KR20140001383A - Apparatus and method thereof for presuming state of charge of battery - Google Patents
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Abstract
Description
실시 예는 배터리의 상태정보 정보에 의거 개방전압 (OCV, Open Circuit Voltage) 또는/및 전류 적산 방식을 이용하여 배터리의 용량 상태(SOC, STATE OF CHARGE)를 추정하는 장치와 방법에 관한 것이다.The embodiment relates to an apparatus and a method for estimating a battery capacity state (SOC, STATE OF CHARGE) using an open circuit voltage (OCV) and / or a current integration scheme based on battery state information.
2차 전지의 용량 상태 (배터리 충전 /방전상태 또는 잔존 용량 상태에서의 SOC, State Of Charge)를 측정하는 방법은 다양하다.There are various methods of measuring the capacity state (SOC, state of charge in a battery charge / discharge state or remaining capacity state) of a secondary battery.
예를 들어, 개방전압 (OCV)에 의한 SOC를 추정하거나, 전류적산법에 의거 SOC를 추정할 수도 있다.For example, the SOC may be estimated by the open voltage (OCV), or the SOC may be estimated based on the current integration method.
이때 전류 적산법에 의한 SOC추정의 단점은 배터리 사용 시점 초기 SOC를 정확히 알기 어렵고, 방전 말기 SOC가 급격히 감소하는 SOC drop 현상으로 인해, 상기 구간에서 SOC 에러(error)가 크게 발생할 수 있다.At this time, the disadvantage of SOC estimation by the current integration method is that it is difficult to know the initial SOC at the time of battery use accurately, and SOC error may occur largely in the section due to the SOC drop phenomenon in which the end SOC decreases rapidly.
한편, OCV에 의한 SOC 추정 방식의 단점은 저온 구간에서 배터리 온도 변화에 대해 OCV 변화가 급격히 일어나 SOC 에러(error)가 커지며, 충전 OCV와 방전 OCV가 Hysteresis 효과에 의해 차이가 발생하고, 이에 따라 OCV-SOC 관계를 적용하는 데 있어서, 충전 전류가 얼마나 흘렀을 때, 충전 시의 OCV-SOC 관계를 어느 정도의 비율로 따르고, 방전 전류가 얼마나 흘렀을 때, 방전 시의 OCV-SOC 관계를 어느 정도의 비율로 따를 것인지를 결정해야 하는 문제가 있다.On the other hand, the disadvantage of the SOC estimation method by OCV is that the OCV changes rapidly with respect to the battery temperature change in the low temperature range, so that the SOC error increases, and the charge OCV and the discharge OCV differ due to the hysteresis effect. In applying the -SOC relationship, when the charging current flows, it follows the OCV-SOC relationship at the time of charging by a certain ratio, and when the discharge current flows, the ratio of the OCV-SOC at the time of discharge to a certain ratio. There is a problem to decide whether to follow.
실시 예서는 배터리의 상태 정보 (분극전압, 전압 값, 동작상태, 배터리의 온도 또는 배터리 전류 흐름)에 의거 전류적산법과 OCV 추정 방식을 선택/조합하여 SOC를 추정하는 것을 제안한다.The embodiment proposes to estimate the SOC by selecting / combining the current integration method and the OCV estimation method based on the battery state information (polarization voltage, voltage value, operating state, battery temperature or battery current flow).
실시 예서는 배터리의 초기 SOC 측정을 OCV 방식에 의거 수행하는 것을 제안한다.The embodiment proposes to perform the initial SOC measurement of the battery based on the OCV method.
실시 예에서는 미리 정한 배터리의 온도 이하에서는 전류 적산법에 의거하여 SOC를 추정하고, 미리 정한 배터리의 온도 이상에서는 OCV에 의거한 SOC를 추정하며, 미리 정한 온도 범위에서는 전류적산법 및 OCV에 의한 방식을 미리 정한 비율로 적용하며, 그 비율은 온도에 의거 가변 적용되면서 SOC가 추정되는 것을 제안한다. In the embodiment, the SOC is estimated based on the current integration method below the predetermined temperature of the battery, the SOC is estimated based on the OCV above the predetermined temperature of the battery, and the current integration method and the OCV method are preset in the predetermined temperature range. It is suggested that the SOC is estimated as the ratio is applied based on temperature.
실시 예에서는 OCV에 의한 SOC 추정을 진행하는 중에 충전/방전 전환에 따라 전류의 방향이 변하거나 또는 전류의 흐름이 중단되는 경우에는 전류 적산법에 의거 SOC를 추정하는 것을 제안한다.The embodiment proposes to estimate the SOC based on the current integration method when the direction of the current changes or the flow of the current is interrupted according to the charge / discharge switching during the SOC estimation by the OCV.
실시 예에서는 전류적산법에 의한 SOC추정을 진행하는 중에 배터리의 온도가 올라가는 경우에는, 적산전류 방식에 의한 추정 비율은 줄이고, OCV방식에 의한 추정 비율은 증가시키는 것을 제안한다. In the embodiment, when the temperature of the battery rises while the SOC estimation is performed by the current integration method, it is proposed to reduce the estimated ratio by the integrated current method and increase the estimated ratio by the OCV method.
