KR20080039655A - 배터리 관리 시스템 및 그의 구동 방법 - Google Patents

배터리 관리 시스템 및 그의 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 관리 시스템 및 그의 구동 방법에 관한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 배터리 관리 시스템은 센싱부 및 MCU를 포함한다. 센싱부는 배터리의 온도, 전압 및 전류를 측정한다. MCU는 배터리의 온도, 전압 및 전류를 전달받으며, 추정 SOC가 전달된 배터리의 온도에 대응하는 제1 SOC 영역에 포함되면, 배터리의 온도 및 추정 SOC에 대응하는 배터리의 내부저항을 검출하고, 배터리의 내부저항을 이용하여 배터리의 SOH를 추정한다.
제1 SOC 영역, 프레시 배터리(fresh battery), 제1 임계치, 제2 임계치

Description

배터리 관리 시스템 및 그의 구동 방법{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND DRIVING METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리, BMS 및 BMS의 주변장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 센싱부(10) 및 MCU(20)를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 배터리의 온도(T) 및 SOC에 대응하는 배터리의 내부저항의 일부를 도식화한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 배터리의 내부저항을 이용한 SOH 추정과정을 나타낸 순서도이다.
본 발명은 배터리 관리 시스템(Battery Management System)에 관한 것으로, 특히, 전기 에너지를 이용하는 자동차에 사용될 수 있는 배터리 관리 시스템 및 그의 구동방법에 관한 것이다.
가솔린이나 중유를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기 오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기 자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기 자동차는 배터리(battery)에서 출력되는 전기에너지에 의해 동작하는 배터리 모터를 이용하는 자동차이다. 이러한 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
한편, 하이브리드 자동차라 함은 내연 엔진을 이용하는 자동차와 전기 자동차의 중간 단계의 자동차로서, 두 가지 이상의 동력원, 예컨대 내연 엔진 및 배터리 모터를 사용하는 자동차이다. 현재에는, 내연 엔진과 수소와 산소를 연속적으로 공급하면서 화학반응을 일으켜 직접 전기 에너지를 얻는 연료 전지를 이용하거나, 배터리와 연료 전지를 이용하는 등 혼합된 형태의 하이브리드 자동차가 개발되고 있다.
이와 같이 배터리 모터를 이용하는 자동차는 동력원 향상을 위해 2차 전지(CELL)의 수가 점차 증가되고 있으며, 연결된 다수의 셀은 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 성능이 뛰어나야 할 뿐만 아니라 각 전지의 셀의 전압, 전체 배터리 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전 및 수명을 효율적으로 관리 할 수 있는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)이 필요하다
특히, 배터리의 내부저항은 배터리의 출력저하 및 노화상태와 직접적인 관련 이 있으며, 배터리의 수명 및 SOH를 판단하는 기준으로 사용된다. 그리고, 배터리의 내부저항은 배터리의 온도 및 배터리의 SOC(state of charging, 이하 SOC)에 대응하여 변화한다. 따라서, 배터리의 온도 조건을 만족하는 SOC가 배터리의 SOC의 변화에 따른 배터리의 내부저항의 변화가 최소가 되는 SOC 영역에 포함될 때보다 정확한 배터리의 내부저항을 검출할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 배터리의 특정 SOC 영역을 사용하여 보다 정확한 배터리의 내부저항을 검출하는 배터리 관리 시스템 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 배터리 관리 시스템에 있어서, 배터리의 온도, 전압 및 전류를 측정하는 센싱부, 상기 배터리의 온도, 전압 및 전류를 전달받으며, 추정 SOC가 상기 전달된 배터리의 온도에 대응하는 제1 SOC 영역에 포함되면, 상기 배터리의 온도 및 추정 SOC에 대응하는 배터리의 내부저항을 검출하고, 상기 배터리의 내부저항을 이용하여 배터리의 SOH를 추정하는 MCU를 포함한다. 그리고, 상기 제1 SOC 영역은 상기 배터리의 온도 조건에서 상기 배터리의 추정 SOC의 변화량에 대한 상기 배터리의 내부저항의 변화량이 최소인 추정 SOC 영역이다. 이때, 상기 MCU는,
