KR102672694B1 - 저장 매체를 이용한 배터리 관리 시스템의 soc 보정방법 - Google Patents

Abstract

배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System) 운용 중 주기적으로 저장 매체에 SOC(State Of Charge)를 저장하고, 리셋(Reset) 등에 의해 BMS 재시작 시 현재 추정한 SOC와 저장 매체에 저장한 SOC와의 차이에 따라 오차가 없는 최적의 SOC를 사용할 수 있도록 한 저장 매체를 이용한 배터리 관리 시스템의 SOC 보정방법에 관한 것으로서, 메인 컨트롤 유닛에서 BMS 운용이 시작되면 OCV(Open Circuit Voltage) 테이블을 이용하여 SOC를 추정하고, 추정된 SOC를 주기적으로 저장 매체에 저장하며, BMS가 리셋되어 재시작하면, OCV(Open Circuit Voltage) 테이블을 이용하여 SOC를 추정하고, 저장 매체에 최종적으로 저장한 저장 SOC를 인출한 후, 추정한 SOC와 인출한 저장 SOC를 기초로 SOC를 보정하여, BMS 재시작 시 SOC 오차를 최소화한다.

Description

저장 매체를 이용한 배터리 관리 시스템의 SOC 보정방법{SOC correction method of battery management system using storage medium}

본 발명은 저장 매체를 이용한 배터리 관리 시스템의 SOC 보정방법에 관한 것으로, 특히 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System) 운용 중 주기적으로 저장 매체에 SOC(State Of Charge)를 저장하고, 리셋(Reset) 등에 의해 BMS 재시작 시 현재 추정한 SOC와 저장 매체에 저장한 SOC와의 차이에 따라 오차가 없는 최적의 SOC를 사용할 수 있도록 한 저장 매체를 이용한 배터리 관리 시스템의 SOC 보정방법에 관한 것이다.

최근 석유자원의 고갈과 환경오염에 따른 대체에너지의 수요와 더불어 전기에너지를 축적하여 사용할 수 있는 배터리의 수요는 연료전지 등의 대체 에너지 저장시스템 등 다양한 분야로 확산하고 있다.

하이브리드(HEV) 자동차, 전기 자동차, 전기 자전거, 골프-카트 같은 전기차용으로는 주행속도 및 최대주행거리 증대를 목적으로 대용량의 리튬-이온, 리튬-폴리머, 니켈-수소 전지 등 전기 집적도(power density)가 높은 배터리 계열의 활용도가 높아지고 있다.

배터리의 충전상태(State of Charge)는 현재 얼마만큼의 에너지가 남아 있는가에 대한 의미로써, 배터리를 만(Full) 충전하여 저장 가능한 최대 용량(Battery Storage Capacity Maximum) 대비한 현재 충전된 상태에서 사용 가능한 저장(잔존)용량의 백분율을 "SOC(%)"로 정의하고 있고, 소수의 문헌에서는 SOC를 충전 잔량이라고도 부른다.

전기 자동차는 배터리에 충전된 에너지에 의해 주행하는 자동차이므로, 배터리에 충전된 잔량((SOC)을 파악하는 것이 매우 중요하며, 주행 중 배터리의 잔량을 파악하여 주행 가능 거리 등의 정보를 운전자에게 알려주고자 하는 여러 기술이 개발되고 있다.

일 예로, 배터리에 대한 제반적인 상태를 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)을 이용한다. BMS는 전지의 전압, 전류, 온도 등을 검출하여 SOC를 연산에 의해 추정하고, 차량의 연료 소비 효율이 가장 좋아지도록 SOC를 제어한다. SOC를 정확히 제어하기 위해, 충방전을 행하고 있는 배터리의 SOC를 정확히 측정하는 것이 필요하다.

배터리의 SOC를 추정하는 일반적인 방법으로서, OCV(Open Circuit Voltage) 방식을 이용한다. 즉, 배터리의 OCV 전압을 측정하고, OCV 테이블을 토대로 SOC를 추정한다.