실시 예에 따른 배터리 용량 상태 추정 장치는, 배터리의 전압 값을 측정하는 전압 센싱부와; OCV 및 전류 적산법에 의한 SOC 추정 방식 중에서, 미리 정한 배터리의 온도 이하에서는 전류 적산법에 의거한 SOC를 추정하고, 미리 정한 배터리의 온도 이상에서는 OCV에 의거한 SOC를 추정하며, 미리 정한 배터리 온도 범위에서는 전류적산법 및 OCV에 의한 추정을 미리 정한 비율에 의거 수행되도록 설정하기 위해, 배터리의 온도를 측정하는 온도 센싱부와; 상기 OCV 및 전류 적산법에 의한 SOC 추정 방식 중에서, OCV에 의한 SOC추정을 진행 중에 전류의 방향이 변하거나 흐름이 중단되면 전류 적산법으로 전환하기 위해 전류의 방향을 측정하는 전류 센싱부와; 배터리 온도, 전압값, 전류값, 전류 방향 및 배터리 사용시간 중에서 적어도 하나의 요소에 대한 SOC 적용을 위한 관련 테이블이 저장되어 있는 메모리부와; 상기의 각 경우에 대해 제어부의 제어를 받아 SOC를 추정하는 SOC 추정부와; An apparatus for estimating battery capacity state according to an embodiment may include: a voltage sensing unit measuring a voltage value of a battery; In the SOC estimation method using the OCV and current integration method, the SOC based on the current integration method is estimated below the predetermined battery temperature, and the SOC based on the OCV is estimated above the predetermined battery temperature. A temperature sensing unit for measuring the temperature of the battery to set the current integration method and the estimation by the OCV to be performed based on a predetermined ratio; A current sensing unit for measuring the direction of the current to switch to the current integration method when the direction of the current changes or the flow is interrupted while the SOC estimation by the OCV is in progress, among the SOC estimation methods by the OCV and the current integration method; A memory unit storing an associated table for applying an SOC to at least one of a battery temperature, a voltage value, a current value, a current direction, and a battery use time; An SOC estimator for estimating the SOC under the control of the controller in each of the above cases;
사용자 명령을 입력 및 추정된 SOC 결과를 출력하는 입력부/표시부; 및 상기 각 구성들을 제어 및 미리 정한 배터리의 동작 시점에는 OCV에 의한 SOC 추정이 수행되도록 제어하는 제어부;를 포함한다.An input unit / display unit for inputting a user command and outputting an estimated SOC result; And a controller for controlling the components and controlling SOC estimation by OCV at a time point of operation of a predetermined battery.
실시 예에 따른 배터리 용량 상태 추정 방법은, OCV 방식에 의거 배터리의 초기 SOC가 추정되는 단계; 배터리의 온도가 미리 정한 온도 이하인 경우에는 전류 적산법 방식에 의거 SOC가 추정되는 단계; 배터리의 온도가 미리 정한 온도 범위인 경우에는, 상기 온도 변화에 대응되어 전류 적산법 방식 및 OCV방식이 미리 정한 비율로 가변 적용 되면서 SOC가 추정되는 단계; 및 배터리의 온도가 미리 정한 온도 이상인 경우에는 OCV 방식에 의거 SOC가 추정되는 단계;를 포함한다.The battery capacity state estimation method may include estimating an initial SOC of a battery based on an OCV method; Estimating the SOC based on the current integration method when the temperature of the battery is less than or equal to a predetermined temperature; If the temperature of the battery is a predetermined temperature range, the SOC is estimated while the current integration method and the OCV method are variably applied at a predetermined ratio in response to the temperature change; And estimating the SOC based on the OCV method when the temperature of the battery is greater than or equal to a predetermined temperature.
실시 예서는 배터리의 상태 정보 (분극전압, 전압 값, 동작상태, 배터리의 온도 또는 배터리 전류 흐름)에 의거 전류적산법과 OCV 추정 방식을 선택/조합하여 배터리의 SOC를 추정함으로 정확도를 높일 수 있다.The embodiment can increase accuracy by estimating the SOC of the battery by selecting / combining the current integration method and the OCV estimation method based on the battery state information (polarization voltage, voltage value, operating state, battery temperature or battery current flow).
실시 예에서는 배터리가 미리 정한 시간 동안 사용되지 않아, 예를 들어 분극 전압이 없거나 미리 정한 이하의 분극전압 인 경우에는 배터리 SOC를 OCV 추정 방식으로 구하여 초기 SOC로 설정함으로써 정확한 SOC를 구할 수 있다.In the embodiment, since the battery is not used for a predetermined time, for example, when there is no polarization voltage or the polarization voltage is less than a predetermined value, the accurate SOC can be obtained by setting the initial SOC by obtaining the battery SOC by the OCV estimation method.
실시 예에서는 미리 정한 배터리의 온도 이하에서는 전류 적산법에 의거한 SOC를 추정하고, 미리 정한 배터리의 온도 이상에서는 OCV에 의거한 SOC를 추정하며, 미리 정한 온도 범위에서는 전류적산법 및 OCV에 의한 추정을 미리 정한 비율에 의거 수행하여 SOC의 정확도를 높일 수 있다.According to the embodiment, the SOC is estimated based on the current integration method below the predetermined temperature of the battery, the SOC based on the OCV is estimated above the temperature of the predetermined battery, and the current integration method and the estimation by the OCV are preset in the predetermined temperature range. The accuracy of the SOC can be increased by performing the ratio according to the set ratio.
