KR20150102016A - Method for determining a charge state - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전기 에너지 저장 장치(4)가 충전 과정 동안 전기 에너지로 충전될 때, 상기 전기 에너지 저장 장치의 충전 상태를 결정하기 위한 장치(2) 및 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서 충전 상태는 하나 이상의 입력 매개변수로서의 전류 적분에 대한 하나 이상의 값과, 하나 이상의 추가 입력 매개변수에 대한 하나 이상의 값을 기반으로 특성맵을 통해 결정된다.The present invention relates to an apparatus (2) and a method for determining the state of charge of an electric energy storage device when the electric energy storage device (4) is charged with electric energy during the charging process, One or more values for current integration as one or more input parameters, and one or more values for one or more additional input parameters.

Description

충전 상태 결정 방법{METHOD FOR DETERMINING A CHARGE STATE}METHOD FOR DETERMINING A CHARGE STATE

본 발명은 충전 상태를 결정하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for determining a state of charge.

배터리의 충전 상태(SOC: state of charge)는 일반적으로 시간에 걸쳐 배터리를 통해 흐르는 전류의 적분을 통해 결정된다. 그러나 상기 적분을 위해서는, 배터리 충전량의 하나 이상의 초기값을 알고 있어야 한다. 측정 공차로 인한 드리프트를 보상할 수 있도록 하기 위해, 특정 시간 간격들로 충전 상태의 재보정이 수행될 수 있다. 이는, 배터리가 휴지 상태에 있고 상기 배터리를 통해 적은 부하 전류만이 흐르는 동안에, 휴지 전위의 측정을 통해 수행된다. 또한, 배터리가 한 번의 충전 과정 이후 전기 에너지로 충분히 충전되었다면, 완충 상태가 검출될 수도 있다.A state of charge (SOC) of a battery is generally determined through integration of the current flowing through the battery over time. However, for this integration, one or more initial values of the battery charge amount must be known. In order to be able to compensate for the drift due to measurement tolerances, recalibration of the charged state can be performed at specific time intervals. This is done by measuring the dormant potential while the battery is in a dormant state and only a small load current flows through the battery. Also, if the battery is sufficiently charged with electrical energy after one charging cycle, a buffered state may be detected.

독일 공보 DE 10 2006 036 784 A1호는, 배터리의 다양한 작동 변수들로부터 에너지 저장 장치의 수학 모델의 상태 변수들 및 매개변수들을 계산하는 상태 변수 및 매개변수 추정 법칙(state variable and parameter estimator)을 이용하여 배터리의 용량을 결정하기 위한 방법을 기술하고 있다. 여기서는, 정상적인 배터리 작동 동안 배터리의 용량이 하나 이상의 용량 의존적 매개변수의 함수로서 계산될 때 배터리 충전 상태가 매우 정확하게 결정될 수 있다.German Publication DE 10 2006 036 784 A1 discloses a method and apparatus for estimating the state variables and parameters of a mathematical model of an energy storage device from various operating variables of a battery using state variables and parameter estimators Thereby determining the capacity of the battery. Here, the battery charge state can be determined very accurately when the capacity of the battery during normal battery operation is calculated as a function of one or more dose dependent parameters.

이러한 근거에서 독립 청구항들의 특징들을 갖는 방법 및 장치가 제안된다. 본 발명의 그 외 구현예들은 종속 청구항들 및 하기 설명을 참조한다.On this basis, a method and an apparatus having the features of the independent claims are proposed. Other embodiments of the present invention refer to the dependent claims and the following description.

상기 방법의 구현예에서, 전기 에너지 저장 장치의 충전 상태(SOC)는 전기 에너지를 이용한 전기 에너지 저장 장치의 충전 과정 동안 결정된다. 이 경우, 충전 상태는, 에너지 저장 장치를 위한 충전 과정이 완전히 끝나지 않아서 에너지 저장 장치를 위한 완충 상태에 도달하지 않았을 때에도 결정될 수 있다. 하기에 기술되는 방법에서 전기 에너지 저장 장치는 일반적으로, 예컨대 자동차의 납 축전지(lead-acid accumulator)로서, 그리고/또는 그 스타터 배터리로서 형성될 수 있는 배터리라 지칭된다. 그러나 본원의 방법은 방전 후 재충전 가능한 모든 전기 에너지 저장 장치를 를 대상으로 수행될 수 있다.In an embodiment of the method, the state of charge (SOC) of the electrical energy storage device is determined during the charging process of the electrical energy storage device using electrical energy. In this case, the state of charge can also be determined when the charging process for the energy storage device is not completely finished and the buffering state for the energy storage device has not yet been reached. In the method described below, an electric energy storage device is generally referred to as a battery, which can be formed, for example, as a lead-acid accumulator of an automobile and / or as its starter battery. However, the method of the present invention can be performed on all electric energy storage devices that can be recharged after discharge.

