KR20140139322A - 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법 - Google Patents

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심영우
이수진
조영신
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명에서는 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법이 제공된다. 배터리 관리 시스템은 배터리의 충방전 전류, 배터리의 전압 및 배터리의 온도를 측정하고 출력하는 센싱부; 및 상기 배터리의 SOC를 추정하는 MCU(Main Controller Unit)를 포함하되, 상기 MCU는, 상기 센싱부로부터 입력되는 충방전 전류 중, 배터리 전압 및 배터리 온도 적어도 하나를 이용하여 배터리의 SOC(State of Charge)를 추정하는 제1 SOC 추정부; 상기 추정된 SOC가 기준 SOC 이하인 경우, 상기 기준 SOC를 이용하여 산출된 기준 잔존용량, 상기 측정된 현재의 배터리 전압, 제1 기준 전압 및 제2 기준 전압 중 적어도 하나를 이용하여 현재의 잔존용량을 추정하는 잔존용량 추정부 및 상기 현재의 잔존용량을 이용하여 현재의 SOC를 추정하는 제2 SOC 추정부를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 배터리의 방전 말기에 SOC의 급락 없이 보다 정확한 SOC를 추정할 수 있다.

Description

배터리 관리 시스템 및 그 구동방법{Battery management system and driving method thereof}
본 발명은 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리의 잔존용량을 정밀하게 추정하는 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법에 관한 것이다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있다. 전기 자동차 등과 같이 모터 구동을 위한 대전력을 필요로 하는 기기에 사용될 수 있도록 상기한 고출력 이차전지는 복수 개를 직렬로 연결하여 대용량의 이차전지(이하, "배터리"라 함)를 구성하게 된다.
상기와 같은 배터리의 경우 복수개의 이차 전지의 충방전 등을 제어하여 배터리가 적정한 동작 상태로 유지하도록 관리할 필요성이 있다. 이를 위해 각 이차 전지의 전압, 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 이차 전지의 충방전을 관리하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)이 구비된다.
종래 배터리 관리 시스템은 이차 전지의 개방 전압(OCV, Open Circuit Voltage)과, 전류적산을 통하여 고유 용량(State of Charge, 이하 SOC라 함)을 추정하였다. 그러나 정확한 OCV를 측정하기 위해서는 일정 시간 이상을 대기 해야 하는 문제가 있다. 또한, 충방전을 반복하는 환경에서는 전류적산 값에 오차가 누적되어 정확한 SOC를 추정하는데 한계가 있다.
개방 전압(OCV, Open Circuit Voltage), 방전 전압, 방전 전류, 내부저항 및 온도 등의 인자들과 SOC와의 관계를 미리 파악하고, 적어도 2가지 인자를 검출하여 검출된 인자에 대응되는 SOC를 추정하는 방법을 사용하였다.
이와 같은 종래 방식에 따른 SOC 추정방법은 방전 말기의 전류 적산에 오차가 발생하거나, 방전도중의 전류 또는 온도의 변화로 인해 부정확한 용량 추정이 발생한다. 이를 해결하기 위해 종래에는 방전 중 셀 전압이 미리 결정된 값에 도달 하였을 때 SOC를 보상하게 되는데 이러한 보상으로 인해 보상 시점에서 SOC가 급등 또는 급락하는 문제가 발생하였다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 배터리의 방전 말기에 보다 정확한 SOC를 추정할 수 있는 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 배터리의 충방전 전류, 배터리의 전압 및 배터리의 온도를 측정하고 출력하는 센싱부; 및 상기 배터리의 SOC를 추정하는 MCU(Main Controller Unit)를 포함하되, 상기 MCU는, 상기 센싱부로부터 입력되는 충방전 전류, 배터리 전압 및 배터리 온도 중 적어도 하나를 이용하여 배터리의 SOC(State of Charge)를 추정하는 제1 SOC 추정부; 상기 추정된 SOC가 기준 SOC 이하인 경우, 상기 기준 SOC를 이용하여 산출된 기준 잔존용량, 상기 측정된 현재의 배터리 전압, 제1 기준 전압 및 제2 기준 전압 중 적어도 하나를 이용하여 현재의 잔존용량을 추정하는 잔존용량 추정부 및 상기 현재의 잔존용량을 이용하여 현재의 SOC를 추정하는 제2 SOC 추정부를 포함하는 배터리 관리 시스템이 제공된다.