이러한 OCV 방식은 전압 레벨을 이용하는 방식이므로, 전압 레벨을 안정화시키는 데 시간이 필요하다.

하지만, 배터리 사용 중 사용자에 의해서 또는 사고에 의해 BMS가 리셋되면 배터리가 안정화될 시간이 없이 바로 OCV 방식을 이용하여 SOC를 추정하게 되므로, SOC 추정 오차가 발생하는 문제가 있다.

따라서 BMS의 재시작시에도 오차 없이 SOC를 추정하는 방법이 필요하다.

한편, BMS에서 SOC를 추정하기 위해 종래에 제안된 기술이 대한민국 공개특허 10-2007-0006953호(2007.01.12. 공개)에 개시되어 있다.

상기 종래 기술은 전지의 SOC를 정밀하게 산출할 수 있도록, 시동 온 시 전지 모듈의 전류 값과 전압 값 및 온도 값을 측정하는 단계, 상기 측정된 값으로 초기 SOC를 산출하는 단계, 전류 적산 단계, 상기 전류 적산 값에 따른 실제 SOC 산출 단계, 상기 전지 모듈이 무부하 상태인가를 확인하는 단계, 무부하 상태에서 실제 SOC가 전류 적산에 의해 측정 가능한 설정범위 이내인지를 확인하는 단계, 상기 실제 SOC가 설정범위를 벗어나면 전압 값을 측정하여 전압 값에 따른 SOC를 산출하는 단계를 포함하는 이차 전지 모듈의 전지 잔존용량 측정방법을 제공한다.

이러한 종래기술도 배터리 사용 중 사용자에 의해서 또는 사고에 의해 BMS가 리셋되면 배터리가 안정화될 시간이 없이 바로 OCV 방식을 이용하여 SOC를 추정하게 되므로, SOC 추정 오차가 발생한다.

대한민국 공개특허 10-2007-0006953(2007.01.12. 공개)(이차 전지 모듈의 전지 잔존용량 측정방법)

따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 BMS에서 SOC 추정 방식에서 발생하는 SOC 추정 오류 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System) 운용 중 주기적으로 저장 매체에 SOC(State Of Charge)를 저장하고, 리셋(Reset) 등에 의해 BMS 재시작 시 현재 추정한 SOC와 저장 매체에 저장한 SOC와의 차이에 따라 오차가 없는 최적의 SOC를 사용할 수 있도록 한 저장 매체를 이용한 배터리 관리 시스템의 SOC 보정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "저장 매체를 이용한 배터리 관리 시스템의 SOC 보정방법"은,

저장 매체를 구비하고, 배터리 SOC(State Of Charge)를 추정하는 메인 컨트롤 유닛(MCU)을 포함하는 배터리 관리 시스템에서 SOC를 보정하는 방법으로서,

(a) 상기 메인 컨트롤 유닛에서 BMS 운용이 시작되면 OCV(Open Circuit Voltage) 테이블을 이용하여 SOC를 추정하고, 추정된 SOC를 주기적으로 저장 매체에 저장하는 단계;

(b) 상기 메인 컨트롤 유닛에서 BMS가 리셋되어 재시작하면, OCV(Open Circuit Voltage) 테이블을 이용하여 SOC를 추정하는 단계;

(c) 상기 메인 컨트롤 유닛에서 상기 저장 매체에 최종적으로 저장한 저장 SOC를 인출하는 단계; 및

(d) 상기 메인 컨트롤 유닛에서 상기 (b)단계에서 추정한 SOC와 상기 (c)단계에서 인출한 저장 SOC를 기초로 SOC를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 저장 매체는,

상기 배터리 관리 시스템의 내부 저장 매체 또는 외부 저장 매체인 것을 특징으로 한다.