본원의 방법은 특히 자동차의 하나 이상의 전기 에너지 저장 장치를 위해 수행될 수 있고, 하이브리드 구동 장치를 탑재한 자동차에도 적합하며, 이런 자동차의 전동기는 상기 유형의 전기 에너지 저장 장치로부터 전기 에너지를 공급받는다.The method can be performed especially for one or more electric energy storage devices of an automobile, and is also suitable for a vehicle equipped with a hybrid drive device, and the electric motor of such an automobile is supplied with electric energy from the above-mentioned electric energy storage device.

자동차의 경우, 자동차의 하나 이상의 전기 에너지 저장 장치는, 예컨대 다이나모(dynamo)로서 형성된 발전기에 의해, 그리고/또는 제동 과정 동안 발전기로서 작동되는 전동기에 의해 기계 에너지가 전기 에너지로 변환됨으로써 충전된다.In the case of an automobile, one or more electrical energy storage devices of an automobile are charged by the conversion of mechanical energy into electrical energy, for example by a generator formed as a dynamo, and / or by a motor operated as a generator during the braking process.

그러나 이 경우, 이를 위해 제공되는 충전 시간은 평균 20분 내지 30분의 주행 시간으로 제한될 수 있는 데 반해, 완충에 필요한 주행 시간은 각각의 충전 상태에 따라 3시간 내지 4시간에 상당할 수 있다는 점을 고려해야 한다. 이에 더하여, 자동차의 에너지 관리로 인해 충전 상태는 의도적으로 100% 미만의 값으로 유지된다는 점도 고려해야 한다. 또한, 자동차의 각각의 사용 유형에 따라(예: 택시), 배터리의 휴지 전압이 결정될 수 있는 휴지 단계가 비교적 오랜 시간에 걸쳐 발생하지 않을 수도 있다. 이런 경우, 상기 방법의 범주에서 충전 상태 재보정의 가능성이 추가로 제공됨으로써, 결정될 충전 상태의 가용성 및 정확성이 증대될 수 있다.In this case, however, the charging time provided for this can be limited to an average running time of 20 to 30 minutes, while the running time required for the buffering may be equivalent to 3 to 4 hours depending on the charging state Points should be considered. In addition, it should be taken into consideration that the charge state is intentionally maintained at less than 100% due to energy management of the vehicle. Also, depending on the type of usage of each vehicle (e.g., a taxi), a dormant phase in which the dormant voltage of the battery can be determined may not occur over a relatively long period of time. In this case, the possibility of recalibration of the charge state in the scope of the method is additionally provided, so that the availability and accuracy of the state of charge to be determined can be increased.

충전 과정 동안 전기 에너지 저장 장치의 충전 상태를 결정하기 위한 방법을 구현할 때 다양한 조치들이 취해질 수 있다. 충전 과정 동안, 하나 이상의 입력 매개변수로서 배터리의 하나 이상의 관련 작동 매개변수 및/또는 하나 이상의 관련 측정 변수에 대한 값이 검출될 수 있다. 이렇게 하나 이상의 입력 매개변수로서 배터리를 통해 흐르는 배터리 전류(Ibatt) 및/또는 배터리에 인가된 배터리 전압(Ubatt)을 기반으로 충전 상황을 검출할 수 있다.Various measures can be taken when implementing a method for determining the state of charge of an electrical energy storage device during the charging process. During the charging process, one or more associated operating parameters of the battery and / or a value for one or more associated measurement variables may be detected as one or more input parameters. Thus, the charging status can be detected based on the battery current Ibatt flowing through the battery and / or the battery voltage Ubatt applied to the battery as one or more input parameters.

본원 방법의 한 가능한 수행 시 산출되는, 하나 이상의 검출된 측정 변수 및/또는 하나 이상의 검출된 작동 매개변수의 값들에 대한 입력 데이터는 그 유효 범위 및 일관성과 관련하여 검사될 수 있다. 충전 상태는, 하나 이상의 검출된 측정 변수 및/또는 하나 이상의 검출된 작동 매개변수의 값들에 대한 입력 데이터를 기반으로, 특성맵을 통해, 예컨대 비교 및/또는 계산에 의해 결정될 수 있다.Input data for one or more detected measured variables and / or values of one or more detected operating parameters, which are calculated at one possible execution of the method herein, may be checked with respect to its validity range and consistency. The state of charge may be determined, for example, by comparison and / or calculation, through a property map, based on input data for one or more detected measured variables and / or values of one or more detected operating parameters.