실시 예에서는 OCV에 의한 SOC추정을 진행 중에 충전/방전의 전환과 같이 전류의 방향이 변하거나 흐름이 중단되면 전류 적산법에 의한 SOC 추정을 통해 정확한 SOC추정을 할 수 있으며, 배터리의 사용에 따라 배터리의 온도값이 상승하는 경우에는, OCV 및 전류 적산법에 의한 SOC 추정 방식 중에서 상기 OCV에 의한 SOC 추정을 메인 비율로 적용(전류적산법에 의한 추정 비율을 줄이고, OCV에 의한 추정 비율을 높임)하여 정확도를 높일 수 있다.According to the embodiment, when the direction of the current changes or the flow is interrupted such as switching the charge / discharge during the SOC estimation by the OCV, the accurate SOC estimation can be performed through the SOC estimation by the current integration method. When the temperature value increases, the SOC estimation by the OCV is applied as the main ratio among the OCV and SOC estimation methods by the current integration method (reduce the estimation ratio by the current integration method and increase the estimation ratio by the OCV). Can increase.
도 1은 실시 예에 따른 배터리의 상태를 확인하는 각 구성들을 나타낸 블록도
도 2는 실시 예에 따라 OCV에 의한 SOC를 추정 및 온도에 따른 SOC 추정을전체적으로 나타내는 흐름도
도 3은 배터리 온도에 따른 적산적류 방식 및 OCV방식 사용과 그 적용 비율의 예를 나타낸 흐름도
도 4는 OCV에 의한 SOC추정을 진행 중에 충전/방전으로의 전환등에 의거 전류의 방향이 변하거나 흐름이 중단되면 전류 적산법으로 전환하여 SOC를 추정하고, 배터리의 사용으로 인해 온도가 올라가는 경우에는 상기 표 1에 나타난 바와 같이 OCV 방식에 의한 비율을 점점 증가시키어 SOC를 추정하는 것을 나타내는 흐름도1 is a block diagram illustrating respective components for checking a state of a battery according to an exemplary embodiment.
FIG. 2 is a flowchart illustrating SOC estimation based on OCV and SOC estimation based on temperature according to an embodiment.
Figure 3 is a flow chart showing an example of the integrated integration method and OCV method usage and its application rate depending on the battery temperature
Figure 4 shows the estimation of the SOC by switching to the current integration method when the direction of the current is changed or the flow is interrupted based on the conversion to charge / discharge, etc. during the SOC estimation by OCV, when the temperature rises due to the use of the battery Flowchart showing estimating SOC by gradually increasing the ratio by OCV method as shown in Table 1.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 배터리 용량 상태(SOC) 추정 장치 및 방법을 설명한다.Hereinafter, a battery capacity state (SOC) estimating apparatus and method will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이는 해당되는 실시 예 설명부분에서 상세히 그 동작 및 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 동작/의미로서 본 실시 예를 파악하여야 됨을 밝혀두고자 한다.First, the terms used in the embodiments of the present invention are selected as general terms that are widely used at present, but in some cases, the terms selected by the applicant are arbitrarily selected. , It should be understood that the present embodiment should be grasped as an operation / meaning of a term that is not a name of a simple term.
실시 예의 설명에 있어서, 용량 상태 (SOC, State Of Charge)는 배터리의 충전/방전상태 또는 배터리의 잔존 용량상태를 포함하는 의미이며, 각각의 상태에서의 배터리의 용량상태를 나타내는 것이다.In the description of the embodiment, the state of charge (SOC) is a meaning including a charge / discharge state of the battery or a remaining capacity state of the battery, and indicates the capacity state of the battery in each state.
또한 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성 간에 연결, 접속 또는 접촉되었다 함은 이는 직접적으로 연결 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 구성, 다른 매체 또는 다른 소자 등을 통한 기구적 연결, 전기적 연결 또는 유/무선 연결된 경우도 포함된다.Also, in the description of the embodiments, the connections, connections, or contacts between the components means that they are not only directly connected, but also include mechanical connections, electrical connections, or connections through other components, / Wireless connection is also included.
실시 예에서, 충전과 방전의 구분은 배터리 내부의 분극전압에 의거 결정될 수도 있으며, 분극 전압의 극성은 전류 방향에 따라 값이 누적되어 결정된다. 전류가 방전(-)극성을 가지고 있을 경우에는 분극 전압에는 (-)값이 누적되고, 전류가 충전(+)극성일 경우에는 분극 전압에는 (+)값이 누적된다.In an embodiment, the division of the charge and the discharge may be determined based on the polarization voltage inside the battery, and the polarity of the polarization voltage is determined by accumulating values according to the current direction. When the current has negative (-) polarity, negative (-) values accumulate. When the current is positive (+) polarity, positive polarity accumulates.
그리고 전류의 흐름이 없을 경우에는 분극 전압의 값은 0으로 수렴하게 된다. 분극 전압의 값이 0이 되었을 경우에는 직전의 최종 극성으로 SOC를 유지시킨다When there is no current flow, the polarization voltage converges to zero. When the value of the polarization voltage becomes zero, the SOC is maintained at the last polarity
부연하면, 충전과 방전 상태를 구분할 때, 단순히 현재 전류의 방향을 기준으로 할 수도 있으나, 이 경우에는 배터리 내부의 상태를 충분히 반영하지 못할 수도 있다. 동일한 배터리 용량상태(SOC)에서 기준이 되는 개방전압(OCV: Open Circuit Voltage)이 다르기 때문에 단순히 전류를 기준으로 하면 전류가 변하는 시점에서 배터리 용량 상태(SOC)가 크게 변하게 된다. In other words, when distinguishing between the charging and discharging state, it may be simply based on the current direction, but in this case, it may not sufficiently reflect the state inside the battery. Since the OCV (Open Circuit Voltage), which is a reference in the same battery capacity state (SOC), differs greatly, the battery capacity state (SOC) greatly changes when the current is changed based on the current.