상기에서 (d)단계는,

BMS 재시작 시 추정한 SOC와 인출한 저장 SOC의 차와 미리 설정된 기준치를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 SOC를 보정하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (d)단계는,

상기 BMS 재시작 시 추정한 SOC와 인출한 저장 SOC의 차이와 미리 설정된 기준치를 비교하여, 상기 차이가 상기 기준치의 범위에 속하면 상기 저장 SOC를 최종 SOC로 결정하여 SOC를 보정하고, 상기 차이가 미리 설정된 기준치의 범위를 벗어나면 상기 추정한 SOC를 최종 SOC로 결정하여 SOC를 보정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System) 운용 중 주기적으로 저장 매체에 SOC(State Of Charge)를 저장하고, 리셋(Reset) 등에 의해 BMS 재시작 시 현재 추정한 SOC와 저장 매체에 저장한 SOC와의 차이에 따라 오차가 없는 최적의 SOC를 사용함으로써, BMS 리셋 후 SOC 추정 오차를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 저장 매체를 이용한 배터리 관리 시스템의 SOC 보정방법이 적용된 BMS의 실시 예 구성도이고,
도 3은 본 발명에 따른 저장 매체를 이용한 배터리 관리 시스템의 SOC 보정방법을 보인 흐름도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저장 매체를 이용한 배터리 관리 시스템의 SOC 보정방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저장 매체를 이용한 배터리 관리 시스템의 SOC 보정방법이 적용되는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)(100)의 실시 예의 구성을 보인 것이다.

도 1은 추정한 SOC(State Of Charge)를 저장하는 저장 매체 즉, 이이피롬(EEPROM)이 메인 컨트롤 유닛(MCU; Main Controller Unit)의 내부에 존재하는 타입의 배터리 관리 시스템의 구조이며, 도 2는 추정한 SOC(State Of Charge)를 저장하는 저장 매체가 외부에 존재하는 메인 컨트롤 유닛(MCU; Main Controller Unit) 타입의 배터리 관리 시스템의 구조이다.

상기와 같이 SOC를 저장하는 저장 매체가 메인 컨트롤 유닛의 내부에 존재하는지 또는 외부에 존재하는지와 같은 차이점 이외에 양자의 기술 구성 및 작용이 동일하므로, 중복 설명을 회피하기 위해 이하, 저장 매체가 메인 컨트롤 유닛의 내부에 존재하는 타입을 기준으로 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 저장 매체를 이용한 배터리 관리 시스템의 SOC 보정방법이 적용되는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)(100)은, 배터리 충전 및 방전 등의 전원을 관리하는 전원 회로(110), 배터리의 전압, 전류 및 온도 등을 모니터링하는 배터리 모니터링부(120), 상기 배터리 모니터링부(120)에서 검출한 배터리의 전압 등을 이용하여 SOC를 추정하고, 추정한 SOC를 저장 매체에 저장하며, BMS(100) 재시작 시 현재 추정한 SOC(SOC1)와 저장 매체에 저장한 저장 SOC(SOC2)의 차이를 산출하고, 산출한 차이와 미리 설정된 기준치(N%)를 비교하여, 오차가 최소인 SOC를 결정하여 SOC를 보정하며, 결정한 SOC를 캔(CAN) 통신을 통해 차량 시스템에 전송해주는 메인 컨트롤 유닛(MCU; Main Controller Unit)(130)을 포함할 수 있다.