본원 방법의 한 실시예의 제1 단계에서, 작동 매개변수로서의 배터리 전류(Ibatt) 및/또는 배터리 전압(Ubatt)을 기반으로 배터리의 충전 상황의 검출이 수행될 수 있다. 이 경우, 상기 전기 작동 매개변수들에 대한 실제값들은, 이를 위해 충전 과정 동안 제공되는 배터리 전류에 대한 임계값(Ibatt_load) 및 배터리 전압에 대한 임계값(Ubatt_load)과 비교될 수 있다. Ubatt > Ubatt_load이고 Ibatt > Ibatt_load인 경우, 배터리는 충전되는 것으로 판단된다. 이를 위해, 전기 작동 매개변수들의 실제값들에 대한 입력 신호들은 원치 않는 간섭들을 방지하기 위해 사전 필터링될 수 있다.In a first step of an embodiment of the method, detection of the charging status of the battery may be performed based on the battery current Ibatt and / or the battery voltage Ubatt as operating parameters. In this case, the actual values for the electrical operating parameters may be compared to a threshold value (Ibatt_load) for the battery current and a threshold value (Ubatt_load) for the battery voltage for this purpose. If Ubatt> Ubatt_load and Ibatt> Ibatt_load, the battery is determined to be charged. To this end, the input signals for the actual values of the electrical operating parameters may be prefiltered to prevent unwanted interferences.

관련 측정 변수들 및 배터리 매개변수들의 검출은 본원 방법의 제2 단계에서 충전 과정 동안 수행된다. 배터리 충전 상태의 결정을 위해, 충전 과정 동안 배터리의 이른바 충전 수입성(charging acceptance), 다시 말해 배터리가 전기 에너지를 받아들여 전기 에너지로 충전될 수 있는 능력이 산출된다. 충전 수입성은 일반적으로, 충전 과정 동안 인가되며 배터리 전압 또는 충전 전압으로도 지칭될 수 있는 전압, 배터리의 온도 및 충전 상태와 같은 작동 매개변수들에 좌우되기 때문에, 충전 수입성 및 모든 관련 작동 및/또는 주변 매개변수의 결정을 통해 다시 충전 상태가 결정될 수 있다.Detection of relevant measurement parameters and battery parameters is performed during the charging process in the second step of the method. To determine the state of charge of the battery, the so-called charging acceptance of the battery during the charging process, that is, the ability of the battery to be charged with electrical energy, is calculated. Charge importability generally depends on operating parameters such as the voltage applied during the charging process and also referred to as the battery voltage or charge voltage, the temperature of the battery, and the state of charge, Or the determination of the ambient parameters may determine the state of charge again.

본원 방법의 한 가능한 구현을 위해, 예컨대 한 실험에서, 작동 및/또는 주변 매개변수들을 포함하여 충전 과정에 관련된 모든 입력 매개변수가 검출되며, 상기 입력 매개변수들에 따라 충전 상태에 대한 관련 특성맵이 결정될 수 있다.For one possible implementation of the method, for example, in one experiment, all input parameters related to the charging process, including the operating and / or ambient parameters, are detected and the associated characteristic map for the charging state Can be determined.

입력 매개변수들을 위한 값들로서는, 최종 5분 동안 흐른 배터리 전류(Ibatt)에 대한 제1 전류 적분(Q5)의 값, 최종 10분 동안 흐른 배터리 전류(Ibatt)에 대한 제2 전류 적분(Q10)의 값, 최종 15분 동안 흐른 배터리 전류(Ibatt)에 대한 제3 전류 적분(Q15)의 값, 여기서는 배터리 전압(Ubatt)에 상응하는 충전 전압에 대한 하나 이상의 값, 배터리의 온도(Tbatt)에 대한 하나 이상의 값, 그리고 배터리의 정격 용량(C20)에 대한 하나 이상의 값이 이용될 수 있다.Values for the input parameters include the value of the first current integral (Q5) for the battery current (Ibatt) flowing during the last 5 minutes, the second current integral (Q10) for the battery current (Ibatt) The value of the third current integral Q15 with respect to the battery current Ibatt for the last 15 minutes, here at least one value for the charging voltage corresponding to the battery voltage Ubatt, the temperature of the battery Tbatt, One or more values, and one or more values for the rated capacity C20 of the battery may be used.