예를 들어, 30분간 15A의 전류로 충전을 하다가 10초간 1A로 방전한 경우 전류의 최종 방향은 방전이지만 배터리 내부의 용량 상태(SOC)는 충전에 더 가깝게 나타난다. 이렇게 배터리의 충전과 방전 상태를 결정할 때는 전류의 크기와 전류의 지속 시간을 충분히 고려해야만 한다. 따라서 본 발명의 다른 실시 예로써 이러한 기준에 충족하는 부분을 배터리 내부의 분극전압 성분으로 결정하여 충전과 방전의 상태를 결정하도록 하였다. 분극 전압은 배터리 내부 성분으로 전류의 극성과 지속 시간에 따라 변하게 된다.For example, if the battery is charged at 15A for 30 minutes and then discharged at 1A for 10 seconds, the final direction of current is discharge but the state of charge (SOC) inside the battery is closer to charging. When determining the state of charging and discharging of the battery, the magnitude of the current and the duration of the current must be fully considered. Therefore, according to another embodiment of the present invention, the part meeting the criteria is determined as the polarization voltage component inside the battery to determine the states of charge and discharge. The polarization voltage is the internal component of the battery, which changes with the polarity and duration of the current.
이하 도 1은 실시 예에 따른 배터리의 상태를 확인하는 각 구성들을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram illustrating respective components for checking a state of a battery according to an exemplary embodiment.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 용량 추정 방법은, 배터리(100)부와, 부하(107) 및 각각의 구성들을 통해 구현될 수 있다.Referring to FIG. 1, the battery capacity estimating method according to an embodiment of the present disclosure may be implemented through the
상기 배터리(100)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 재충전이 가능하고 충전상태를 고려해야 하는 리튬 이온전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등을 포함하여 구성할 수 있다.The type of the
상기 부하(107)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 비디오 카메라, 휴대용 전화기, 휴대용 PC, PMP, MP3플레이어 등과 같은 휴대용 전자기기, 자동차나 전기/하이브리드 자동차의 모터, DC to DC 컨버터 등이 포함될 수 있다.The type of the
또한 도 1의 구성에는, 배터리의 분극 전압 또는/및 전압 값을 측정하는 전압 센싱부(101)와; OCV 및 전류 적산법에 의한 SOC 추정 방식 중에서, 미리 정한 배터리의 온도 이하에서는 전류 적산법에 의거한 SOC를 추정하고, 미리 정한 배터리의 온도 이상에서는 OCV에 의거한 SOC를 추정하며, 미리 정한 온도 범위에서는 전류적산법 및 OCV에 의한 추정을 미리 정한 비율에 의거 수행되도록 설정하기 위해, 배터리의 온도를 측정하는 온도 센싱부 (102)와; 상기 OCV 및 전류 적산법에 의한 SOC 추정 방식 중에서, OCV에 의한 SOC추정을 진행 중에 전류의 방향이 변하거나 흐름이 중단되면 전류 적산법으로 전환하기 위해 전류의 방향을 측정하는 전류 센싱부(103)와; 배터리 온도, 전압값, 전류값, 전류 방향 및 배터리 사용시간 중에서 적어도 하나의 요소에 대한 SOC 적용을 위한 관련 테이블이 저장되어 있는 메모리부(104)와; 상기의 각 경우에 대해 제어부의 제어를 받아 SOC를 추정하는 SOC 추정부 (109)와; 사용자 명령을 입력 또는 추정된 SOC 결과를 출력하는 입력부/표시부 (106); 및 상기 각 구성들을 제어 및 미리 정한 배터리의 사용 시점에는 OCV에 의한 SOC 추정이 수행되도록 제어하는 제어부(105);를 포함하여 동작된다.In addition, the configuration of Figure 1, the
상기와 같은 구성들을 통해, 본 실시 예에서는 배터리의 상태 정보(분극전압, 전압 값, 동작상태, 배터리의 온도 또는 배터리 전류 흐름)에 의거 전류적산법과 OCV 추정 방식을 선택/조합하여 배터리의 SOC를 추정의 정확도를 높일 수 있다.Through the above configurations, the present embodiment selects / combines the current integration method and the OCV estimation method based on the state information of the battery (polarization voltage, voltage value, operating state, battery temperature, or battery current flow). The accuracy of the estimate can be increased.
도 2는 배터리가 미리 정한 시간 동안 사용되지 아니한 상태, 또는 배터리의 분극 전압을 측정한 결과, 분극전압이 없거나 미리 정한 이하의 분극전압 인 경우에는, OCV 및 전류 적산법에 의한 SOC 추정 방식 중에서 상기 OCV 방식에 의거 초기 SOC를 추정하고, 미리 정한 배터리 온도 이하(-10도 이하)경우에는 상기 전류 적산법에 의한 SOC를 추정하고, 미리 정한 중간온도 ( -10도 ~ 0도)에서는 전류적산법과 OCV방식을 조합하여 추정하며, 미리 정한 배터리 온도 이상((0도)경우에는 상기 OCV에 의한 SOC를 추정하는 것을 전체적으로 나타내는 흐름도이다.FIG. 2 shows the OCV in the SOC estimation method using the OCV and the current integration method in the case where the battery is not used for a predetermined time or when the polarization voltage of the battery is measured and there is no polarization voltage or the polarization voltage is less than the predetermined value. The initial SOC is estimated based on the method, and when the battery temperature is lower than the predetermined battery temperature (-10 degrees or less), the SOC is estimated by the current integration method, and the current integration method and the OCV method are performed at the predetermined intermediate temperature (-10 degrees to 0 degrees). Are estimated in combination with each other. If the battery temperature is equal to or greater than a predetermined battery temperature (0 degrees), the SOC based on the OCV is estimated.
