KR20150023091A - 배터리관리시스템 및 그 운용방법 - Google Patents

배터리관리시스템 및 그 운용방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드차량 또는 전기차의 배터리를 관리하기 위한 배터리관리시스템에 관한 것으로, 상기 발명은 배터리 전류를 센싱하기 위한 배터리전류 센싱부; 차량 전원인가 시 메인릴레이가 온(ON) 상태인 경우 하이브리드차량 또는 전기차의 구동을 위한 인버터가 센싱한 배터리 전류 값을 입력받기 위한 인버터 센싱전류 입력부; 인버터 센싱전류 입력부에 의해 입력되는 배터리 전류 값과 상기 배터리전류 센싱부가 센싱한 배터리 전류 값의 차이를 이용하여 배터리 전류옵셋 값을 연산하는 배터리전류 옵셋연산부; 배터리전류 옵셋연산부에 의해 연산되는 배터리 전류옵셋 값을 이용하여 배터리전류 센싱부에 의해 센싱되는 배터리 전류 값을 보정하는 배터리전류 보정부; 및 배터리전류 보정부에 의해 보정되는 배터리 전류 값을 이용하여 배터리의 관리를 수행하는 관리수행부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 본 발명은 차량에 전원이 인가된 상태에서 메인 릴레이 상태가 ON인 경우에 인버터에 의해 센싱되는 배터리 전류 값을 이용하여 배터리 전류옵셋 값을 결정함으로써, 종래에 비해 정확한 전류 값을 획득할 수 있어, 배터리 관리를 위한 제어동작의 오차를 최소화할 수 있다.

Description

배터리관리시스템 및 그 운용방법{Battery management system and its operating method}
본 발명은 배터리관리시스템 및 그 운용방법에 관한 것으로, 측정전류의 보정을 통해 하이브리드차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 및 전기차(EV, Electric Vehicle)의 배터리를 관리하는 배터리관리시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다.
현재 하이브리드차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 및 전기차(EV, Electric Vehicle)는 상대적으로 에너지 밀도와 출력 밀도가 큰 고전압배터리를 이용하고 있다.
고전압배터리의 전력을 제어하기 위한 배터리관리시스템은 SOC(State Of Charge)/SOH(State Of Health)추정, 셀밸런싱 및 충방전 파워 제한 등의 제어를 위해서 정확한 전류의 센싱이 필요하다.
종래 배터리관리시스템은 정확한 전류의 센싱을 위해 전류의 옵셋을 연산하여 배터리 전류의 보정에 사용한다. 차량에 전원이 인가되었을 때 메인 릴레이의 상태가 OFF(전류 = 0)일 경우 전류 센서를 통해 센싱된 전류의 값의 평균을 전류 센서의 옵셋으로 설정하고, 그 설정된 전류의 옵셋을 이용하여 차량의 구동 중에 센싱된 전류의 값을 보정함으로써 정확한 전류의 값을 얻는다.
종래 배터리관리시스템은, 차량에 전원이 인가된 상태에서 메인 릴레이 상태가 ON (전류 ? 0) 인 경우 전류의 옵셋을 얻지 못하기 때문에, 이전 파워 사이클에서 저장된 전류의 옵셋을 이용하여 차량 구동 중에 센싱된 전류의 값을 보정함으로써 전류의 값을 획득한다.
그러나 이와 같은 종래 배터리관리시스템은 차량에 전원이 인가된 상태에서 메인 릴레이 상태가 ON인 경우 이전 파워 사이클에서 저장된 전류의 옵셋을 사용하게 되므로, 이는 현 파워 사이클에서의 전류 센서의 옵셋과 상이할 수 있다.
종래 배터리관리시스템은, 이처럼 정확한 전류의 옵셋을 이용하지 못하는 경우, 정확한 전류의 값을 획득하는 것이 어려울 수 있다. 이것은 획득되는 전류의 값을 이용하여 수행되는 SOC/SOH 추정, 셀 밸런싱 및 충방전 파워제한 등과 같은 제어동작에 오차를 발생시킴으로써 효율적인 전력제어를 저해하는 요인이 될 수 있다.