상기 기준 SOC는 5% 내지 8%일 수 있다.
상기 제1 기준 전압은 상기 배터리의 방전 중지 전압을 의미하며, 상기 제2 기준 전압은 상기 추정된 SOC와 상기 기준 SOC가 동일한 시점에 측정된 상기 배터리의 전압을 의미할 수 있다.
상기 잔존용량 추정부는 상기 현재의 배터리 전압과 상기 제1 기준 전압의 차를 제1 비례상수로 나눈 값과 비례하는 현재의 제1 잔존용량을 추정하되, 상기 제1 비례상수는 상기 제2 기준 전압과 상기 제1 기준 전압의 차를 상기 기준 잔존용량으로 나눈 값과 비례할 수 있다.
상기 잔존용량 추정부는 상기 현재의 배터리 전압과 상기 제1 기준 전압의 차를 제2 비례상수로 나눈 값의 지수함수와 비례하는 현재의 제2 잔존용량을 추정하되, 상기 제2 비례상수는 상기 제2 기준 전압과 상기 제1 기준 전압의 차를 상기 기준 잔존용량의 자연로그로 나눈 값과 비례할 수 있다.
상기 잔존용량 추정부는 상기 현재의 배터리 전압과 상기 제1 기준 전압의 차의 제곱근을 제3 비례상수로 나눈 값의 지수함수와 비례하는 현재의 제3 잔존용량을 추정하되, 상기 제3 비례상수는 상기 제2 기준 전압과 상기 제1 기준 전압의 차의 제곱근을 상기 기준 잔존용량의 자연로그로 나눈 값과 비례할 수 있다.
상기 제2 SOC 추정부는 상기 배터리의 온도가 0℃ 미만인 경우, 상기 제1 잔존용량을 이용하여 상기 현재의 SOC를 추정할 수 있다.
상기 제2 SOC 추정부는 상기 배터리의 온도가 0℃ 이상인 경우, 상기 제3 잔존용량을 이용하여 상기 현재의 SOC를 추정할 수 있다.
상기 잔존용량 산출부는 상기 배터리의 전압이 기준 전압 이하인 경우, 상기 측정된 배터리의 전압이 상기 기준 전압과 동일해진 경우의 상기 추정된 SOC를 상기 기준 SOC로 설정하고, 상기 현재의 잔존용량을 추정할 수 있다.
상기 기준 전압은 미리 설정된 전압, 상기 현재의 충방전 전류 및 상기 배터리의 내부 저항을 이용하여 결정된 전압일 수있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배터리의 충방전 전류, 배터리의 전압 및 배터리의 온도 중 적어도 하나를 이용하여 배터리의 SOC를 추정하는 단계; 상기 추정된 SOC가 기준 SOC 이하인 경우 상기 기준 SOC를 이용하여 산출된 기준 잔존용량, 상기 측정된 현재의 배터리 전압, 제1 기준 전압 및 제2 기준전압 중 적어도 하나를 이용하여 현재의 잔존용량을 추정하는 단계; 및 상기 현재의 잔존용량을 이용하여 현재의 SOC를 추정하는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 배터리의 방전 말기에 SOC의 급락 없이 더욱 정확한 SOC를 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리를 도시한 도면이다.