전류 적분들(Q5, Q10, Q15)의 값으로써 배터리의 충전 수입성을 기술할 수 있다. 그 대안으로 또는 보충으로, 다양한 입력 매개변수들로써, 예컨대 충전 과정 동안 배터리를 통해 흐르는 배터리 전류(Ibatt)의 값들을 통해, 충전 수입성을 표현할 수 있으며, 이를 위해 제공되는 값들은 상이한 특정 시점들에서 검출될 수 있다.The charge importability of the battery can be described by the values of the current integrations (Q5, Q10, Q15). Alternatively or additionally, it is possible to express the charge impulse with various input parameters, for example, through the values of the battery current Ibatt flowing through the battery during the charging process, the values being provided for this, at different specific time points Can be detected.

본원 방법의 한 변형예의 경우, 언급한 전류 적분들(Q5, Q10, Q15)의 값들이 배터리 전류(Ibatt) 대신 이용되는데, 그 이유는 상기 배터리 전류가 자동차에서는 경우에 따라 과도적으로 또는 비정상 상태로(non-steady) 거동함으로써 요동될 수 있고, 그 결과 충전 상태가 비교적 부정확하게 결정될 수 있기 때문이다. 물론, 복수의 시간 간격 동안의 배터리 전류(Ibatt)를 측정하여 각각의 시간 간격에 대해 배터리 전류(Ibatt)의 평균치를 값으로서 결정할 수 있다. 전류 적분들(Q5, Q10, Q15)에 대한 값들을 공급하기 위해 적분 계산을 제공하는 것을 통해, 이용될 입력 매개변수들의 우수한 필터링이 달성될 수 있다.In one variation of the method, the values of the mentioned current integrations (Q5, Q10, Q15) are used instead of the battery current Ibatt because the battery current is sometimes transiently or abnormally Steady "behavior, and as a result, the state of charge can be relatively inaccurately determined. Of course, the battery current Ibatt during a plurality of time intervals can be measured and the average value of the battery current Ibatt for each time interval can be determined as a value. By providing an integral calculation to supply the values for the current integrations Q5, Q10, Q15, an excellent filtering of the input parameters to be used can be achieved.

입력 매개변수들에 대한 값들로서의 입력 데이터에 대해 그 유효 범위와 일관성 및 그와 더불어 그 타당성의 검사가 제3 단계에서 수행된다. 여기서는, 입력 매개변수들의 값들이 주어진 측정 시간에 걸쳐 특성맵의 유효성 이내에 위치하는지, 그리고/또는 결정될 충전 상태에 대해 허용 가능한 결과를 도출할 수 있기에 충분히 안정적인지, 예컨대 연속적인지의 여부가 검사된다. 이를 위해, 입력 매개변수들의 값 범위들뿐만 아니라 그 최소값들 및 그 최대값들이 검사된다. 입력 매개변수들의 값 범위들뿐만 아니라 그 최소값들 및 그 최대값들이 사전 설정된 임계값들 이내에 있는 경우에 충전 상태가 계산될 수 있다.The validity and consistency of the input data as values for the input parameters, as well as their validity, are checked in a third step. Here, it is checked whether the values of the input parameters are located within the validity of the characteristic map over a given measurement time and / or whether it is sufficiently stable, e.g., continuous, to be able to derive an acceptable result for the state of charge to be determined. To this end, not only the value ranges of the input parameters but also their minimum values and their maximum values are checked. The charge state can be calculated if the minimum values and their maximum values as well as the value ranges of the input parameters are within predetermined thresholds.

충전 상태의 결정은 본원 방법의 제4 단계에서 입력 매개변수들을 기반으로 특성맵을 통해 수행될 수 있다. 이 경우, 경험에 의거하여 결정된 입력 매개변수들의 값들을 기반으로 하는 다차원 특성맵이 이용된다. 간단하게는, 입력 매개변수들의 검출된, 그리고/또는 계산된 값들에 대한 선형 회귀를 통해 특성맵이 제공될 수 있으며, 이는 일반적으로 자원 친화적인 방식으로 수행될 수 있다. 그러나 요구에 따라서는 특성맵을 결정하기 위해 비선형 접근법들도 이용될 수 있다.The determination of the state of charge can be performed through the property map based on the input parameters in the fourth step of the method. In this case, a multi-dimensional property map based on the values of the input parameters determined based on experience is used. Briefly, a characteristic map may be provided through a linear regression on the detected and / or calculated values of the input parameters, which may be performed in a generally resource-friendly manner. However, nonlinear approaches can also be used to determine a property map, depending on the needs.