Figure 112006080130732-PAT00001
(여기서, Vocv는 키온 시 배터리의 OCV, Vcutoff는 배터리의 하한전압, Rb는 배터리의 내부저항)을 이용하여 상기 배터리의 최대 방전 전류를 산출하며,
Figure 112006080130732-PAT00002
(여기서, I는 배터리의 최대 방전 전류, Vcutoff는 배터리의 하한전압)을 이용하여 상기 배터리의 전력을 산출한 결과를 이용하여 상기 배터리의 SOH를 추정한다. 또한, 상기 MCU는 프레시 배터리(fresh battery)의 전력에 대한 상기 배터리의 전력의 비가 제1 임계치 보다 크면, 상기 배터리의 SOH가 정상 범위에 포함되었다고 판단하며, 상기 프레시 배터리(fresh battery)의 전력에 대한 상기 배터리의 전력의 비가 제1 임계치 보다 작으면, 상기 배터리의 수명이 완료되었다고 판단한다. 그리고, 상기 MCU는 직전 배터리의 전력에 대한 상기 배터리의 전력의 비가 제2 임계치 보다 크면, 상기 배터리의 SOH가 정상 범위에 포함되었다고 판단하며, 상기 직전 배터리의 전력에 대한 상기 배터리의 전력의 비가 제2 임계치 보다 작으면, 상기 배터리의 수명이 완료되었다고 판단한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템의 구동방법에 있어서,
a) 상기 배터리의 추정 SOC가 상기 배터리의 온도에 대응하는 제1 SOC 영역에 포함되는지 판단하는 단계,
b) 상기 a)단계 판단결과, 상기 추정 SOC가 상기 제1 SOC 영역에 포함되면, 상기 배터리의 온도 및 추정 SOC에 대응하는 배터리의 내부저항을 검출하는 단계, 및
c) 상기 배터리의 내부저항을 이용하여 배터리의 SOH를 추정하는 단계를 포함한다. 그리고, 상기 제1 SOC 영역은 상기 배터리의 온도 조건에서 상기 배터리의 추정 SOC의 변화량에 대한 상기 배터리의 내부저항의 변화량이 최소인 추정 SOC 영역이다. 이때, 상기 b)단계는,
Figure 112006080130732-PAT00003
(여기서, Vocv는 키온 시 배터리의 OCV, Vcutoff는 배터리의 하한전압, Rb는 배터리의 내부저항)을 이용하여 상기 배터리의 최대 방전 전류를 산출하며,
Figure 112006080130732-PAT00004
(여기서, I는 배터리의 최대 방전 전류, Vcutoff는 배터리의 하한전압)을 이용하여 상기 배터리의 전력을 산출하는 단계를 더 포함한다. 또한, 상기 c)단계는 프레시 배터리(fresh battery)의 전력에 대한 상기 배터리의 전력의 비가 제1 임계치 보다 크면, 상기 배터리의 SOH가 정상 범위에 포함되었다고 판단하며, 상기 프레시 배터리(fresh battery)의 전력에 대한 상기 배터리의 전력의 비가 제1 임계치 보다 작으면, 상기 배터리의 수명이 완료되었다고 판단하는 단계를 포함한다. 그리고, 상기 c)단계는 직전 배터리의 전력에 대한 상기 배터리의 전력의 비가 제2 임계치 보다 크면, 상기 배터리의 SOH가 정상 범위에 포함되었다고 판단하며, 상기 직전 배터리의 전력에 대한 상기 배터리의 전력의 비가 제2 임계치 보다 작으면, 상기 배터리의 수명이 완료되었다고 판단하는 단계를 포함한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결“되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를”포함“한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리, BMS 및 BMS의 주변장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 자동차 시스템은, BMS(battery management system)(1), 배터리(2), 전류센서(3), 냉각팬(4), 퓨즈(5), 메인 스위치(6), MTCU(motor control unit, 7), 인버터(8) 및 모터제너레이터(9)를 포함한다.