도 2는 전류 적산에 의한 SOC 추정 중 보상에 의한 SOC가 급락하는 경우의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 블록도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 주변온도가 0℃ 이상인 경우의 실제 배터리 전압 및 본 발명에 따른 SOC를 추정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 주변온도가 0℃ 미만인 경우의 실제 배터리 전압 및 본 발명에 따른 잔존용량을 추정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구동 방법을 도시한 순서도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리(10)는 대용량의 전지 모듈로서 다수개의 이차 전지(11)가 일정 간격을 두고 연속적으로 배열되며, 상기 복수의 이차 전지가 내부에 배치되고 냉각매체가 유통되는 하우징(13), 상기 배터리의 충방전을 관리하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)(20)를 포함할 수 있다.
이차 전지(11) 사이 및 최 외측의 이차 전지(11)에 전지 격벽(12)이 배치될 수 있으며, 이 전지 격벽(12)은 각 이차 전지(11)의 간격을 일정하게 유지 시키면서 온도 제어용 공기를 유통시키고, 각 이차 전지(11)의 측면을 지지하는 기능을 하게 된다.
도 1에서는 이차 전지(11)들이 사각형의 외형을 가진 것으로 도시되어 있으나, 이차 전지(11)는 원통형 구조일 수 있음은 물론이다.
배터리 관리 시스템(20)은 배터리(10)내의 각 이차 전지(11)의 전류 및 전압 값을 검출하고 이를 관리한다.
배터리 관리 시스템(20)은 배터리(10)에 설치된 전류 센서, 전압 센서로부터 데이터를 제공받는다. 또한 배터리 관리 시스템(20)은 배터리(10)의 개방전압(open circuit voltage, 이하, OCV라 함)에 따른 SOC의 관계를 테이블맵화한 데이터를 미리 저장하며, 이를 통해 상기 센서로부터 얻어진 측정값으로부터 SOC를 추정한다. 또는, 배터리 관리 시스템(20)은 배터리(10)의 초기 SOC를 산출하고, 충방전 개시시점으로부터 측정된 충전 전류 및 방전 전류 값을 시간에 대해 적분하여 전류적산 값을 산출하고, 이 전류적산 값을 초기 SOC에서 더함으로써 실제 SOC를 추정하였다.
그러나, 배터리(10)의 전류는 전류 센서에 의해 측정되는 값으로서, 전류 센서의 성능에 따라 측정치에 오류가 발생할 수 있다. 따라서, 배터리(10)가 오래 구동 되는 경우, 특히 배터리(10)의 충방전이 완전히 이루어지지 않는 경우 상당한 양의 전류적산 값의 오차가 누적될 수 있으며, 이러한 누적 오차는 SOC 추정의 정확도를 저하시킨다.
이와 같은 오차를 해소하기 위해 종래에는 방전 중 배터리 전압이 미리 결정된 값에 도달 하였을 때 SOC를 보상하게 되는데 이러한 보상으로 인해 보상 시점에서 SOC가 급등 또는 급락하는 문제가 발생하였다.
도 2는 전류 적산에 의한 SOC 추정 중 보상에 의한 SOC가 급락하는 경우의 일례를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 배터리 전압이 기준 전압에 도달하는 경우 SOC를 보상하게 되며, 이러한 보상에 의해 SOC가 급락 하게 된다. 이러한, SOC 급락으로 인해 사용자에게 전달되는 배터리의 용량이 급격하게 감소되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 배터리 관리 시스템(20)은 배터리의 전압이 기준 배터리 전압에 도달하거나, 추정된 SOC가 기준 SOC에 도달하는 경우, SOC 값을 보상하는 대신 본 발명에서 새롭게 제안하는 SOC 추정모델에 의해 배터리의 SOC를 추정토록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 블록도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 배터리 관리 시스템(20)은 센싱부(200) 및 MCU(Main Controller Unit)(300)를 포함할 수 있다.
