수 있다.

센싱부(320)는 배터리(310)의 전지 전압과 온도를 측정할 수 있다. 센싱부(320)는 상기 전지 전압을 측정하는 전압 센서 모듈(module)과 상기 온도를 측정하는 온도 센서 모듈을 포함할 수 있다.

상기 전압 센서 모듈은 배터리(310)의 개방 전압인 OCV(Open Circuit Voltage)를 측정할 수 있다. 종래의 SOC 추정 방법은 OCV를 바탕으로 OCV-SOC 관계를 이용하여 SOC를 추정하였지만, 온도에 따라 OCV-SOC 관계가 바뀔 수 있기 때문에 부정확한 문제가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 충전상태 추정부(350)는 배터리가 사용될 때 초기 SOC 값을 정하기 위하여 OCV-SOC 관계를 이용할 수 있다. 배터리가 구동되고 나서, 일정 시간이 지나면 배터리의 온도가 안정화 될 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차의 키를 키고 나서 1시간 정도 시간이 지난 후면 배터리의 온도가 안정화 될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 상기와 같이 배터리가 안정화된 후 이 때 측정된 OCV를 이용하여 초기 SOC가 결정될 수 있다.

상기 온도 센서 모듈은 배터리(310)의 내부 또는 외부의 온도를 측정할 수 있다. 배터리(310)가 사용되면 배터리(310)의 온도가 변하게 되며, 사전에 정해진 주기마다 상기 배터리(310)의 온도가 측정되고, 상기 측정된 온도를 이용하여 충전상태 추정부(350)는 SOC를 추정할 수 있다.

전류 적산부(330)는 배터리(310)의 충방전 전류의 량을 적산할 수 있다. 전류 적산부(330)는 충전시에 배터리(310)에 유입되는 전류의 량을 측정하고, 방전시에 배터리(310)에서 출력되는 전류의 량을 측정하며, 상기 측정된 전류의 량을 적산하여 적산전류(이하, Cacm 라고 한다)를 도출할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전류 적산부(330)는, 사전에 정해진 단위 시간 동안의 배터리(310)의 평균 전류를 적분하여 용량 순간변화량을 도출하고, 상기 도출된 용량 순간변화량을 상기 단위 시간 이전의 Cacm에 적산하여 상기 Cacm을 갱신할 수 있다. 상기 갱신된 Cacm이 새로운 Cacm으로 도출될 수 있다.

파라미터 획득부(340)는 배터리(310)의 각종 상태를 나타내는 파라미터 값을 획득하여 제공할 수 있다. 상기 파라미터 값은 CDC, DDC 및 Cavail 를 포함할 수 있다.

발명의 몇몇 실시예에 따르면, 파라미터 획득부(340)는 상기 파라미터 값이 저장된 테이블에서, 요청받은 온도에 따른 상기 파라미터 값을 조회하여 제공할 수 있다. 예를 들어서, 파라미터 획득부(340)는 도 4에 도시된 것과 같은 테이블을 포함할 수 있으며, 상기 테이블에서 상기 요청받은 온도에 따른 상기 파라미터 값을 조회할 수 있다.

발명의 몇몇 실시예에 따르면, 파라미터 획득부(340)는 상기 파라미터 값을 사전에 정해진 수식을 이용하여 계산할 수 있다. 상기 파라미터 값들은 온도에 따라 결정되는 값이므로, 온도 T에 관한 함수 식으로 정의될 수 있다. 예를 들어서, 파라미터 획득부(340)는 위에서 논의된 CDC, DDC 및 Cavail의 온도 T에 관한 함수를 이용하여 CDC, DDC 및 Cavail의 값을 도출하여 제공할 수 있다.

충전상태 추정부(350)는 센싱부(320)에서 측정된 전압과 온도, 전류 적산부(330)에서 제공되는 Cacm 및 파라미터 획득부(340)에서 획득된 파라미터를 바탕으로 배터리(310)의 충전상태 SOC 를 추정할 수 있다.

충전상태 추정부(350)는 배터리(310)의 전원 공급이 시작된 이후 배터리(310)가 안정화되면 센싱부(320)에서 측정된 온도 및 OCV를 바탕으로 SOC 를 초기화 한다. 충전상태 추정부(350)는 상기 측정된 온도에 따른 OCV-SOC 관계를 바탕으로 상기 측정된 OCV에 대응되는 SOC 값으로 SOC를 초기화 할 수 있다. 온도에 따라서 OCV-SOC 관계는 달라질 수 있으므로, 사전에 정의되거나 측정된 온도에 따른 OCV-SOC 관계를 이용할 수 있다.

충전상태 추정부(350)는 배터리(310)가 안정화되기 전에 SOC를 추정할 필요가 있으면, 배터리(310)가 가장 최근에 작동되었을 때의 SOC 값을 조회하여, 상기 조회된 값으로 SOC를 초기화할 수 있다. 즉, 배터리(310)가 이전 동작한 후 종료할 때 저장한 SOC 값을 조회하여 새로운 동작의 SOC 값의 초기값으로 초기화할 수 있다.