먼저, 배터리(2)는 복수의 전지 셀이 서로 직렬로 연결된 복수의 서브팩(2a ~ 2h), 출력단자(2_OUT1), 출력단자(2_OUT2) 및 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 마련되는 안전스위치(2_SW)를 포함한다. 여기서 서브팩(2a ~ 2h)은 예시적으로 8개로 표시되고 서브팩은 복수의 전지 셀을 하나의 그룹으로 표시한 것에 불과한 것이고, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 안전 스위치(2_SW)는 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 마련되는 스위치로서 배터리를 교체하거나 배터리에 대한 작업을 수행할 때 작업자의 안전을 위하여 수동적으로 온 오프할 수 있는 스위치이다. 본 발명에 따른 실시예에서는 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 안전 스위치(2_SW)를 포함하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 출력단자(2_OUT1) 및 출력단자(2_OUT2)는 인버터(8)에 연결된다.
전류센서(3)는 배터리(2)의 출력전류량을 측정하여 BMS(1)의 센싱부(10)로 출력한다. 구체적으로 전류센서(3)는 홀(Hall) 소자를 이용하여 전류를 측정하고 측정된 전류에 대응되는 아날로그 전류 신호로 출력하는 Hall CT(Hall current transformer)이거나 로드 라인(Load line) 상에 삽입된 저항을 통해 흐르는 전류 값에 대해 전압 신호를 내는 Shunt Resistor일 수 있다.
냉각팬(4)은 BMS(1)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)의 충방전에 의해 발생할 수 있는 열을 냉각하여 온도 상승으로 인한 배터리(2)의 열화 및 충방전 효율의 저하를 방지한다.
퓨즈(5)는 배터리(2)의 단선 또는 단락에 의해 과전류가 배터리(2)에 전달되는 것을 방지한다. 즉 과전류가 발생하면 퓨즈(5)는 단선되어 과전류가 배터리(2)에 전달되는 것을 차단한다.
메인 스위치(6)는 과전압, 과전류, 고온 등 이상 현상이 발생하면 BMS(1) 또는 자동차의 MTCU(7)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)를 온오프 한다.
BMS(1)는 센싱부(10), MCU(Micro control unit, 20), 내부전원 공급부(30), 셀밸런싱부(40), 저장부(50), 통신부(60), 보호회로부(70), 파워온 리셋부(80) 및 외부인터페이스(90)를 포함한다.
센싱부(10)는 배터리 전압(V), 배터리 전류(i) 및 배터리 온도(T)를 측정하여 MCU(20)로 전달한다.
MCU(20)는 센싱부(10)로부터 전달된 배터리 전압(V), 배터리 전류(i) 및 배터리 온도(T)를 이용하여 배터리의 충전상태(state of charging, 이하 SOC) 및 건강상태(state of health, 이하 SOH)를 추정하여 배터리의 충전 및 방전을 제어한다. 특히, MCU(20)는 배터리의 내부저항을 검출하고, 검출된 배터리의 내부저항을 이용하여 배터리의 SOH를 판단한다. 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은 배터리의 온도(T) 및 SOC에 대응하는 배터리의 내부저항에 관한 제1 테이블을 저장하고 있다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따른 MCU(20)는 제1 테이블의 데이터 중 추정 SOC의 변화량에 대한 배터리의 내부저항의 변화량이 최소인 추정 SOC 영역을 제1 SOC 영역으로 설정한다. 그리고, MCU(20)는 추정 SOC의 변화량에 대한 배터리의 내부저항의 변화량이 제1 SOC 영역의 변화량 보다 큰 추정 SOC 영역을 제2 SOC 영역(I 및 II)으로 설정한다. 구체적으로, MCU(20)는 현재 배터리의 온도(T)를 센싱부(10)로부터 전달받는다. 그리고, MCU(20)는 현재 추정 SOC를 SOC 추정부(210)로부터 전달받는다. 그러면, MCU(20)는 추정 SOC가 현재 배터리의 온도(T)에 대응하는 제1 SOC 영역에 포함되는지 판단한다. 이때, MCU(20)는 추정 SOC가 제2 SOC 영역(I 및 II)에 포함되면, 배터리의 내부저항을 검출하지 않는다. 그러나, MCU(20)는 추정 SOC가 제1 SOC 영역에 포함되면, 현재 배터리의 온도(T) 및 추정 SOC에 대응하는 배터리의 내부저항을 제1 테이블을 이용하여 검출한다. 그리고, MCU(20)는 배터리의 내부저항을 이용하여 배터리의 최대 방전 전류(I) 및 전력(P)를 산출하여 배터리의 SOH를 추정한다.