센싱부(200)는 전류 센서, 전압 센서 및 온도 센서를 이용하여 배터리의 충방전 전류, 배터리의 전압 및 배터리의 온도를 측정하여 이를 MCU(300)에 전달한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, MCU(300)는 제1 SOC 추정부(301), 잔존용량 추정부(303) 및 제2 SOC 추정부(305)를 포함할 수 있다.
제1 SOC 추정부(301)는 센싱부로부터 입력되는 충방전 전류, 배터리 전압 및 배터리 온도 중 적어도 하나를 이용하여 배터리의 SOC를 추정한다.
제1 SOC 추정부(301)는 배터리가 안정된 시점에 측정된 배터리의 전압인 OCV를 이용하여 SOC를 추정하거나, 초기 SOC 및 전류 적산값을 이용하여 SOC를 추정할 수 있으며 이외에도 SOC를 추정하는 종래의 다양한 방법을 이용하여 SOC를 추정할 수 있다.
잔존용량 추정부(303)는 제1 SOC 추정부(301)에서 추정된 SOC가 기준 SOC 이하인 경우, 기준 SOC를 이용하여 산출된 기준 잔존용량, 현재 측정된 배터리의 전압, 제1 기준 전압 및 제2 기준 전압 중 적어도 하나를 이용하여 추정 SOC 급락하지 않도록 하는 현재의 잔존용량을 추정할 수 있다.
상기에서, 기준 SOC는 본 발명의 잔존용량 추정부(303)가 잔존용량을 추정하도록 하는 동작 시점과 관련된 값으로, 방전 말기의 SOC를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기준 SOC는 5% 내지 8% 이내의 값을 가질 수 있다. 기준 SOC가 상기 범위 내에 있는 경우 제1 SOC 추정부(301)에서 추정된 SOC의 오차가 커지기 때문이다. 그러나, 상기 범위 외에도 배터리의 용량, 배터리를 사용하는 기기의 종류, 사용환경 등에 따라 다양한 기준 SOC가 설정될 수 있음은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
여기서 잔존용량은 배터리의 실제 잔여용량으로서, SOC와의 관계는 하기의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, RM은 배터리의 잔존용량,
Figure pat00002
는 배터리의 전체용량을 각각 의미한다.
따라서, 잔존용량 추정부(303)는 상기 수학식 1 및 상기 기준 SOC를 이용하여 상기 기준 잔존용량을 산출할 수 있다.
상기 제1 기준 전압은 배터리의 방전 중지 전압을 의미한다. 배터리를 사용하는 기기의 구동을 위해서는 최소 필요 전압이 존재하며, 최소 필요 전압 이하로 배터리의 출력 전압이 떨어지는 경우 기기는 동작할 수 없다. 즉, 배터리의 방전 중지 전압은 기기를 구동하기 위한 최소 필요 전압을 의미하며, 배터리의 전압이 방전 중지 전압에 도달하는 경우 배터리에 실제 용량이 남아 있더라도 잔존용량은 0이 되게 된다.
상기 제2 기준 전압은 SOC 추정부(301)에서 추정된 SOC와 상기 기준 SOC가 동일한 시점에 측정된 배터리의 전압을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 잔존용량 추정부(305)는 센싱부(200)에서 측정된 현재의 배터리 전압과 상기 제1 기준 전압의 차를 제1 비례상수로 나눈 값과 비례하는 현재의 제1 잔존용량을 추정할 수 있다. 이때, 상기 제1 비례상수는 상기 제2 기준 전압과 상기 제1 기준 전압의 차를 상기 기준 잔존용량으로 나눈 값과 비례할 수 있으며, 상기와 같은 관계는 하기의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00003
Figure pat00004
여기서,
Figure pat00005
은 제1 잔존용량,
Figure pat00006
은 현재의 배터리 전압,
Figure pat00007
은 제1 기준 전압,
Figure pat00008
는 제2 기준 전압,
Figure pat00009
는 기준 잔존용량,
Figure pat00010
은 제1 비례 상수를 각각 의미한다.