상기 미리 정한 각 온도들은 하나의 실시 예로써, 각 나라의 기후 사정이나 배터리의 상태에 의거 변경될 수 있다.Each of the predetermined temperatures may be changed according to the climate of each country or the state of the battery as an embodiment.
본 발명에서 나타내고자 하는 사항은 배터리 온도에 의거 전류 적산 방식 또는/및 OCV방식을 독자적으로 사용 또는 조합하여 SOC를 추정한다는 것이다.The present invention is to estimate the SOC by using or combining the current integration method and / or OCV method independently based on the battery temperature.
일반적으로 하이브리드 전기 차량이나 고전압 배터리를 사용하는 전기 차량에서는 배터리의 SOC를 파악하는 것이 매우 중요하며, 또한 주행 중에 배터리의 용량상태, 예를 들어 잔존 용량을 파악하여 운전자에게 알려 주어야된다.In general, in a hybrid electric vehicle or an electric vehicle using a high voltage battery, it is very important to know the SOC of the battery, and also to inform the driver of the battery capacity, for example, the remaining capacity while driving.
주행 중에 배터리의 SOC를 계산하는 방법으로는 충전 및 방전 전류량을 측정하여 현재의 SOC를 계산하는 것이 통상적으로 이용되고 있는데, 기준이 되는 특정 SOC에서 측정되고 있는 충/방전 전류량을 적산하여 현재의 SOC를 추정 및 갱신하게 된다.As a method of calculating the SOC of the battery while driving, it is commonly used to calculate the current SOC by measuring the amount of charge and discharge current. The current SOC is calculated by integrating the amount of charge / discharge current measured in a specific SOC as a reference. It is estimated and updated.
이와 같이 SOC를 계산하는 과정에서는 충/방전 전류량을 적산하기 위한 기준이 되는 SOC를 적절하게 설정, 즉 주행에 앞서 배터리의 SOC(잔존 용량) 초기값(이하, '초기 SOC'라 칭함)을 적절하게 설정하는 기술이 필요하며, 본 실시 예에서는 오픈회로전압(Open Circuit Voltage; 이하, 'OCV'라 칭함)을 이용하여 초기 SOC를 추정 한다. (S 201).In the process of calculating the SOC, the SOC, which is a reference for integrating the charge / discharge currents, is appropriately set, that is, the initial value of the SOC (remaining capacity) of the battery (hereinafter referred to as 'initial SOC') prior to driving is appropriately set. In this embodiment, an initial SOC is estimated using an open circuit voltage (hereinafter, referred to as an 'OCV'). (S 201).
여기에서 OCV에 의한 초기 SOC의 추정은 배터리가 적어도 2시간 이상 Turn-off 상태로 유지된 상태에서 초기 측정한 경우를 예를 들어 설명한다. 또한 분극 전압이 없거나 그에 가까운 상태에서 측정한 SOC값을 초기 SOC로 설정한다.Here, the estimation of the initial SOC by the OCV will be described using an example of the initial measurement while the battery is kept turned off for at least two hours. In addition, the SOC value measured in the absence or near polarization voltage is set as the initial SOC.
다시 말해, 차량을 동작하기 전 또는 차량의 시동키를 온(key on)시킨 직후 OCV를 측정하여 그로부터 SOC를 추정하고, 이때의 추정된 SOC를 적산 기준이 되는 초기 SOC로 설정하여 그 이후의 충/방전 전류량을 적산함으로써 현재의 SOC를 갱신하게 되는 것이다. In other words, before operating the vehicle or immediately after the vehicle's ignition key is turned on, the OCV is measured to estimate the SOC therefrom, and the estimated SOC is set as the initial SOC that is the integration reference, and the subsequent charging is performed. The current SOC is updated by integrating the amount of discharge current.
실시 예에서는 배터리의 온도가 저온인 상태 (예를 들어 -10도 이하)경우에는 상기 전류 적산법에 의한 SOC를 추정하고, 미리 정한 중간온도 ( 예를 들어 -10도 ~ 0도)에서는 전류적산법과 OCV방식을 조합하여 추정하며, 미리 정한 배터리 온도 이상((예를 들어 0도)경우에는 상기 OCV에 의한 SOC를 추정하도록 한다. (S 203, S 205, S 207)In the embodiment, when the temperature of the battery is low (for example, -10 degrees or less), the SOC is estimated by the current integration method, and at a predetermined intermediate temperature (for example, -10 degrees to 0 degrees), The combination of the OCV method is used to estimate the SOC based on the OCV if the battery temperature is above a predetermined temperature (eg 0 degrees) (S 203, S 205, S 207).
도 2에 나타난 바와 같이, 차량의 시동키가 온(key on) 되면, 이때 측정되는 OCV로부터 초기 SOC를 추정하고, 이후 충/방전되는 전류량을 적산하는 전류적산법에 의해 현재의 SOC를 갱신한다.As shown in FIG. 2, when the ignition key of the vehicle is turned on, the initial SOC is estimated from the OCV measured at this time, and the current SOC is updated by a current integration method that integrates the current amount charged / discharged thereafter.
배터리 SOC 추정과정에서 전류적산법에 의한 SOC를 계산하는 식은 하기 수학식 (1)과 같다.The equation for calculating the SOC by the current integration method in the battery SOC estimation process is shown in Equation (1) below.
그러나, 여러 실험 및 논문에 따르면 OCV는 온도, 시간 경과에 따라 변하므로 단순히 OCV 값을 계속 측정하여 SOC를 추정하는 것은 신뢰성이 떨어진다고 할 수 있다.However, according to several experiments and papers, it is not reliable to estimate SOC simply by continuously measuring OCV values because OCV changes with temperature and time.