내부전원 공급부(30)는 일반적으로 보조 배터리를 이용하여 BMS(1)에 전원을 공급하는 장치이다. 셀밸런싱부(40)는 각 셀의 충전상태의 균형을 맞춘다. 즉, 충전상태가 비교적 높은 셀은 방전시키고 충전상태가 비교적 낮은 셀은 충전시킬 수 있다. 저장부(50)는 BMS(1)의 전원이 오프될 때, 현재의 SOC, SOH 등의 데이터들을 저장한다. 여기서 저장부(50)는 전기적으로 쓰고 지울 수 있는 비휘발성 저장장치로서 EEPROM일 수 있다. 통신부(60)는 자동차의 MTCU(7)와 통신을 수행한다. BMS(1)로부터 MTCU(7)로 SOC 및 SOH에 관한 정보를 전송하거나, MTCU(7)로부터 자동차 상태에 관한 정보를 수신하여 MCU(20) 로 전송한다. 보호회로부(70)는 하드웨어 소자를 사용하여 과전류, 과전압 등으로부터 배터리(2)를 보호하기 위해 2차적으로 부가된 회로이다. 그 이전에 MCU 내부에 있는 펌웨어(firmware)으로 1차적인 보호 동작을 한다. 파워온 리셋부(80)는 BMS(1)의 전원이 켜지면 전체 시스템을 리셋한다. 외부 인터페이스(90)는 냉각팬(4), 메인 스위치(6) 등 BMS의 보조장치들을 MCU(20)에 연결하기 위한 장치이다. 본 실시에에서는 냉각팬(4) 및 메인 스위치(6)만이 도시되었지만 이에 한정되는 것은 아니다.
MTCU(7)는 자동차의 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(brake), 자동차 속도 등의 정보에 기초하여 현재 자동차의 운행 상태를 파악하고, 필요한 토크 정도등의 정보를 결정한다. 구체적으로, 현재 자동차의 운행 상태란, 시동을 켜는 키 온(KEY ON), 시동을 끄는 키오프(KEY OFF), 종속운행 및 가속도 운행등을 말한다. MTCU(7)는 자동차 상태에 관한 정보를 BMS(1)의 통신부(60)로 전송한다. MTCU(7)는 모터제너레이터(9)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 즉 MTCU(7)는 인버터(8)의 스위칭을 제어하여 모터제너레이터(9)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 또한 MTCU(7)는 BMS(1)의 통신부(60)를 통하여 MCU(20)로부터 전달되는 배터리(2)의 SOC를 전달받아 배터리(2)의 SOC가 목표값(예컨대 55%)이 되도록 제어한다. 예를 들면 MCU(20)로부터 전달된 SOC가 55% 이하이면 인버터(8)의 스위치를 제어하여 전력이 배터리(10) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(2)를 충전시키고 이때 배터리의 전류를‘-’값으로 설정할 수 있다. 한편, SOC가 55% 이상이면 인버터(8)의 스위치를 제어하여 전력이 모터제너레이터(9) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(2)를 방전시키고 이때 배터리 전류를 ‘+’값으로 설정할 수 있다.
인버터(8)는 MTCU(7)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)가 충전 또는 방전되도록 한다.
모터 제너레이터(9)는 배터리(2)의 전기에너지를 이용하여 MTCU(7)로부터 전달되는 토크 정보에 기초하여 자동차를 구동한다.
결국 MTCU(7)는 SOC에 기초하여 충방전 할 수 있는 파워만큼 충방전함으로써 배터리(2)가 과충전이나 과방전되는 것을 방지하여 배터리(2)를 효율적으로 오랫동안 사용할 수 있도록 한다. 그러나 배터리(2)가 자동차에 장착된 후에는 배터리(2)의 실제 SOC를 측정하기는 어려우므로, BMS(1)는 센싱부(10)에서 센싱한 배터리 전압, 배터리 전압 및 셀온도등을 이용하여 SOC를 정확하게 추정하여 MTCU(7)에 전달 하여야 한다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 SOH 추정방법을 구체적으로 설명한다.