상기 수학식 2에 따르면, 현재의 배터리 전압이 감소하는 경우, 제1 잔존용량은 선형적으로 감소한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 잔존용량 추정부(305)는 센싱부(200)에서 측정된 현재의 배터리 전압과 상기 제1 기준 전압의 차를 제2 비례상수로 나눈 값의 지수함수와 비례하는 현재의 제2 잔존용량을 추정할 수 있다. 이때, 상기 제2 비례상수는 상기 제2 기준 전압과 상기 제1 기준 전압의 차를 상기 기준 잔존용량의 자연로그로 나눈 값과 비례할 수 있으며, 상기와 같은 관계는 하기의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00011
Figure pat00012
여기서,
Figure pat00013
는 제2 잔존용량,
Figure pat00014
는 제2 비례상수를 각각 의미한다.
상기 수학식 3에 따르면, 현재의 배터리 전압이 감소하는 경우, 제2 잔존용량은 지수함수의 형태로 감소한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 잔존용량 추정부(305)는 센싱부(200)에서 측정된 현재의 배터리 전압과 상기 제1 기준 전압의 차의 제곱근을 제3 비례상수로 나눈 값의 지수함수와 비례하는 현재의 제3 잔존용량을 추정할 수 있다. 이때, 상기 제3 비례상수는 상기 제2 기준 전압과 상기 제1 기준 전압의 차의 제곱근을 상기 기준 잔존용량의 자연로그로 나눈 값과 비례할 수 있으며, 상기와 같은 관계는 하기의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00015
Figure pat00016
여기서,
Figure pat00017
는 제2 잔존용량,
Figure pat00018
는 제2 비례상수를 각각 의미한다.
상기 수학식 4에 따르면, 현재의 배터리 전압이 감소하는 경우, 제3 잔존용량은 지수함수의 형태로 감소하게 된다, 상기 제곱근의 형태에 의해 상기 제2 잔존용량에 비해 더 완만하게 감소하게 된다.
제2 SOC 추정부(305)는 잔존용량 추정부(303)에서 추정된 상기 제1 잔존용량 내지 제3 잔존용량 중 어느 하나의 잔존용량 및 상기 수학식 1을 이용하여 현재의 SOC를 추정한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 주변온도가 0℃ 이상인 경우의 실제 배터리 전압 및 본 발명에 따른 SOC를 추정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, SOC가 8% 이전인 경우까지는 제1 SOC 추정부(301)에 의해 SOC가 추정되며, SOC가 8% 이하가 되는 경우 제2 SOC 추정부(305)에 의해 SOC가 추정된다. SOC1에 따른 그래프는 상기 제1 잔존용량을 이용하여 추정된 SOC를 도시한 그래프, SOC2에 따른 그래프는 상기 제2 잔존용량을 이용하여 추정된 SOC를 도시한 그래프, SOC3에 따른 그래프는 상기 제3 잔존용량을 이용하여 추정된 SOC를 도시한 그래프이다.
도 4에서 도시된 바와 같이 배터리의 주변 온도가 0℃ 이상인 경우에는 실제 SOC의 변화와 본 발명의 제3 잔존용량을 이용하여 추정된 SOC3 그래프의 변화가 유사한 추이를 보임을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 SOC 추정부(305)는 배터리의 온도가 0℃ 이상인 경우 수학식 4의 제3 잔존용량 및 수학식 1을 을 이용하여 현재의 SOC를 추정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 주변온도가 0℃ 미만인 경우의 실제 배터리 전압 및 본 발명에 따른 잔존용량을 추정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, SOC가 8% 이전인 경우까지는 제1 SOC 추정부(301)에 의해 SOC가 추정되며, SOC가 8% 이하가 되는 경우 제2 SOC 추정부(305)에 의해 SOC가 추정된다. SOC1에 따른 그래프는 제1 잔존용량을 이용하여 추정된 SOC를 도시한 그래프, SOC2에 따른 그래프는 제2 잔존용량을 이용하여 추정된 SOC를 도시한 그래프, SOC3에 따른 그래프는 제3 잔존용량을 이용하여 추정된 SOC를 도시한 그래프이다.