KR 10-2010-0113247 A
본 발명의 목적은 차량에 전원이 인가된 상태에서 메인 릴레이 상태가 ON인 경우와 같이 정확한 배터리 전류의 옵셋을 구하기 어려운 상황에서 정확한 배터리 전류 옵셋을 얻기 위한 구성을 채택함으로써, 종래에 비해 정확한 전류 값을 획득할 수 있어, SOC/SOH 추정, 셀 밸런싱 및 충방전 파워제한 등과 같은 제어동작의 오차를 최소화할 수 있는 배터리관리시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 발명의 목적을 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은 하이브리드차량 또는 전기차의 배터리를 관리하기 위한 배터리관리시스템에 관한 것으로, 본 배터리관리시스템은 배터리 전류를 센싱하기 위한 배터리전류 센싱부; 차량 전원인가 시 메인릴레이가 온(ON) 상태인 경우 상기 하이브리드차량 또는 전기차의 구동을 위한 인버터가 센싱한 배터리 전류 값을 입력받기 위한 인버터 센싱전류 입력부; 상기 인버터 센싱전류 입력부에 의해 입력되는 배터리 전류 값과 상기 배터리전류 센싱부가 센싱한 배터리 전류 값의 차이를 이용하여 배터리 전류옵셋 값을 연산하는 배터리전류 옵셋연산부; 상기 배터리전류 옵셋연산부에 의해 연산되는 배터리 전류옵셋 값을 이용하여 상기 배터리전류 센싱부에 의해 센싱되는 배터리 전류 값을 보정하는 배터리전류 보정부; 및 상기 배터리전류 보정부에 의해 보정되는 배터리 전류 값을 이용하여 배터리의 관리를 수행하는 관리수행부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 인버터 센싱전류 입력부는 차량 전원인가 시 상기 메인릴레이가 오프(OFF) 상태인 경우 상기 배터리전류 센싱부를 통해 센싱된 배터리 전류 값의 평균을 계산하고, 상기 계산된 배터리 전류 값의 평균을 이용하여 배터리 전류 옵셋 값을 설정하며, 상기 설정된 배터리 전류 옵셋 값의 절대값이 사전에 정해진 전류옵셋 상한치를 초과하는 경우 상기 인버터가 센싱한 배터리 전류 값을 입력 받을 수 있다.
상기 배터리전류 옵셋연산부에 의해 연산되는 배터리 전류옵셋 값을 저장하기 위한 배터리전류 저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 관리수행부는 배터리의 잔량 및 수명(life time)을 추정하기 위한 SOC/SOH 추정부, 배터리 셀의 밸런싱을 위한 셀 밸런싱 수행부 및 배터리의 충전과 방전 시 파워를 제한하기 위해 충방전 파워를 계산하는 충방전 파워제한 수행부를 포함할 수 있다.
상기 발명의 목적을 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은 배터리전류 센싱부를 통해 센싱되는 배터리 전류 값을 이용하여 하이브리드차량 또는 전기차의 배터리를 관리하기 위한 배터리관리시스템의 운용방법에 관한 것으로, 본 배터리관리시스템의 운용방법은 차량 전원인가 시 메인릴레이가 온(ON) 상태인지 오프(OFF) 상태인지 판단하는 단계; 상기 메인릴레이가 온(ON) 상태인 경우 상기 하이브리드차량 또는 전기차의 구동을 위한 인버터가 센싱한 배터리 전류 값을 입력 받는 단계; 상기 인버터로부터 입력받은 배터리 전류 값과 상기 배터리전류 센싱부를 통해 센싱되는 배터리 전류 값의 차이를 이용하여 배터리 전류옵셋 값을 연산하는 단계; 상기 연산되는 배터리 전류옵셋 값을 이용하여 상기 배터리전류 센싱부에 의해 센싱되는 배터리 전류 값을 보정하는 단계; 및 상기 보정되는 배터리 전류 값을 이용하여 배터리의 관리를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 배터리관리시스템의 운용방법은 차량 전원인가 시 상기 메인릴레이가 오프(OFF) 상태인 경우 상기 배터리전류 센싱부를 통해 센싱된 배터리 전류 값의 평균을 계산하고, 상기 계산된 배터리 전류 값의 평균을 이용하여 배터리 전류 옵셋 값을 설정하며, 상기 설정된 배터리 전류 옵셋 값의 절대값이 사전에 정해진 전류옵셋 상한치를 초과하는 경우 상기 인버터가 센싱한 배터리 전류 값을 입력 받는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 차량에 전원이 인가되었을 때 메인 릴레이 상태가 온(ON) 상태(전류 ≠ 0)인 경우와 평균한 배터리 전류옵셋 값의 평균이 전류옵셋 상한치를 초과하는 경우 종래의 기술에 비해 정확한 전류 옵셋을 얻어 이 값을 이용하는 SOC/SOH 추정, 셀밸런싱 및 충방전 파워제한의 오차를 최소화함으로써 차량 제어의 정확성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리관리시스템의 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리관리시스템의 운용방법을 설명하기 위한 제어절차도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배터리관리시스템 및 그 운용방법에 대해 설명한다. 도면들에 표시된 구성들은 본 발명의 개념을 설명하기 위한 개념도로서, 구성에 대한 설명 중 공지기술에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리관리시스템의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리관리시스템은 하이브리드차량 또는 전기차에 적용되는 배터리를 관리하기 위한 시스템이다.