또한 OCV는 배터리가 충/방전되는 상황에서는 알 수가 없을 뿐만 아니라, 충/방전이 완료되고 나서 일정 시간 (보통 2 ~ 3시간 이상)이 지나지 않으면 배터리 내부의 화학작용이 안정화되지 않으므로 그동안에는 SOC를 OCV 기반으로 추정할 수가 없다.In addition, OCV is not known when the battery is being charged or discharged, and since the chemistry inside the battery is not stabilized after a certain time (usually 2-3 hours or more) after charging / discharging is completed, SOC It cannot be estimated based on OCV.
따라서, 충분한 시간 동안 충/방전이 정지되어 있었다는 가정(배터리 내부의 화학작용이 안정화됨을 가정)하에 시동 키 온 직후 OCV를 측정한 뒤 그로부터 초기 SOC를 추정하고 이후 충/방전 전류량을 적산하여 현재의 SOC를 갱신하고 있다.Therefore, under the assumption that charging / discharging has been stopped for a sufficient time (assuming that the internal chemistry of the battery is stabilized), the OCV is measured immediately after the start-up key on, the initial SOC is estimated therefrom, and then the charge / discharge current is integrated to Updating SOC.
한편, 전류적산법은 SOC 추정에 매우 유용한 방법이긴 하지만, 시동 직후 OCV로부터 얻은 초기 SOC를 사용하여 차량이 운행되는 충/방전 동안의 전류량을 계속해서 적산하기 때문에, 배터리 충/방전효율, 온도, 사용기간(배터리 노후상태 등에 따른 전압값이 떨어짐등) 등으로 인해 오차가 점차 발산하거나 0으로 수렴한다.On the other hand, the current integration method is very useful for SOC estimation, but since it uses the initial SOC obtained from OCV immediately after starting, it continuously accumulates the amount of current during charging / discharging of the vehicle. The error gradually diverges or converges to zero due to the period (voltage drop due to battery aging, etc.).
특히, 충/방전이 반복되는 동안 배터리에서 실제 충/방전효율의 변화가 있게 되고, 주행 중에 충/방전이 빈번하게 발생하는 상황이 지속되면 시동 직후 초기 SOC로부터 적산하여 갱신되는 SOC는 충/방전이 진행될수록 실제값과 점차 차이가 나게 된다.In particular, when the charging / discharging is repeated, the actual charging / discharging efficiency changes in the battery, and when the charging / discharging frequently occurs during driving, the SOC that is accumulated and updated from the initial SOC immediately after startup is charged / discharged. As it progresses, the actual value is gradually different.
따라서 배터리의 저온 구간(-10도 이하)에서는 전류적산법을 적용하여, OCV 추정 방식의 단점을 극복하고, 배터리를 사용함에 따라 배터리 온도가 일정 온도 이상 상승(0도 이상)하면, OCV 추정 방석을 사용하며, 중간 온도(-10도~0도)에서는 전류적산법으로 구한 SOC의 일정 비율과 OCV 추정 방식으로 구한 SOC의 일정 비율을 합하여 SOC를 구하여 정확도를 높일 수 있다.Therefore, in the low temperature range of the battery (-10 degrees or less), the current integration method is applied to overcome the shortcomings of the OCV estimation method, and when the battery temperature rises above a certain temperature (more than 0 degrees) as the battery is used, an OCV estimation cushion is generated. At the intermediate temperature (-10 degrees to 0 degrees), the SOC can be increased by adding a certain ratio of SOC obtained by current integration and a certain ratio of SOC obtained by OCV estimation.
(SOC = A x SOC_전류적산 + B x SOC_OCV추정, A+B =1)(SOC = A x SOC_current integration + B x SOC_OCV estimate, A + B = 1)
또한 OCV 방식 적용 중, 전류의 방향이 반대로 변하거나 (충전/방전) 흐름이 중단되면, 전류 적산법으로 전환하고 (SOC = A x SOC_전류적산 + B x SOC_OCV추정, A=1, B=0), 시간이 흐름에 따라 (예를 들어 배터리를 사용함에 따라, 또는 배터리의 전압이 미리 정한 값 이하로 되는 경우 등) A는 낮추고, B는 증가시켜 전류적산법에 의존하는 비율은 줄이고, OCV추정 방식에 의존하는 비율은 높여서 추정한다.Also, if the direction of current is reversed (charge / discharge) or the flow stops while applying OCV method, switch to current integration method (SOC = A x SOC_current integration + B x SOC_OCV estimation, A = 1, B = 0 As time goes by (e.g. as the battery is used, or when the voltage of the battery is below a predetermined value), A is decreased, B is increased to reduce the rate of dependence on the current integration method, and OCV estimation The ratio depending on the method is estimated by increasing.
본 발명의 실시 예에서의 배터리 온도에 따른 전류 적산 방식 및 OCV방식 사용 및 적용 비율의 예는 다음과 같다.Examples of the current integration method and the OCV method use and application ratio according to the battery temperature in the embodiment of the present invention are as follows.
도 3은 배터리 온도에 따른 적산적류 방식 및 OCV방식 사용과 그 적용 비율의 예를 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating an example of using the integrated accumulation method and the OCV method according to the battery temperature, and an application ratio thereof.