도 5에서 도시된 바와 같이 배터리의 주변 온도가 0℃ 미만인 경우에는 실제 SOC의 변화와 본 발명의 제1 잔존용량을 이용하여 추정된 SOC1 그래프의 변화가 유사한 추이를 보임을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 SOC 추정부(305)는 배터리의 온도가 0℃ 미만인 경우 수학식 2의 제1 잔존용량 및 수학식 1을 을 이용하여 현재의 SOC를 추정할 수 있다.
또한, 상기 도 4및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 SOC를 추정하는 경우 종래의 기술과 달리 방전 말기에도 SOC의 급락이 발생하지 않는 효과가 있다.
상기에서 살펴본 본 발명의 잔존용량 추정부(303)는 SOC 추정부(301)에서 추정된 SOC가 기준 SOC와 동일해지는 경우 잔존용량을 추정한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 잔존용량 추정부(303)는 측정된 배터리의 전압이 기준 전압 이하인 경우 배터리의 상태를 방전 말기로 인식하고 잔존용량을 추정할 수 있으며, 이 경우 기준 SOC는 배터리의 전압이 상기 기준 전압과 동일해진 경우의 추정된 SOC일 수 있다.
이때 기준 전압은 미리 설정된 전압, 센싱부(200)에서 측정된 현재의 충방전 전류 및 배터리의 내부 저항을 이용하여 결정된 전압일 수 있으며, 일례로, 이는 하기의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00019
여기서,
Figure pat00020
는 기준 전압, 3.52는 미리 설정된 전압, I는 측정된 배터리의 충방전 전류, R은 배터리의 내부 저항을 각각 의미한다.
수학식 5에서는 설명의 편의를 위해 미리 설정된 전압을 3.52(V)로 표현하였으나 이에 한정되지 않으며, 배터리의 용량, 주변환경, 배터리에 연결된 기기에 따라 다양하게 설정될 수 있는 값임은 당업자에게 있어서 자명할 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구동 방법을 도시한 순서도이다.
제1 SOC 추정부(301)는 센싱부(200)로부터 획득된 충방전 전류, 전압 및 온도 중 적어도 하나를 이용하여 SOC 추정한다(S601).
이어서, MCU(300)는 추정된 SOC가 기준 SOC 이하인지 판단한다(S603).
추정된 SOC가 기준 SOC 이하인 경우 잔존용량 추정부(303)는 상기 기준 SOC를 이용하여 산출된 기준 잔존용량, 센싱부(200)에서 측정된 현재의 배터리 전압, 제1 기준 전압 및 제2 기준전압 중 적어도 하나를 이용하여 현재의 잔존용량을 추정한다(S605).
이때, 상기 기준 SOC는 5% 내지 8%일 수 있다. 또한, 상기 제1 기준 전압은 상기 배터리의 방전 중지 전압을 의미하며, 상기 제2 기준 전압은 상기 추정된 SOC가 상기 기준 SOC와 동일해진 시점에 측정된 상기 배터리의 전압을 의미할 수 있다.
마지막으로, 제2 SOC 추정부(305)는 상기 추정된 현재의 잔존용량을 이용하여 현재의 SOC를 추정한다(S607).