특성맵에 의해서는, 입력 매개변수들의 상이한 값들에 좌우되는, 충전 상태(SOC)의 다양한 값들이 산출될 수 있다. 충전 상태(SOC)의 값의 관계는 하기 회귀 방정식(1)을 통해 표현될 수 있다.Depending on the property map, various values of the state of charge (SOC), which depend on different values of the input parameters, can be calculated. The relationship of the values of the state of charge (SOC) can be expressed by the following regression equation (1).

Figure pct00001
Figure pct00001

위의 방정식에서, c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7, c8 및 c9는, 하기에 기술되는 입력 매개변수들의 측정 데이터 및/또는 측정된 값들(Ubatt, Tbatt, C20nom, Uc0max, C0, Q5, Q10 및 Q15)을 기반으로 최소 제곱법을 이용하여 결정될 수 있는 회귀 계수들이다. 회귀 계수들(c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7, c8 및 c9), 일반적으로 ci에 의해, 상기 값들(Ubatt, Tbatt, C20nom, Uc0max, C0, Q5, Q10 및 Q15)이 스케일링될 수 있다.In the above equation, c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7, c8 and c9 are the measured data of the input parameters and / or the measured values (Ubatt, Tbatt, C20nom, Uc0max, C0 , Q5, Q10, and Q15) based on the least squares method. The values (Ubatt, Tbatt, C20nom, Uc0max, C0, Q5, Q10 and Q15) are scaled by the regression coefficients c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7, c8 and c9, .

Ubatt는, 본원에서는 충전 전압에 상응하는, 볼트(V) 단위로 측정된 배터리 전압의 값이다. Tbatt는 캘빈(K) 단위로 측정된 배터리 온도의 값이다. C20nom은 암페어시(Ah) 단위의 배터리 정격 용량(C20)의 공칭값이다. Uc0max는 볼트 단위의 배터리 최대 휴지 전압의 값이다. C0은 배터리의 배터리 산의 예비 용량에 대한 값이며 패럿(F) 단위로 명시된다. Q5, Q10 및 Q15은 배터리의 전류(Ibatt)에 대한 전류 적분의 값을 나타내며, 이때 Q5는 5분 동안 흐른 전류에 대한 전류 적분의 값에 상응하고, Q10은 10분 동안 흐른 전류에 대한 전류 적분의 값에 상응하고, Q15는 15분 동안 흐른 전류에 대한 전류 적분의 값에 상응하며, 이들 전류 적분들에 대한 값은 암페어초(As) 단위로 명시된다.Ubatt is the value of the battery voltage measured in volts (V), here corresponding to the charging voltage. Tbatt is the value of the battery temperature measured in Kelvin (K). C20nom is the nominal value of the battery rated capacity (C20) in amperes (Ah). Uc0max is the maximum idle voltage of the battery in volts. C0 is the value for the reserve capacity of the battery's battery acid and is specified in units of Farads (F). Q5, Q10 and Q15 represent the value of the current integral to the battery's current (Ibatt), where Q5 corresponds to the value of the current integral for the current flowing for 5 minutes and Q10 corresponds to the current integral for the current flowing for 10 minutes Q15 corresponds to the value of the current integral for the current flowing for 15 minutes and the value for these current integrals is specified in units of Ampere seconds (As).

언급한 회귀 방정식(1)에는 여기서는 입력 매개변수에 대한 값(x)의 선형 항들(c*x)만이 포함된다. 가능한 확장으로서는 더 높은 차수, 예컨대 입력 매개변수에 대한 값(x)의 2차(ci*x2) 및 그에 따른 제곱의 항들, 그리고/또는 입력 매개변수의 값(x)에 대한 n차 또는 n승(ci*xn)의 항들도 가능하다. 그 밖에도, 회귀 방정식(1)에 의해 상이한 입력 매개변수들의 값들(x 및 y)의 교호작용, 예컨대 (ci*x*y)도 이용될 수 있다. 통상 특성맵의 근사를 위한 임의의 또 다른 방법들, 예컨대 신경 회로망(neural network) 또는 스플라인(spline)도 이용될 수 있다.The regression equation (1) mentioned here includes only the linear terms (c * x) of the value (x) for the input parameters. As a possible extension higher order, for example, the second value (x) for the input parameters (ci * x 2) and the terms of the squares accordingly, and / or the n-th of the value (x) of the input parameter or n The terms of w (ci * x n ) are also possible. In addition, the alternation of values (x and y) of different input parameters, such as (ci * x * y), may also be used by regression equation (1). Any other method for approximating the characteristic map in general, such as a neural network or spline, may also be used.