본 실시예에 따른 배터리관리시스템은 배터리전류 센싱부(10), 인버터 센싱전류 입력부(20), 배터리전류 옵셋연산부(30), 배터리전류 저장부(40), 배터리전류 보정부(50) 및 관리수행부(60)로 이루어질 수 있다.
배터리전류 센싱부(10)는 하이브리드차량 또는 전기차에 적용되는 배터리 전류를 센싱할 수 있다.
인버터 센싱전류 입력부(20)는 차량 전원인가 시 메인릴레이가 온(ON) 상태인 경우 하이브리드차량 또는 전기차의 구동을 위한 인버터가 센싱한 배터리 전류 값을 CAN(Controller Area Network) 통신을 이용하여 입력 받을 수 있다.
또한 인버터 센싱전류 입력부(20)는 차량 전원인가 시 메인릴레이가 오프(OFF) 상태인 경우 배터리전류 센싱부(10)를 통해 센싱된 배터리 전류 값의 평균을 계산하고, 그 계산된 배터리 전류 값의 평균을 이용하여 배터리 전류 옵셋 값을 설정하며, 그 설정된 배터리 전류 옵셋 값의 절대값이 사전에 정해진 전류옵셋 상한치를 초과하는 경우 인버터가 센싱한 배터리 전류 값을 입력 받을 수 있다.
한편 인버터 센싱전류 입력부(20)는 위에서 설정된 배터리 전류 옵셋 값의 절대값이 전술한 전류옵셋 상한치를 초과하지 않는 경우 비활성화 된다. 즉, 본 실시예에 따른 배터리관리시스템은 현 파워 사이클에서 배터리 전류 옵셋이 정상적으로 센싱된 것으로 판단하고 종래의 전류 보정 방법을 수행할 수 있다.
여기서 인버터 센싱전류 입력부(20)는 메인릴레이가 오프 상태 즉 배터리로부터의 전류가 0인 상태에서 배터리전류 센싱부(10)를 통해 센싱된 배터리 전류값을 이용함으로써 보다 정확하고 안정된 배터리 전류 옵셋 값을 설정할 수 있다.
배터리전류 옵셋연산부(30)는, 인버터 센싱전류 입력부(20)에 의해 입력되는 배터리 전류 값과 배터리전류 센싱부(10)가 센싱한 배터리 전류 값의 차이를 이용하여 배터리 전류옵셋 값을 연산할 수 있다.
배터리전류 저장부(40)는 배터리전류 옵셋연산부(30)에 의해 연산되는 배터리 전류옵셋 값을 저장할 수 있다. 예를 들면 배터리전류 저장부(40)는 EEPROM(Electronic Erasable Programmable Read Only Memory) 등을 이용하여 구현될 수 있다.
배터리전류 보정부(50)는 배터리전류 옵셋연산부(30)에 의해 연산되는 배터리 전류옵셋 값을 이용하여 배터리전류 센싱부(10)에 의해 센싱되는 배터리 전류 값을 보정할 수 있다.
관리수행부(60)는 배터리전류 보정부(50)에 의해 보정되는 배터리 전류 값을 이용하여 배터리의 관리를 수행할 수 있다.
예를 들면 관리수행부(60)는 배터리의 잔량 및 수명(life time)을 추정하기 위한 SOC/SOH 추정부, 배터리 셀의 밸런싱을 위한 셀 밸런싱 수행부 및 배터리의 충전과 방전 시 파워를 제한하기 위해 충방전 파워를 계산하는 충방전 파워제한 수행부를 포함할 수 있다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리관리시스템의 운용방법을 설명한다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리관리시스템의 운용방법을 설명하기 위한 제어절차도이다.