좀 더 구체적으로는, 저온 구간 (예를 들어 -10도 이하)에서는 전류적산법을 적용하여, OCV 추정 방식의 단점을 극복하고, 배터리를 사용함에 따라 배터리 온도가 미리 정한 온도 이상 상승하면, OCV 추정 방식을 사용하며, 미리 정한 온도 범위에서는 전류적산법으로 구한 SOC의 미리 정한 비율과 OCV 추정 방식으로 구한 SOC의 미리 정한 비율을 합하여 (SOC = A x SOC_전류적산 + B x SOC_OCV추정, A+B =1), SOC를 구하여 정확도를 높이는 것을 나타내는 흐름도이다.More specifically, in the low temperature region (for example, -10 degrees or less), the current integration method is applied to overcome the disadvantage of the OCV estimation method, and when the battery temperature rises above a predetermined temperature as the battery is used, the OCV estimation is performed. In the pre-determined temperature range, the SOC obtained by the current integration method and the SOC obtained by the OCV estimation method are summed (SOC = A x SOC_current integration + B x SOC_OCV estimation, A + B). = 1), which is a flowchart showing improvement in accuracy by obtaining an SOC.
상기에서 온도에 따라 서로의 비율이 조정될 수 있다.In the above, the ratio of each other can be adjusted according to the temperature.
도 3을 참고하여 설명한다.It demonstrates with reference to FIG.
배터리의 온도를 측정한다. (S 301).Measure the temperature of the battery. (S 301).
상기 측정된 배터리의 온도가 미리 정한 온도 이하인 경우에는 전류 적산법에 의거 SOC가 추정된다. (S 303, S 305).If the measured temperature of the battery is below a predetermined temperature, the SOC is estimated based on the current integration method. (S 303, S 305).
한편, 상기 단계 판단 결과, 배터리의 온도가 미리 정한 온도 이하가 아닌 경우에는 배터리의 온도가 미리 정한 온도 범위인지 확인을 하거나, 또는 배터리의 사용으로 인해 온도가 올라가 배터리의 온도가 미리 정한 온도 범위가 되었는지를 확인한다. (S 307).On the other hand, as a result of the step determination, if the temperature of the battery is not less than the predetermined temperature, check whether the temperature of the battery is a predetermined temperature range, or if the temperature rises due to the use of the battery, the temperature range of the predetermined temperature range Check if it is (S 307).
상기 확인 결과, 배터리의 온도가 미리 정한 온도 범위 내이면, 전류적산법으로 구한 SOC의 미리 정한 비율과 OCV 추정 방식으로 구한 SOC의 미리 정한 비율을 합하여 (SOC = A x SOC_전류적산 + B x SOC_OCV추정, A+B =1), SOC를 구한다. (S 309).As a result of the above check, if the temperature of the battery is within a predetermined temperature range, the predetermined ratio of SOC obtained by the current integration method and the predetermined ratio of SOC obtained by the OCV estimation method are summed (SOC = A x SOC_current integration + B x SOC_OCV). Estimate, A + B = 1) and SOC. (S 309).
한편, 상기 확인 결과 배터리의 온도가 미리 정한 온도 범위가 아니면, 배터리의 온도가 미리 정한 온도 이상인지를 확인하여 OCV에 의한 SOC를 추정한다. (S 311, S 313)).On the other hand, if the temperature of the battery is not a predetermined temperature range as a result of the check, it is confirmed whether the temperature of the battery is more than the predetermined temperature to estimate the SOC by OCV. (S 311, S 313)).
도 4는 OCV에 의한 SOC추정을 진행 중에 충전/방전으로의 전환 등에 의거 전류의 방향이 변하거나 흐름이 중단되면 전류 적산법으로 전환하여 SOC를 추정하고, 배터리의 사용으로 인해 온도가 올라가는 경우에는 상기 표 1에 나타난 바와 같이 OCV 방식에 의한 비율을 점점 증가시키어 SOC를 추정하는 것을 나타내는 흐름도이다. FIG. 4 shows the SOC estimation by switching to the current integration method when the direction of the current is changed or the flow is interrupted based on the switching to charging / discharging during the SOC estimation by the OCV, and the temperature rises due to the use of the battery. As shown in Table 1, it is a flowchart showing estimating SOC by gradually increasing the ratio by the OCV method.
도 4를 참고하면, OCV 방식에 의거하여 배터리의 SOC를 추정한다. (S 401).Referring to FIG. 4, the SOC of the battery is estimated based on the OCV method. (S 401).
상기 OCV 방식에 의거한 SOC를 추정중에 전류의 방향이 반대로 변하거나 흐름이 중단되면, 전류적산법으로 전환하여(SOC = A x SOC_전류적산 + B x SOC_OCV추정, A=1, B=0) SOC를 추정한다. (S 403, S 405)If the direction of the current is reversed or the flow stops while estimating the SOC based on the OCV method, it is switched to the current integration method (SOC = A x SOC_current integration + B x SOC_OCV estimation, A = 1, B = 0). Estimate the SOC. (S 403, S 405)
이후 배터리의 사용 등에 따라 배터리의 온도가 상승하는 경우에는 OCV방식에 의한 비율을 증가시키고 전류 적산법에 의거한 비율을 줄여서 SOC를 추정한다. (S 407, S 409)After that, when the temperature of the battery increases due to the use of the battery, the SOC is estimated by increasing the ratio based on the OCV method and decreasing the ratio based on the current integration method. (S 407, S 409)
부연하면, 시간이 흐름에 따라 배터리의 온도가 상승함에 따라 전류적산법에 의한 비율은 낮추고, OCV에 의한 비율은 증가시킨다.In other words, as the temperature of the battery increases with time, the ratio by the current integration method is lowered and the ratio by the OCV is increased.
상기 실시 예에 의한 배터리 용량 상태 추정 방법은, 일반적인 배터리 용량 추정에도 적용할 수 있다.The battery capacity state estimation method according to the embodiment can also be applied to general battery capacity estimation.