회귀 방정식(1)에서는 입력 변수들로서 이용되는 모든 중요한 작동 매개변수들이 고려된다. 회귀 방정식(1)은, 회귀 계수들(ci)을 통해 스케일링되는 추가 입력 매개변수들에 대한 값들에 의해 보충될 수 있다.Regression Equation (1) considers all important operating parameters used as input variables. Regression equation (1) can be supplemented by values for additional input parameters that are scaled through regression coefficients ci.

입력 매개변수들은 회귀 방정식(1)에 의해 특성맵의 제공을 위해 상호 연산될 수 있다. 충전 상태의 계산을 위해 이용되는 회귀 방정식(1)에 의해, 회귀 계수들(ci)과 함께 입력 매개변수들의 개별 값들에 대한 회귀 의존성 및 그 가중 계수들도 고려된다.The input parameters can be inter-operated to provide a characteristic map by regression equation (1). Regression dependence of the individual values of the input parameters along with the regression coefficients ci and their weighting factors are also taken into account by the regression equation (1) used for calculating the state of charge.

본 발명의 또 다른 장점들 및 구성들은 명세서 및 첨부 도면들을 참조한다.Further advantages and configurations of the present invention refer to the specification and the accompanying drawings.

전술한 특징들 및 하기에 추가로 설명될 특징들은 각각 명시된 조합뿐만 아니라 다른 방식으로 조합된 형태로 또는 단독으로도 본 발명의 범주 내에서 적용될 수 있다.The features described above and the features to be described further below may be applied within the scope of the present invention, either individually or in combination, as well as in specified combinations.

도 1은 전술한 방법의 한 실시예를 수행하도록 형성된, 제안된 장치의 한 실시예의 개략도이다.
도 2는 전술한 방법의 실시예를 수행하기 위한 흐름도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a schematic diagram of one embodiment of a proposed apparatus formed to perform one embodiment of the method described above.
2 is a flow chart for performing an embodiment of the method described above.

본 발명은 한 실시예를 토대로 도면들에 개략적으로 도시되었고, 하기에서 그 도면들을 참조로 상세히 기술된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is illustrated schematically in the drawings on the basis of an embodiment and is described in detail hereinafter with reference to the drawings.

도 1에는, 여기서는 배터리(4)로서 형성된 전기 에너지 저장 장치의 충전 상태를 결정하도록 형성된 장치(2)의 한 실시예가 개략도로 도시되어 있다. 충전 상태를 결정하기 위한 방법의 구현 시, 배터리(4)를 위해 충전 과정이 수행된다. 이 경우, 배터리(4)의 극들은 공급 라인들(6, 8)을 통해 전기 에너지원과 연결된다.1, there is shown schematically an embodiment of an apparatus 2 formed to determine the state of charge of an electric energy storage device formed as a battery 4 here. In the implementation of the method for determining the state of charge, a charging process is performed for the battery 4. In this case, the poles of the battery 4 are connected to the electrical energy source via the supply lines 6, 8.

상기 장치(2)는 제어 유닛(10)과 전기 측정 유닛(12)을 포함한다. 충전 상태를 결정하기 위해, 여기서는 하나 이상의 전기 입력 매개변수로서, 배터리(4)를 통해 흐르는 배터리 전류(Ibatt), 배터리(4)에 인가된 배터리 전압(Ubatt), 및/또는 배터리의 온도(Tbatt)의 하나 이상의 값이 전기 측정 유닛(12)에 의해 센서 방식으로 검출되며, 이때 상기 측정 유닛(12)은, 도 1에 도시된 것처럼, 여기서는 파선으로 도시된 측정 라인들을 통해 배터리(4)의 하나 이상의 극 및/또는 하나 이상의 공급 라인(6, 8)과 연결된다. 도 1에는 배터리 전류(Ibatt)의 측정이 명확하게 도시되어 있지 않다. 도시된 실시예에서 배터리 전류(Ibatt)는 측정 유닛(12)을 통해, 예컨대 측정 유닛(12) 내에 배치된 분류기(shunt)(측정 저항)를 통해 흐른다. 그 대안으로, 측정 유닛(12)을 통해 흐르는 배터리 전류(Ibatt)가 측정 유닛(12) 내에서 유도 측정될 수도 있다. 이 경우, 입력 매개변수들에 대해 검출된 값들은 추가 평가를 위해, 다시 말해 충전 상태의 결정을 위해 제어 유닛(10)으로 전달되어, 이 제어 유닛에 의해 평가된다.The device (2) includes a control unit (10) and an electricity measurement unit (12). In order to determine the state of charge, here one or more of the electrical input parameters may be defined as the battery current Ibatt flowing through the battery 4, the battery voltage Ubatt applied to the battery 4, and / ) Is detected in a sensor manner by the electrical measuring unit 12, wherein the measuring unit 12 is connected to the battery 4 via the measurement lines shown here by dashed lines, as shown in Figure 1 One or more poles and / or one or more supply lines (6, 8). The measurement of the battery current Ibatt is not clearly shown in Fig. In the illustrated embodiment, the battery current Ibatt flows through a measuring unit 12, for example a shunt (measuring resistor) arranged in the measuring unit 12. Alternatively, the battery current Ibatt flowing through the measurement unit 12 may be measured inductively in the measurement unit 12. In this case, the values detected for the input parameters are passed to the control unit 10 for further evaluation, i. E. For the determination of the state of charge, and are evaluated by this control unit.