먼저 배터리관리시스템은 차량 전원인가 시 메인릴레이가 온(ON) 상태인지 오프(OFF) 상태인지 판단한다(S210).
S210단계의 판단 결과 메인릴레이가 오프 상태인 것으로 판단한 경우, 배터리관리시스템은 배터리전류 센싱부(10)를 통해 센싱되는 배터리 전류 값을 측정한다(S215). S215단계에 의한 배터리 전류 값의 측정은 사전에 정해진 측정횟수(예를 들면 5회)만큼 반복된다(S220).
다음 배터리관리시스템은 S215단계 및 S220단계에 의해 측정되는 배터리 전류 값의 평균을 계산한다(S225).
다음 배터리관리시스템은 S225단계에 의해 계산되는 배터리 전류 값의 평균을 이용하여 배터리 전류 옵셋 값을 설정하고 그 설정되는 배터리 전류 옵셋 값의 절대값이 사전에 정해진 전류옵셋 상한치 이하인지 판단한다(S230).
즉, S230단계에서의 배터리 전류 옵셋 값은 S225단계에 의해 계산되는 배터리 전류 값의 평균 값에 의해 설정될 수 있다.
한편, S210단계의 판단 결과 메인릴레이가 온(ON) 상태인 것으로 판단한 경우, 배터리관리시스템은 하이브리드차량 또는 전기차의 구동을 위한 인버터가 센싱한 배터리 전류 값을 CAN통신을 통해 입력 받는다(S250).
다음 배터리관리시스템은 배터리전류 센싱부(10)를 통해 배터리 전류 값을 센싱하고(S255), S250단계에 의해 입력 받은 배터리 전류 값과 S255단계에 의해 센싱되는 배터리 전류 값의 차이를 이용하여 배터리 전류옵셋 값을 연산한다(S260).
한편, S230단계의 판단 결과 배터리 전류 옵셋 값의 절대값이 사전에 정해진 전류옵셋 상한치를 초과하는 경우, 배터리관리시스템은 S250단계 내지 S260단계를 수행한다.
다음 S230단계의 판단 결과 배터리 전류 옵셋 값의 절대값이 전류옵셋 상한치 이하인 것으로 판단한 경우 배터리관리시스템은 S230단계에서 설정되는 배터리 전류 옵셋 값을 배터리 전류 값의 보정을 위한 최종적인 배터리 전류 옵셋 값으로 결정하거나, S260단계에 의해 연산되는 배터리 전류옵셋 값을 배터리 전류 값의 보정을 위한 최종적인 배터리 전류 옵셋 값으로 결정하고(S235), 그 결정된 배터리 전류 옵셋 값을 저장한다(S240).
다음, 배터리관리시스템은 S240단계에 의해 저장되는 배터리 전류옵셋 값을 이용하여 배터리전류 센싱부(S270)에 의해 센싱되는 전류 값을 보정하고(S275), 배터리의 잔량 및 수명(life time)을 추정하기 위한 SOC/SOH 추정(S280), 배터리 셀의 밸런싱을 위한 셀 밸런싱 수행(S282) 및 배터리의 충전과 방전 시 파워를 제한하기 위해 충방전 파워를 계산하는 충방전 파워제한 수행(S284)과 같은 배터리의 관리를 수행함으로써 차량의 제어를 수행할 수 있다(S290).
이와 같이 본 발명은 차량에 전원이 인가된 상태에서 메인 릴레이 상태가 ON인 경우와 같이 정확한 배터리 전류의 옵셋을 구하기 어려운 상황에서 인버터에 의해 센싱되는 배터리 전류 값을 이용하여 배터리 전류옵셋 값을 결정함으로써, 종래에 비해 정확한 전류 값을 획득할 수 있어, SOC/SOH 추정, 셀 밸런싱 및 충방전 파워제한 등과 같은 제어동작의 오차를 최소화할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 정상적으로 배터리 전류 옵셋이 결정되지 못한 경우에도 인버터에 의해 센싱되는 배터리 전류 값을 사용하여 정확한 배터리 전류옵셋 값을 결정할 수 있어, 종래에 비해 SOC/SOH 추정, 셀 밸런싱 및 충방전 파워제한 등과 같은 제어동작의 오차를 최소화할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 차량에 전원이 인가되었을 때 메인 릴레이 상태가 온(ON) 상태(전류 ≠ 0)인 경우와 평균한 배터리 전류옵셋 값의 평균이 전류옵셋 상한치를 초과하는 경우 종래의 기술에 비해 정확한 전류 옵셋을 얻어 이 값을 이용하는 SOC/SOH 추정, 셀밸런싱 및 충방전 파워제한의 오차를 최소화함으로써 차량 제어의 정확성을 향상시킬 수 있다.