충전상태 추정부(350)는 SOC값이 초기화된 이후, 사전에 정의된 일정 시간 간격으로 SOC를 추정할 수 있다. 충전상태 추정부(350)는 상기 일정 시간 마다 센싱부(320)에서 측정된 온도 T, 전류 적산부(330)에서 도출한 적산 전류 Cacm 값을 제공 받을 수 있다. 충전상태 추정부(350)는 상기 제공받은 온도 T에 대한 CDC, DDC 및 Cavail 을 파라미터 획득부(340)에서 획득하여 제공받을 수 있다. 충전상태 추정부(350) 상기 제공 받은 Cacm, CDC, DDC 및 Cavail 값을 바탕으로 다음과 같은 수식을 이용하여 SOC 값을 추정할 수 있다.

본 발명의 각 실시예에 따른 배터리 충전상태 추정 장치는, 배터리 관리 시스템에 포함될 수 있다. 배터리 관리 시스템은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 상태 추정 장치가 출력하는 충전상태를 바탕으로, 배터리 충전 또는 방전을 관리할 수 있다.

도 6는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전상태 추정 방법을 나타낸 순서도이다.

배터리 충전상태 추정 장치(10)는 배터리가 안정화 되었는지 확인한다(S100). 배터리가 전원을 공급하기 시작한 이후부터 사전에 정의된 시간이 경과하거나, 상기 배터리의 온도 또는 전압이 일정한 값을 사전에 정의된 값을 사정에 정의된 시간 동안 유지하는 경우에 상기 배터리가 안정화되었다고 판단될 수 있으며, 이는 예시에 불과하며 이에 한정되지는 않는다.

배터리 충전상태 추정 장치(10)는 상기 배터리가 안정화된 것으로 판단되면, 배터리의 온도 및 OCV를 측정한다(S110).

배터리 충전상태 추정 장치(10)는 상기 측정된 온도 및 OCV를 바탕으로 SOC값을 초기화한다(S120). 상기 온도에 따른 OCV-SOC 관계에서 상기 OCV에 해당하는 SOC값을 조회하고, 상기 조회된 SOC값을 상기 배터리의 SOC의 초기값으로 설정할 수 있다.

배터리 충전상태 추정 장치(10)는 상기 배터리가 안정화되지 않은 것으로 판단되면, 상기 배터리가 가장 최근에 종료하면서 저장한 SOC 값을 조회하여, 상기 조회된 값을 상기 배터리의 SOC의 초기값으로 설정할 수 있다(S130).

배터리 충전상태 추정 장치(10)는 사전에 정의된 일정 시간 마다 상기 배터리의 온도, 전압 및 전류를 측정한다(S140).

배터리 충전상태 추정 장치(10)는 상기 측정된 전류를 이전에 도출된 적산 전류 Cacm 에 적산하여 적산 전류 Cacm를 갱신한다(S150). 상기 배터리가 충전 중인 경우에 상기 측정된 전류를 Cacm에 가산하고, 상기 배터리가 방전 중이 경우에 상기 측정된 전류를 Cacm에서 감산하여, 상기 적산 전류 Cacm을 갱신할 수 있다.

배터리 충전상태 추정 장치(10)는 상기 측정된 온도를 바탕으로 CDC, DDC 및 Cavail을 도출한다(S160). 상기 CDC, DDC 및 Cavail은 온도에 따른 파라미터 테이블에서 조회하여 도출될 수 있거나, 온도에 관한 함수를 바탕으로 산출되어 도출될 수 있다.

배터리 충전상태 추정 장치(10)는 상기 Cacm, CDC, DDC 및 Cavail를 바탕으로, 상기 배터리의 충전상태 SOC를 추정한다(S170). 충전상태 SOC는 도 5의 설명에서 논의한 SOC 수식을 이용하여 산출될 수 있다.

배터리 충전상태 추정 장치(10)는 상기 배터리의 동작을 종료하는 신호가 수신되었는지 확인한다(S180). 상기 배터리의 종료 신호가 수신되지 않으면, 상기 배터리의 전압, 전류 및 온도를 측정하는 단계 S140에서부터 다시 반복한다.

배터리 충전상태 추정 장치(10)는 상기 배터리의 동작을 종료하는 신호가 수신되면, 직전에 도출한 SOC, Cavail, CDC 및 DDC 값을 저장한다(S190). 상기 저장된 값들은 상기 배터리가 차후에 가동될 때 상기 배터리의 안정화 이전에 SOC 값을 초기화하는데 사용될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10 : 배터리 충전상태 추정 장치
310 : 배터리
320 : 센싱부
330 : 전류 적산부
340 : 파라미터 획득부
350 : 충전상태 판단부