여기에 도시된 장치(2)의 실시예를 이용하여 본원의 방법을 수행하기 위한 개별 단계들(14, 16, 18, 20)이 도 2의 흐름도에 도시되어 있다.The individual steps 14, 16, 18, 20 for carrying out the method of the present application using the embodiment of the device 2 shown here are shown in the flow chart of Fig.

제1 단계(14)에서는, 충전 과정 동안 하나 이상의 입력 매개변수, 여기서는 전류 적분의 하나 이상의 값을 기반으로, 그리고 배터리 전압(Ubatt) 및/또는 배터리(4)의 온도(Tbatt)를 기반으로 배터리(4)의 충전 상태가 결정된다. 이를 위해, 특히 하나 이상의 입력 매개변수의 값이 이를 위해 제공된 임계값보다 얼마나 더 높거나 더 낮은지 검사된다.In the first step 14, a battery voltage (Ubatt) and / or a temperature (Tbatt) of the battery (4) is calculated based on one or more input parameters, here one or more values of current integration, The charging state of the battery 4 is determined. To do this, it is specifically checked how the value of one or more input parameters is higher or lower than the threshold value provided for it.

제2 단계(16)에서는, 충전 과정 동안, 하나 이상의 입력 매개변수의 하나 이상의 값, 일반적으로 배터리(4)의 하나 이상의 주변 매개변수 및/또는 하나 이상의 작동 매개변수가 전기 측정 유닛(12)에 의해 측정을 통해 검출된다.In the second step 16, during the charging process, one or more values of one or more input parameters, typically one or more peripheral parameters of the battery 4 and / or one or more operating parameters, Is detected by measurement.

제3 단계(18)에서는, 하나 이상의 입력 매개변수의 하나 이상의 값이 타당성이 있는지, 예컨대 유효성 및 일관성이 있는지 검사된다.In a third step 18, one or more values of one or more input parameters are checked for validity, e.g., validity and consistency.

본원 방법의 마지막 제4 단계(20)에서는, 배터리가 충전 과정에서 전기 에너지로 충전될 때 배터리(4) 충전 상태의 실질적인 결정이 수행된다. 이 경우, 충전 상태는 하나 이상의 입력 매개변수로서의 전류 적분에 대한 하나 이상의 값, 및 추가로 검출된 하나 이상의 입력 매개변수에 대한 하나 이상의 값을 기반으로 특성맵을 통해 결정된다.In the final fourth step 20 of the method, a substantial determination of the state of charge of the battery 4 is performed when the battery is charged with electrical energy during the charging process. In this case, the state of charge is determined through the property map based on one or more values for current integration as one or more input parameters, and one or more values for one or more additional input parameters detected.

이 경우, 특성맵은 하나 이상의 입력 매개변수의 하나 이상의 값에 따라 회귀 방정식을 통해 선험적으로 결정될 수 있다. 또한, 특성맵은 제어 유닛(10) 내에 저장된다. 이 경우 이용되는 회귀 방정식은 입력 매개변수들의 값들에 대한 충전 상태의 의존도를 나타낸다.In this case, the characteristic map may be determined a priori through the regression equation according to one or more values of one or more input parameters. In addition, the characteristic map is stored in the control unit 10. [ The regression equation used in this case represents the dependence of the state of charge on the values of the input parameters.