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 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
10: 배터리전류 센싱부
20: 인버터 센싱전류 입력부
30: 배터리전류 옵셋연산부
40: 배터리전류 저장부
50: 배터리전류 보정부
60: 관리수행부

Claims (6)

  1. 하이브리드차량 또는 전기차의 배터리를 관리하기 위한 배터리관리시스템에 있어서,
    배터리 전류를 센싱하기 위한 배터리전류 센싱부;
    차량 전원인가 시 메인릴레이가 온(ON) 상태인 경우 상기 하이브리드차량 또는 전기차의 구동을 위한 인버터가 센싱한 배터리 전류 값을 입력받기 위한 인버터 센싱전류 입력부;
    상기 인버터 센싱전류 입력부에 의해 입력되는 배터리 전류 값과 상기 배터리전류 센싱부가 센싱한 배터리 전류 값의 차이를 이용하여 배터리 전류옵셋 값을 연산하는 배터리전류 옵셋연산부;
    상기 배터리전류 옵셋연산부에 의해 연산되는 배터리 전류옵셋 값을 이용하여 상기 배터리전류 센싱부에 의해 센싱되는 배터리 전류 값을 보정하는 배터리전류 보정부; 및
    상기 배터리전류 보정부에 의해 보정되는 배터리 전류 값을 이용하여 배터리의 관리를 수행하는 관리수행부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리관리시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 센싱전류 입력부는 차량 전원인가 시 상기 메인릴레이가 오프(OFF) 상태인 경우 상기 배터리전류 센싱부를 통해 센싱된 배터리 전류 값의 평균을 계산하고, 상기 계산된 배터리 전류 값의 평균을 이용하여 배터리 전류 옵셋 값을 설정하며, 상기 설정된 배터리 전류 옵셋 값의 절대값이 사전에 정해진 전류옵셋 상한치를 초과하는 경우 상기 인버터가 센싱한 배터리 전류 값을 입력 받는 것을 특징으로 하는 배터리관리시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리전류 옵셋연산부에 의해 연산되는 배터리 전류옵셋 값을 저장하기 위한 배터리전류 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리관리시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 관리수행부는 배터리의 잔량 및 수명(life time)을 추정하기 위한 SOC/SOH 추정부, 배터리 셀의 밸런싱을 위한 셀 밸런싱 수행부 및 배터리의 충전과 방전 시 파워를 제한하기 위해 충방전 파워를 계산하는 충방전 파워제한 수행부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리관리시스템.
  5. 배터리전류 센싱부를 통해 센싱되는 배터리 전류 값을 이용하여 하이브리드차량 또는 전기차의 배터리를 관리하기 위한 배터리관리시스템의 운용방법에 있어서,
    차량 전원인가 시 메인릴레이가 온(ON) 상태인지 오프(OFF) 상태인지 판단하는 단계;
    상기 메인릴레이가 온(ON) 상태인 경우 상기 하이브리드차량 또는 전기차의 구동을 위한 인버터가 센싱한 배터리 전류 값을 입력 받는 단계;
    상기 인버터로부터 입력받은 배터리 전류 값과 상기 배터리전류 센싱부를 통해 센싱되는 배터리 전류 값의 차이를 이용하여 배터리 전류옵셋 값을 연산하는 단계;
    상기 연산되는 배터리 전류옵셋 값을 이용하여 상기 배터리전류 센싱부에 의해 센싱되는 배터리 전류 값을 보정하는 단계; 및
    상기 보정되는 배터리 전류 값을 이용하여 배터리의 관리를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리관리시스템의 운용방법.
  6. 제5항에 있어서,
    차량 전원인가 시 상기 메인릴레이가 오프(OFF) 상태인 경우 상기 배터리전류 센싱부를 통해 센싱된 배터리 전류 값의 평균을 계산하고, 상기 계산된 배터리 전류 값의 평균을 이용하여 배터리 전류 옵셋 값을 설정하며, 상기 설정된 배터리 전류 옵셋 값의 절대값이 사전에 정해진 전류옵셋 상한치를 초과하는 경우 상기 인버터가 센싱한 배터리 전류 값을 입력 받는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리관리시스템의 운용방법.
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