도2 는 본 발명의 실시예에 따른 센싱부(10) 및 MCU(20)를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 MCU(20)는 센싱부(10)로부터 측정되는 배터리의 온도(T) 및 전류(i)를 이용하여 배터리의 내부저항을 검출한다. 이때, MCU(20)는 SOC 추정부(210), 데이터 저장부(220) 및 SOH 추정부(230)를 포함한다.
SOC 추정부(210)는 배터리의 전류(i)를 센싱부(10)로부터 전달받는다. 그리고, SOC 추정부(210)는 추정 SOC에 대응하는 전류값에 배터리의 전류(i)를 적산하는 방법으로 배터리의 SOC를 추정한다.
데이터 저장부(220)는 주행 및 정차 시 배터리의 상태 정보가 저장된다. 구체적으로, 데이터 저장부(220)는 배터리의 온도(T) 및 추정 SOC에 대응하는 배터리의 내부저항에 관한 제1 테이블을 저장한다. 본 발명의 실시예에 따른 제1 테이블은 실험에 의해 측정된 배터리의 온도(T) 및 추정 SOC와 그에 대응하는 배터리의 내부저항의 관계를 기록한 실험 데이터이다. 그리고, 데이터 저장부(220)는 실험에 의해 측정된 프레시 배터리(fresh battery)의 내부저항을 이용하여 산출된 프레시 배터리(fresh battery)의 전력에 관한 제2 테이블을 저장한다. 구체적으로, 실험에 의해 측정된 프레시 배터리(fresh battery)의 온도에 대응하는 추정 SOC를 검출하 고, 검출된 추정 SOC에 대응하는 프레시 배터리(fresh battery)의 내부저항을 이용하여 프레시 배터리(fresh battery)의 전력을 산출한다. 그리고, 그 결과를 이용하여 제2 테이블을 생성하여 데이터 저장부(220)에 저장한다. 또한, 데이터 저장부(220)는 배터리의 최대 방전 전류(I)의 검출 시 사용되는 키온 시 배터리의 OCV(Vocv)를 저장한다. 그리고, 데이터 저장부(220)는 직전 배터리의 전력을 저장한다. 본 발명의 실시예에 따른 직전 배터리 전력은 직전에 검출한 추정 SOC가 직전 배터리의 온도(T)에 대응하는 제1 SOC 영역에 포함될 때 직전 배터리의 내부저항을 검출하고, 검출된 직전 배터리의 내부저항을 이용하여 산출된 배터리의 전력을 의미한다.
SOH 추정부(230)는 현재 배터리의 온도(T) 및 추정 SOC를 이용하여 배터리의 내부저항을 검출하며, 검출된 내부저항을 이용하여 배터리의 SOH를 판단한다. 구체적으로, SOH 추정부(230)는 현재 배터리의 온도(T)를 센싱부(10)로부터 전달받는다. 그리고, SOH 추정부(230)는 현재 배터리의 추정 SOC를 SOC 추정부(210)로부터 전달받는다. 그러면, SOH 추정부(230)는 추정 SOC가 현재 배터리의 온도(T)에 대응하는 제1 SOC 영역에 포함하는지 판단한다. 이때, SOH 추정부(230)는 추정 SOC가 제2 SOC 영역(I 및 II)에 포함되면, 배터리의 내부저항을 검출하지 않는다. 그러나, SOH 추정부(230)는 추정 SOC가 제1 SOC 영역에 포함되면, 현재 배터리의 온도(T) 및 추정 SOC에 대응하는 배터리의 내부저항을 제1 테이블을 이용하여 검출한다. 이때, SOH 추정부(230)는 배터리의 내부저항을 이용하여 배터리의 최대 방전 전류(I)를 산출하며, 구체적으로, 수학식 1을 이용한다.