예를 들어, 상기 배터리(100)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 재충전이 가능하고 충전상태를 고려해야 하는 리튬 이온전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등에도 적용 가능하다.For example, the type of the
또한 본 실시 예의 기술적은 사상은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 해석된다. Further, the technical idea of the present embodiment is not limited to the above-described embodiment and the attached drawings, but is construed according to the appended claims.
따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims, As will be described below.
101 : 전압 센싱부, 102 : 온도 센싱부, 103 : 전류 센싱부, 104: 메모리부, 105: 제어부101: voltage sensing unit, 102: temperature sensing unit, 103: current sensing unit, 104: memory unit, 105: control unit
Claims (11)
OCV 및 전류 적산법에 의한 SOC 추정 방식 중에서, 미리 정한 배터리의 온도 이하에서는 전류 적산법에 의거한 SOC를 추정하고, 미리 정한 배터리의 온도 이상에서는 OCV에 의거한 SOC를 추정하며, 미리 정한 배터리 온도 범위에서는 전류적산법 및 OCV에 의한 추정을 미리 정한 비율에 의거 수행되도록 설정하기 위해, 배터리의 온도를 측정하는 온도 센싱부와;
상기 OCV 및 전류 적산법에 의한 SOC 추정 방식 중에서, OCV에 의한 SOC추정을 진행 중에 전류의 방향이 변하거나 흐름이 중단되면 전류 적산법으로 전환하기 위해 전류의 방향을 측정하는 전류 센싱부와;
배터리 온도, 전압값, 전류값, 전류 방향 및 배터리 사용시간 중에서 적어도 하나의 요소에 대한 SOC 적용을 위한 관련 테이블이 저장되어 있는 메모리부와;
상기의 각 경우에 대해 제어부의 제어를 받아 SOC를 추정하는 SOC 추정부와;
사용자 명령을 입력 및 추정된 SOC 결과를 출력하는 입력부/표시부; 및
상기 각 구성들을 제어 및 미리 정한 배터리의 동작 시점에는 OCV에 의한 SOC 추정이 수행되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 용량 상태 추정 장치.
A voltage sensing unit measuring a voltage value of the battery;
In the SOC estimation method using the OCV and current integration method, the SOC based on the current integration method is estimated below the predetermined battery temperature, and the SOC based on the OCV is estimated above the predetermined battery temperature. A temperature sensing unit for measuring the temperature of the battery to set the current integration method and the estimation by the OCV to be performed based on a predetermined ratio;
A current sensing unit for measuring the direction of the current to switch to the current integration method when the direction of the current changes or the flow is interrupted while the SOC estimation by the OCV is in progress, among the SOC estimation methods by the OCV and the current integration method;
A memory unit storing an associated table for applying an SOC to at least one of a battery temperature, a voltage value, a current value, a current direction, and a battery use time;
An SOC estimator for estimating the SOC under the control of the controller in each of the above cases;
An input unit / display unit for inputting a user command and outputting an estimated SOC result; And
And a controller for controlling the components and controlling SOC estimation by OCV at an operation time of a predetermined battery.
The battery capacity state estimation apparatus according to claim 1, wherein the SOC is estimated based on a current integration method at -10 degrees or less which is a predetermined temperature.
The battery capacity state estimation apparatus according to claim 1, wherein the SOC is estimated based on OCV at a temperature equal to or greater than 0 degree which is a predetermined temperature.
The apparatus of claim 1, wherein the SOC is estimated by applying a current integration method and an OCV method at a predetermined ratio within a predetermined range of −10 to 0 degrees.
배터리의 온도가 미리 정한 온도 이하인 경우에는 전류 적산법 방식에 의거 SOC가 추정되는 단계;
배터리의 온도가 미리 정한 온도 범위인 경우에는, 상기 온도 변화에 대응되어 전류 적산법 방식 및 OCV방식이 미리 정한 비율로 가변 적용 되면서 SOC가 추정되는 단계; 및
배터리의 온도가 미리 정한 온도 이상인 경우에는 OCV 방식에 의거 SOC가 추정되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 용량 상태 추정 방법.
Estimating an initial SOC of the battery based on the OCV method;
Estimating the SOC based on the current integration method when the temperature of the battery is less than or equal to a predetermined temperature;
If the temperature of the battery is a predetermined temperature range, the SOC is estimated while the current integration method and the OCV method are variably applied at a predetermined ratio in response to the temperature change; And
Estimating the SOC based on the OCV method when the temperature of the battery is greater than or equal to a predetermined temperature.
The method of claim 5, wherein the initial SOC of the battery is an SOC initially detected when the battery has not been operated for a predetermined time.
6. The method of claim 5, wherein the SOC is estimated as the ratio of the battery increases in proportion to the OCV method as the temperature increases.
전류의 흐름 방향이 변경되는지를 확인하는 단계; 및
상기 확인한 결과, 전류의 흐름 방향이 변경된 경우에는 전류 적산법 방식에 의거 SOC가 추정되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 용량 상태 추정 방법.
Estimating the SOC of the battery based on the OCV method;
Checking whether the flow direction of the current is changed; And
And determining the SOC based on the current integration method when the current flow direction is changed as a result of the checking.
The method of claim 8, further comprising: estimating the SOC while the temperature of the battery rises and the current integration method and the OCV method are variably applied at a predetermined ratio in response to the temperature change; The battery capacity state estimation method further comprises.
10. The method of claim 9, wherein the SOC is estimated in a predetermined temperature range of the battery while decreasing the ratio by the current integrating method as the temperature increases.
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