Claims

배터리의 전압 및 상기 배터리의 온도를 측정하는 센싱부;
상기 배터리의 충전시 상기 배터리에 유입되는 전류의 양과 상기 배터리의 방전시 상기 배터리에서 출력되는 전류의 양을 적산하여 적산전류(이하 Cacm 라고 한다)를 도출하는 전류 적산부;
상기 배터리의 온도에 따른 충전 불가 용량(Charge Dead Capacity, 이하 CDC라고 한다), 방전 불가 용량(Discharge Dead Capacity, 이하 DDC라고 한다) 및 충전 가능한 전기 용량(이하 Cavail 라고 한다)을 포함한 복수의 파라미터를 저장한 파라미터 테이블을 포함하며, 요청받은 온도에 따라 상기 복수의 파라미터를 조회하는 파라미터 조회부; 및
상기 센싱부에서 측정된 온도에 대응하는 상기 복수의 파라미터를 상기 파라미터 테이블에서 조회하고, 상기 조회된 파라미터 CDC, DDC 및 Cavail과 상기 전류 적산부에서 도출된 Cacm을 바탕으로 다음의 수식,
에 의해 상기 배터리의 충전상태(SOC)를 도출하는 충전상태 추정부;를 포함하는,
배터리 충전상태 추정 장치.
제1항에 있어서,
상기 전류 적산부는,
사전에 정해진 단위 시간 동안의 상기 배터리의 평균 전류를 적분하여 용량 순간변화량을 도출하고, 상기 도출된 용량 순간변화량을 상기 단위 시간 이전의 Cacm에 적산하여 상기 Cacm을 갱신하는,
배터리 충전상태 추정 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 파라미터 조회부는,
배터리의 특성에 따라 사전에 정의된 계수를 포함하는 온도에 관한 CDC 함수, DDC 함수 및 Cavail 함수를 이용하여, 상기 측정된 온도에 따른 CDC, DDC 및 Cavail 값을 산출하여 제공하는,
배터리 충전상태 추정 장치.
삭제
제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항의 배터리 충전상태 추정 장치를 포함하는,
배터리 관리 시스템.
배터리의 상태가 안정화 되었는지 판단하는 단계;
상기 배터리의 상태가 안정화 된 것으로 판단된 경우, 상기 배터리의 온도 및 OCV(Open Circuit Voltage) 를 측정하는 단계;
상기 배터리의 상태가 안정화 되지 않을 것으로 판단된 경우, 상기 배터리의 가장 최근의 충전상태(SOC)를 조회하는 단계;
상기 측정된 온도 및 OCV 또는 상기 조회된 SOC를 바탕으로, 상기 배터리의 SOC를 초기화하는 단계;
상기 배터리의 전압, 전류 및 온도를 측정하는 단계;
상기 배터리의 충전시 상기 배터리에 유입되는 전류의 양과 상기 배터리의 방전시 상기 배터리에서 출력되는 전류의 양을 적산하여 적산전류(이하, Cacm이라고 한다)를 도출하는 단계;
상기 배터리의 온도에 따른 충전 불가 용량(Charge Dead Capacity, 이하 CDC라고 한다), 방전 불가 용량(Discharge Dead Capacity, 이하 DDC라고 한다) 및 충전 가능한 전기 용량(이하 Cavail 라고 한다)을 포함한 복수의 파라미터를 저장한 파라미터 테이블에서, 요청받은 온도에 따라 상기 복수의 파라미터를 조회하는 단계; 및
상기 온도에 대응하는 상기 복수의 파라미터를 상기 파라미터 테이블에서 조회하고, 상기 조회된 파라미터CDC, DDC 및 Cavail과상기 도출된 Cacm을 바탕으로 다음의 수식,
에 의해 상기 배터리의 충전상태(SOC)를 추정하는 단계;를 포함하는,
배터리 충전상태 추정 방법.
제7항에 있어서,
상기 배터리의 SOC가 추정되는 단계 이후에, 상기 배터리에 대한 종료 신호가 수신되었는지 판단하는 단계;
상기 종료 신호가 수신되지 않은 것으로 판단되면, 상기 배터리의 전압, 전류 및 온도를 측정하는 단계부터 다시 반복하는 단계; 및
상기 종료 신호가 수신된 것으로 판단되면, 상기 추정된 SOC와 상기 조회된 CDC, DDC 및 Cavail이 저장되는 단계; 를 더 포함하는,
배터리 충전상태 추정 방법.
제7항에 있어서,
상기 Cacm이 도출되는 단계는,
사전에 정해진 단위 시간 동안의 상기 배터리의 평균 전류를 적분하여 용량 순간변화량을 도출하는 단계; 및
상기 도출된 용량 순간변화량을 상기 단위 시간 이전의 적산전류에 적산하여 상기 Cacm을 갱신하는 단계; 를 포함하는,
배터리 충전상태 추정 방법.
삭제
제7항에 있어서,
상기 CDC, DDC 및 Cavail이 조회되는 단계는,
상기 배터리의 특성에 따라 사전에 정의된 계수를 포함하는 온도에 관한 CDC 함수, DDC 함수 및 Cavail 함수를 이용하여, 상기 측정된 온도에 따른 CDC, DDC 및 Cavail 값을 산출하는 단계;를 포함하는,
배터리 충전상태 추정 방법.
삭제