Figure 112006080130732-PAT00005
여기서, Vocv는 키온 시 배터리의 OCV이며, Vcutoff는 배터리의 하한전압이며, Rb는 배터리의 내부저항이다. 그리고, SOH 추정부(230)는 산출된 배터리의 최대 방전 전류(I)를 이용하여 배터리의 전력(P)을 산출하며, 구체적으로 수학식 2를 이용한다.
Figure 112006080130732-PAT00006
여기서, I는 배터리의 최대 방전 전류, Vcutoff는 배터리의 하한전압이다. 그러면, SOH 추정부(230)는 산출된 배터리의 전력(P)을 이용하여 배터리의 SOH를 판단한다.
본 발명의 실시예에서는 두 가지 방법을 이용하여 배터리의 SOH를 판단하였으며, SOH 추정부(230)에서 배터리의 SOH를 판단하는 첫번째 방법은 프레시 배터리(fresh battery)의 전력에 대한 배터리의 전력(P)의 비를 제1임계치와 비교하는 것이다. SOH 추정부(230)는 프레시 배터리(fresh battery)의 전력에 대한 배터리의 전력(P)의 비가 제1 임계치 보다 크면, 배터리의 SOH가 정상 범위에 포함되었다고 판단한다. 그러나, SOH 추정부(230)는 프레시 배터리(fresh battery)의 전력에 대한 배터리의 전력(P)의 비가 제1 임계치 보다 작으면, 배터리의 수명이 완료되었다고 판단한다. 그리고, SOH 추정부(230)에서 배터리의 SOH를 판단하는 두번째 방법 은 직전 배터리의 전력에 대한 배터리의 전력(P)의 비를 제2임계치와 비교하는 것이다. SOH 추정부(230)는 직전 배터리의 전력에 대한 배터리의 전력(P)의 비가 제2임계치 보다 크면, 배터리의 SOH가 정상 범위에 포함되었다고 판단한다. 그러나, SOH 추정부(230)는 직전 배터리의 전력에 대한 배터리의 전력(P)의 비가 제2 임계치 보다 작으면, 배터리의 수명이 완료되었다고 판단한다. 본 발명의 실시예에 따른 제1 임계치는 사용 중인 배터리의 전력(P)과 프레시 배터리(fresh battery)의 전력의 비율에 따른 배터리의 SOH를 판단할 수 있도록 실험에 의해 설정된 임계값이며, 사용자의 설정에 따라 임계값은 다른 값을 가질 수 있다. 또한, 제2 임계치도 직전 배터리의 전력과 배터리의 전력(P)의 비율에 따른 배터리의 SOH를 판단할 수 있도록 실험에 의해 설정된 임계값이며, 사용자의 설정에 따라 다른 값을 가질 수 있다.
도3은 본 발명의 실시예에 따라 배터리의 온도(T) 및 SOC에 대응하는 배터리의 내부저항의 일부를 도식화한 그래프이다.
도3에 도시된 바와 같이, 배터리의 온도(T) 및 추정 SOC에 대응하는 배터리의 내부저항의 관계를 나타내는 그래프에서 추정SOC의 영역은 제1 SOC 영역 및 제2 SOC 영역(I 및 II)으로 구분된다. 이때, 제1 및 제2 OCV 영역을 구분하는 기준은 배터리의 온도(T)조건에서 추정 SOC의 변화량에 대한 배터리의 내부저항을 변화량에 따라 결정된다. 본 발명의 실시예에 따라 제1 SOC 영역은 배터리의 추정 SOC의 변화량에 대한 배터리의 내부저항의 변화량이 최소인 추정 SOC 영역이며, 제2 SOC 영역(I 및 II)은 추정 SOC의 변화량에 대한 배터리의 내부저항의 변화량이 제1 SOC 영역의 변화량 보다 큰 추정 SOC 영역으로 설정하였다. 또한, 전체 추정SOC 영역을 0%~100%로 설정했을 때, 추정 SOC 영역(40%~60%)은 제1 SOC 영역으로 설정하였으며, 추정 SOC 영역(00%~40% 및 60%~100%)은 제2 SOC 영역(I 및 II)으로 구분하여 설정하였다. 본 발명의 실시예에 따른 제1 및 제2 SOC 영역으로 설정된 추정 SOC의 구간은 이에 한정되지 않으며, 사용자의 설정에 따라 다른 영역을 가질 수 있다. 구체적으로, 추정 SOC가 현재 배터리의 온도(T)에 대응하는 제1 SOC 영역에 포함되면, 배터리의 온도(T) 및 추정 SOC에 대응하는 배터리의 내부저항을 검출할 수 있으며, 산출된 배터리의 내부저항을 이용하여 배터리의 SOH를 판단할 수 있다. 그러나, 추정 SOC가 제2 SOC 영역(I 및 II)에 포함되면, 추정 SOC의 변화량에 따른 배터리의 내부저항의 변화량이 크기 때문에 배터리의 SOH를 판단하지 않는다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 배터리의 내부저항을 이용한 SOH 추정과정을 나타낸 순서도이다.