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 배터리 20: 배터리 관리 시스템
200: 센싱부 300: MCU
301: 제1 SOC 추정부 303: 잔존용량 추정부
305: 제2 SOC 추정부

Claims (13)

  1. 배터리의 충방전 전류, 배터리의 전압 및 배터리의 온도를 측정하고 출력하는 센싱부; 및 상기 배터리의 SOC를 추정하는 MCU(Main Controller Unit)를 포함하되,
    상기 MCU는, 상기 센싱부로부터 입력되는 충방전 전류, 배터리 전압 및 배터리 온도 중 적어도 하나를 이용하여 배터리의 SOC(State of Charge)를 추정하는 제1 SOC 추정부;
    상기 추정된 SOC가 기준 SOC 이하인 경우, 상기 기준 SOC를 이용하여 산출된 기준 잔존용량, 상기 측정된 현재의 배터리 전압, 제1 기준 전압 및 제2 기준 전압 중 적어도 하나를 이용하여 현재의 잔존용량을 추정하는 잔존용량 추정부 및
    상기 현재의 잔존용량을 이용하여 현재의 SOC를 추정하는 제2 SOC 추정부를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 SOC는 5% 내지 8%인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기준 전압은 상기 배터리의 방전 중지 전압을 의미하며, 상기 제2 기준 전압은 상기 추정된 SOC와 상기 기준 SOC가 동일한 시점에 측정된 상기 배터리의 전압을 의미하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 잔존용량 추정부는
    상기 현재의 배터리 전압과 상기 제1 기준 전압의 차를 제1 비례상수로 나눈 값과 비례하는 현재의 제1 잔존용량을 추정하되,
    상기 제1 비례상수는 상기 제2 기준 전압과 상기 제1 기준 전압의 차를 상기 기준 잔존용량으로 나눈 값과 비례하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 잔존용량 추정부는
    상기 현재의 배터리 전압과 상기 제1 기준 전압의 차를 제2 비례상수로 나눈 값의 지수함수와 비례하는 현재의 제2 잔존용량을 추정하되,
    상기 제2 비례상수는 상기 제2 기준 전압과 상기 제1 기준 전압의 차를 상기 기준 잔존용량의 자연로그로 나눈 값과 비례하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 잔존용량 추정부는
    상기 현재의 배터리 전압과 상기 제1 기준 전압의 차의 제곱근을 제3 비례상수로 나눈 값의 지수함수와 비례하는 현재의 제3 잔존용량을 추정하되,
    상기 제3 비례상수는 상기 제2 기준 전압과 상기 제1 기준 전압의 차의 제곱근을 상기 기준 잔존용량의 자연로그로 나눈 값과 비례하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제2 SOC 추정부는
    상기 배터리의 온도가 0℃ 미만인 경우, 상기 제1 잔존용량을 이용하여 상기 현재의 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 SOC 추정부는
    상기 배터리의 온도가 0℃ 이상인 경우, 상기 제3 잔존용량을 이용하여 상기 현재의 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 잔존용량 산출부는 상기 배터리의 전압이 기준 전압 이하인 경우,
    상기 측정된 배터리의 전압이 상기 기준 전압과 동일해진 경우의 상기 추정된 SOC를 상기 기준 SOC로 설정하고, 상기 현재의 잔존용량을 추정하는 배터리 관리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기준 전압은 미리 설정된 전압, 상기 현재의 충방전 전류 및 상기 배터리의 내부 저항을 이용하여 결정된 전압인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  11. 배터리의 충방전 전류, 배터리의 전압 및 배터리의 온도 중 적어도 하나를 이용하여 배터리의 SOC를 추정하는 단계;
    상기 추정된 SOC가 기준 SOC 이하인 경우 상기 기준 SOC를 이용하여 산출된 기준 잔존용량, 상기 측정된 현재의 배터리 전압, 제1 기준 전압 및 제2 기준전압 중 적어도 하나를 이용하여 현재의 잔존용량을 추정하는 단계; 및
    상기 현재의 잔존용량을 이용하여 현재의 SOC를 추정하는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기준 SOC는 5% 내지 8%인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 기준 전압은 상기 배터리의 방전 중지 전압을 의미하며, 상기 제2 기준 전압은 상기 추정된 SOC와 상기 기준 SOC가 동일한 시점에 측정된 상기 배터리의 전압을 의미하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
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