상기 메인 컨트롤 유닛(130)은 차량 시스템 및 외부 기기와의 통신을 위한 통신 모듈(131), 신호 및 데이터의 입출력을 위한 입출력 모듈(132), 데이터 저장, 제어 프로그램, SOC 테이블 및 SOC 추정 프로그램 등이 저장된 램(133) 및 플래시 메모리(134), 추정된 SOC를 저장하기 위한 저장 매체인 이이피롬(EEPROM)(135), 측정 전압을 이용하여 SOC를 추정하고, 상기 BMS 재시작 시 현재 추정한 SOC(SOC1)와 인출한 저장 SOC(SOC2)의 차이와 미리 설정된 기준치(N%)를 비교하여, 상기 차이가 상기 기준치의 범위에 속하면 상기 저장 SOC(SOC2)를 최종 SOC로 결정하여 SOC를 보정하고, 상기 차이가 미리 설정된 기준치의 범위를 벗어나면 상기 추정한 SOC(SOC1)를 최종 SOC로 결정하여 SOC를 보정하는 계산 처리 유닛(ALU)136)을 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 저장 매체를 이용한 배터리 관리 시스템의 SOC 보정방법을 보인 흐름도로서, S는 단계(step)를 나타내며, 상기 배터리 관리 시스템(100) 내의 메인 컨트롤 유닛(MCU)(130)에서 소프트웨어(S/W) 적으로 SOC를 보정하는 과정을 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 저장 매체를 이용한 배터리 관리 시스템의 SOC 보정방법은, (a) 상기 메인 컨트롤 유닛(130)에서 BMS(100) 운용이 시작되면 OCV(Open Circuit Voltage) 테이블을 이용하여 SOC를 추정하고, 추정된 SOC를 주기적으로 저장 매체에 저장하는 단계(S11 - S13), (b) 상기 메인 컨트롤 유닛(130)에서 BMS(100)가 리셋되어 재시작하면, OCV(Open Circuit Voltage) 테이블을 이용하여 SOC를 추정하는 단계(S14 - S15), (c) 상기 메인 컨트롤 유닛(130)에서 상기 저장 매체에 최종적으로 저장한 저장 SOC를 인출하는 단계(S16) 및 (d) 상기 메인 컨트롤 유닛(130)에서 상기 (b)단계에서 추정한 SOC(SOC1)와 상기 (c)단계에서 인출한 저장 SOC(SCO2)를 기초로 SOC를 보정하는 단계(S17 - S19)를 포함한다.

상기 저장 매체는 메인 컨트롤 유닛(MCU)(130)의 내부 저장 매체이거나 또는 외부 저장 매체일 수 있다.

상기 (d)단계는 BMS(100) 재시작 시 추정한 SOC와 인출한 저장 SOC의 차와 미리 설정된 기준치를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 SOC를 보정한다.

바람직하게, 상기 (d)단계는 상기 BMS(100) 재시작 시 추정한 SOC(SOC1)와 인출한 저장 SOC(SOC2)의 차이와 미리 설정된 기준치(N%)를 비교하여, 상기 차이가 상기 기준치의 범위에 속하면 상기 저장 SOC(SOC2)를 최종 SOC로 결정하여 SOC를 보정하고, 상기 차이가 미리 설정된 기준치의 범위를 벗어나면 상기 추정한 SOC(SOC1)를 최종 SOC로 결정하여 SOC를 보정한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 저장 매체를 이용한 배터리 관리 시스템의 SOC 보정방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 단계 S11에서 메인 컨트롤 유닛(130)에서 BMS(100) 운용이 시작되면, 단계 S12에서 검출한 배터리의 전압을 기초로 OCV(Open Circuit Voltage) 테이블을 이용하여 SOC를 추정한다. 그리고 상기와 같이 추정된 SOC를 단계 S13에서 주기적으로 저장 매체인 이이피롬(135)에 저장한다.

이러한 과정은 배터리 관리 시스템(BMS)(100)이 리셋되기 이전까지 지속적 반복적으로 이루어진다.

한편, 사용자 또는 사고 등에 의해 단계 S14와 같이, BMS(100)가 리셋되어 재시작하면, SOC 오차를 줄이기 위해 상기 메인 컨트롤 유닛(130)은 단계 S15에서 검출한 배터리 전압을 기초로 OCV(Open Circuit Voltage) 테이블을 이용하여 SOC를 추정한다. 여기서 추정한 SOC를 SOC1이라 한다.

다음으로, 단계 S16에서 상기 메인 컨트롤 유닛(130)은 상기 저장 매체인 이이피롬(135)에 최종적으로 저장한 저장 SOC를 인출한다. 저장 매체로부터 인출한 저장 SOC를 SOC2라 한다.

이어, 단계 S17에서 상기 메인 컨트롤 유닛(130)은 상기 (b)단계에서 추정한 SOC(SOC1)와 상기 (c)단계에서 인출한 저장 SOC(SCO2)를 연산하여(감산하여), 그 차이를 산출한다.