먼저, MCU(20)는 현재 배터리의 온도(T)를 전달받는다.(S100) 그리고, MCU(20)는 현재 추정 SOC를 SOC 추정부(210)로부터 전달받는다.(S200) 이때, MCU(20)는 추정 SOC가 현재 배터리의 온도(T)에 대응하는 제1 SOC 영역에 포함되는지 판단한다.(S300)
S300 단계에서 판단 결과, 추정 SOC가 제2 SOC 영역(I 및 II)에 포함되면, MCU(20)는 배터리의 내부저항을 검출하지 않는다. S300 단계에서 판단 결과, 추정 SOC가 제1 SOC 영역에 포함되면, MCU(20)는 현재 배터리의 온도(T) 및 추정 SOC에 대응하는 배터리의 내부저항을 검출한다.(S400) 그리고, MCU(20)는 배터리의 내부 저항을 이용하여 배터리의 최대 방전 전류(I)를 산출하며, 아래 수학식 1을 이용한다.
[수학식 1]
Figure 112006080130732-PAT00007
또한, MCU(20)는 산출된 배터리의 최대 방전 전류(I)를 이용하여 배터리의 전력(P)를 산출하며, 아래 수학식 2를 이용한다.(S500)
[수학식 2]
Figure 112006080130732-PAT00008
MCU(20)는 프레시 배터리(fresh battery)의 전력에 대한 배터리의 전력(P)의 비를 제1 임계치와 비교한다.(S600)
S600 단계에서 비교 결과, MCU(20)는 프레시 배터리(fresh battery)의 전력에 대한 배터리의 전력(P)의 비가 제1 임계치 보다 크면, 배터리의 SOH가 정상 범위에 포함되었다고 판단한다.(S620) 그러나, MCU(20)는 프레시 배터리(fresh battery)의 전력에 대한 배터리의 전력(P)의 비가 제1 임계치 보다 작으면, 배터리의 수명이 완료되었다고 판단한다.(S630)
MCU(20)는 직전 배터리의 전력에 대한 배터리의 전력(P)의 비를 제2 임계치 와 비교한다.(S610)
S610 단계에서 비교 결과, MCU(20)는 직전 배터리의 전력에 대한 배터리의 전력(P)의 비가 제2 임계치 보다 크면, 배터리의 SOH가 정상 범위에 포함되었다고 판단한다.(S640) 그러나, MCU(20)는 직전 배터리의 전력에 대한 배터리의 전력(P)의 비가 제2 임계치 보다 작으면, 배터리의 수명이 완료되었다고 판단한다.(S630)
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 배터리의 추정 SOC가 제1 SOC 영역에 포함될 때 배터리의 내부저항을 검출함으로써, 보다 정확한 배터리의 내부저항을 검출할 수 있으며, 그에 따른 배터리의 SOH도 보다 정확하게 판단할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법은, 배터리의 추정 SOC가 현재 배터리의 온도(T)에 대응하는 제1 SOC 영역에 포함되면, 현재 배터리의 온도(T) 및 추정 SOC에 대응하는 배터리의 내부저항을 검출하여 보다 정확하게 배터리의 SOH를 추정할 수 있다.

Claims (10)

  1. 배터리의 온도, 전압 및 전류를 측정하는 센싱부,
    상기 배터리의 온도, 전압 및 전류를 전달받으며, 추정 SOC가 상기 전달된 배터리의 온도에 대응하는 제1 SOC 영역에 포함되면, 상기 배터리의 온도 및 추정 SOC에 대응하는 배터리의 내부저항을 검출하고, 상기 배터리의 내부저항을 이용하여 배터리의 SOH를 추정하는 MCU를
    포함하는 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 SOC 영역은,
    상기 배터리의 온도 조건에서 상기 배터리의 추정 SOC의 변화량에 대한 상기 배터리의 내부저항의 변화량이 최소인 추정 SOC 영역인 배터리 관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 MCU는,
    Figure 112006080130732-PAT00009
    (여기서, Vocv는 키온 시 배터리의 OCV, Vcutoff는 배터리의 하한전압, Rb는 배터리의 내부저항)을 이용하여 상기 배터리의 최대 방전 전류를 산출하며,
    Figure 112006080130732-PAT00010
    (여기서, I는 배터리의 최대 방전 전류, Vcutoff는 배터리의 하한전압)을 이용하여 상기 배터리의 전력을 산출한 결과를 이용하여 상기 배터리의 SOH를 추정하는 배터리 관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 MCU는,
    프레시 배터리(fresh battery)의 전력에 대한 상기 배터리의 전력의 비가 제1 임계치 보다 크면, 상기 배터리의 SOH가 정상 범위에 포함되었다고 판단하며,
    상기 프레시 배터리(fresh battery)의 전력에 대한 상기 배터리의 전력의 비가 제1 임계치 보다 작으면, 상기 배터리의 수명이 완료되었다고 판단하는 배터리 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 MCU는,
    직전 배터리의 전력에 대한 상기 배터리의 전력의 비가 제2 임계치 보다 크면, 상기 배터리의 SOH가 정상 범위에 포함되었다고 판단하며,
    상기 직전 배터리의 전력에 대한 상기 배터리의 전력의 비가 제2 임계치 보다 작으면, 상기 배터리의 수명이 완료되었다고 판단하는 배터리 관리 시스템.
  6. 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템의 구동방법에 있어서,
    a) 상기 배터리의 추정 SOC가 상기 배터리의 온도에 대응하는 제1 SOC 영역에 포함되는지 판단하는 단계,
    b) 상기 a)단계 판단결과, 상기 추정 SOC가 상기 제1 SOC 영역에 포함되면, 상기 배터리의 온도 및 추정 SOC에 대응하는 배터리의 내부저항을 검출하는 단계, 및
    c) 상기 배터리의 내부저항을 이용하여 배터리의 SOH를 추정하는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 SOC 영역은,
    상기 배터리의 온도 조건에서 상기 배터리의 추정 SOC의 변화량에 대한 상기 배터리의 내부저항의 변화량이 최소인 추정 SOC 영역인 배터리 관리 시스템의 구동방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 b)단계는,
    Figure 112006080130732-PAT00011
    (여기서, Vocv는 키온 시 배터리의 OCV, Vcutoff는 배터리의 하한전압, Rb는 배터리의 내부저항)을 이용하여 상기 배터리의 최대 방전 전류를 산출하며,
    Figure 112006080130732-PAT00012
    (여기서, I는 배터리의 최대 방전 전류, Vcutoff는 배터리의 하한전압)을 이용하여 상기 배터리의 전력을 산출하는 단계를 더 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 c)단계는,
    프레시 배터리(fresh battery)의 전력에 대한 상기 배터리의 전력의 비가 제1 임계치 보다 크면, 상기 배터리의 SOH가 정상 범위에 포함되었다고 판단하며,
    상기 프레시 배터리(fresh battery)의 전력에 대한 상기 배터리의 전력의 비가 제1 임계치 보다 작으면, 상기 배터리의 수명이 완료되었다고 판단하는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 c)단계는,
    직전 배터리의 전력에 대한 상기 배터리의 전력의 비가 제2 임계치 보다 크면, 상기 배터리의 SOH가 정상 범위에 포함되었다고 판단하며,
    상기 직전 배터리의 전력에 대한 상기 배터리의 전력의 비가 제2 임계치 보다 작으면, 상기 배터리의 수명이 완료되었다고 판단하는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
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