이어, 추정한 SOC인 SOC1와 인출한 저장 SOC인 SOC2를 감산하여 산출한 차이(SOC1 - SOC2)와 미리 설정된 기준치(±N%)를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 SOC를 보정한다.

즉, 상기 BMS(100)의 재시작 시 추정한 SOC(SOC1)와 인출한 저장 SOC(SOC2)의 차이(SOC1 - SOC2)와 미리 설정된 기준치(N%)를 비교하여, 상기 차이가 상기 기준치의 범위에 속하면 즉, 양자의 차이가 크지 않으면 단계 S19로 이동하여 상기 저장 SOC(SOC2)를 최종 SOC로 결정하여 SOC를 보정한다.

아울러 상기 차이가 미리 설정된 기준치의 범위를 벗어나면 즉, 저장된 SOC를 사용하거나 자연 방전이나 소비 전류에 의한 방전으로 양자의 차이가 크면, 단계 S18로 이동하여 상기 추정한 SOC(SOC1)를 최종 SOC로 결정하여 SOC를 보정한다.

이렇게 BMS(100)가 리셋되어 재시작하면, 그 시점에서 추정한 SOC를 바로 사용하지 않고 SOC를 보정한 후 사용하면, SOC 추정 오차를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리가 안정화될 시간이 없는 상황에서 SOC 추정으로 인해 발생하는 추정 오차도 최소화할 수 있다.

보정된 SOC는 통신 모듈(131)을 통해 차량 시스템으로 전송되어 이용된다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

100: 배터리 관리 시스템(BMS)
110: 전원 회로
120: 배터리 모니터링부
130: 메인 컨트롤 유닛(MCU)
131: 통신 모듈
132: 입출력 모듈
133: 램(RAM)
134: 플래시메모리
135: 이이피롬
136: 계산 처리 유닛(ALU)
140: 외부 메모리

Claims (4)

1. 배터리 SOC(State Of Charge)를 추정하는 메인 컨트롤 유닛(MCU)을 포함하는 배터리 관리 시스템에서 SOC를 보정하는 방법으로서,
   (a) 상기 메인 컨트롤 유닛에서 BMS 운용이 시작되면 OCV(Open Circuit Voltage) 테이블을 이용하여 SOC를 추정하고, 추정된 SOC를 주기적으로 저장 매체에 저장하는 단계;
   (b) 상기 메인 컨트롤 유닛에서 BMS가 리셋되어 재시작하면, OCV(Open Circuit Voltage) 테이블을 이용하여 SOC를 추정하는 단계;
   (c) 상기 메인 컨트롤 유닛에서 상기 저장 매체에 최종적으로 저장한 저장 SOC를 인출하는 단계; 및
   (d) 상기 메인 컨트롤 유닛에서 상기 (b)단계에서 추정한 SOC와 상기 (c)단계에서 인출한 저장 SOC를 기초로 SOC를 보정하는 단계를 포함하고,
   상기 (d)단계는,
   상기 BMS 재시작 시 추정한 SOC와 인출한 저장 SOC의 차이와 미리 설정된 기준치를 비교하여, 상기 차이가 상기 기준치의 범위에 속하면 상기 저장 SOC를 최종 SOC로 결정하여 SOC를 보정하고, 상기 차이가 미리 설정된 기준치의 범위를 벗어나면 상기 추정한 SOC를 최종 SOC로 결정하여 SOC를 보정하는 과정을 통해,
   상기 BMS가 리셋되어 재시작하면, 그 시점에서 추정한 SOC를 바로 사용하지 않고 SOC를 보정한 후 사용하도록 하여 SOC 추정 오차를 최소화하고, 배터리가 안정화될 시간이 없는 상황에서 SOC 추정으로 인해 발생하는 추정 오차도 최소화하는 것을 특징으로 하는 저장 매체를 이용한 배터리 관리 시스템의 SOC 보정방법.
   
2. 청구항 1에서, 상기 저장 매체는,
   상기 배터리 관리 시스템의 내부 저장 매체 또는 외부 저장 매체인 것을 특징으로 하는 저장 매체를 이용한 배터리 관리 시스템의 SOC 보정방법.
   
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