결과적으로, 하나 이상의 입력 매개변수로서 배터리(4)의 배터리 전류(Ibatt)의 전류 적분이 이용되며, 이때 전류 적분의 하나 이상의 값은 충전 과정 동안 측정되는 하나 이상의 입력 매개변수에 기초하여 계산된다. 전류 적분의 하나 이상의 값은 여기서 하나 이상의 시간 간격에 대해 상기 하나 이상의 시간 간격 동안 산출된다. 하나 이상의 추가 입력 매개변수로서는 배터리 전압 및/또는 배터리(4)의 온도가 이용된다. 또한, 하나 이상의 부가적인 추가 입력 매개변수로서 배터리(4)의 전기 용량 및/또는 배터리의 휴지 전압을 이용할 수도 있다. 또한, 배터리의 또 다른 작동 매개변수들을 입력 매개변수로서 이용할 수도 있다. 이 경우, 입력 매개변수들의 값들, 다시 말하면 전류 적분의 하나 이상의 값과 하나 이상의 추가 입력 매개변수의 하나 이상의 값이 서로 연산될 수 있다. 또한, 하나 이상의 입력 매개변수의 값들 상호 간의 회귀 의존성이 이용될 수 있다. 그 대안으로 또는 보충으로, 하나 이상의 입력 매개변수의 하나 이상의 값의 선형 관계에 대한 가중 계수를 이용할 수 있다.As a result, current integration of the battery current Ibatt of the battery 4 is used as one or more input parameters, wherein one or more values of the current integral are calculated based on one or more input parameters measured during the charging process. One or more values of the current integral are calculated here for the one or more time intervals for the one or more time intervals. As one or more additional input parameters, the battery voltage and / or the temperature of the battery 4 are used. Further, the capacity of the battery 4 and / or the resting voltage of the battery may be used as one or more additional additional input parameters. Other operating parameters of the battery may also be used as input parameters. In this case, the values of the input parameters, i. E. One or more values of the current integral and one or more values of one or more additional input parameters can be operated on each other. Also, a regression dependency between the values of one or more input parameters may be used. Alternatively or additionally, a weighting factor for the linear relationship of one or more values of one or more input parameters may be used.

통상적으로 전류 적분의 하나 이상의 값은 시간에 걸쳐 센서 감지에 의해 검출된 배터리 전류(Ibatt)의 적분을 통해 산출된다. 이 경우, 상이한 시간 간격들, 일반적으로는 상이한 길이의 시간 간격들에 대해, 충전 상태를 결정하기 위해 다양한 전류 적분 값들을 이용할 수 있다. 통상 전류 적분에 대한 값들이 결정되는 시간 간격들은 충전 과정의 시작 시 개시될 수 있고, 그 길이는 서로 상이할 수 있다. 본원 실시예에서 n개의 상이한 시간 간격에 대해 전류 적분의 n개의 값이 결정될 수 있다. 시간 간격 동안 산출되는 전류 적분의 값을 통해, 상기 시간 간격 동안 배터리(4) 내로 유입되는 전하에 대한 값이 제공된다.Typically, one or more values of the current integral are computed through integration of the battery current Ibatt detected by sensor sensing over time. In this case, various current integration values may be used to determine the state of charge for different time intervals, typically time intervals of different lengths. The time intervals at which the values for the normal current integration are determined can be started at the beginning of the charging process, and their lengths can be different from each other. In the present embodiment, the n values of the current integral can be determined for n different time intervals. Through the value of the current integral calculated during the time interval, a value is provided for the charge entering the battery 4 during said time interval.

본원 방법의 범주에서 충전 상태가 결정되는 배터리(4)는 자동차의 스타터 배터리로서 형성될 수 있다. 이 경우, 배터리(4)는 납 축전지일 수 있다. 그 대안으로, 본원의 방법은 리튬 이온 축전지로서 형성된 배터리(4)의 경우에도 수행될 수 있다.The battery 4 whose charge state is determined in the scope of the present method can be formed as a starter battery of an automobile. In this case, the battery 4 may be a lead-acid battery. Alternatively, the method of the present invention can also be performed in the case of the battery 4 formed as a lithium ion battery.

또한, 흘러간 배터리 전류(Ibatt)에 기반하여 전류 적분에 대한 하나 이상의 값을 모니터링함으로써, 배터리(4)가 완충되는 시점도 결정할 수 있다. 예컨대 리튬 이온 축전지로서 형성된 배터리(4)의 경우, 충전 과정 동안 전류 적분의 하나 이상의 값을 통해 충전 상태(SOC)를 추정할 수 있는데, 그 이유는 이 경우 적은 손실만이 예상되기 때문이다. 본원의 방법을 이용하여, 충전 과정 개시 후 단시간(예컨대 15분) 경과 후에 이미 전류 적분의 하나 이상의 값 및 하나 이상의 추가 입력 매개변수의 하나 이상의 값을 기반으로 추가 적분 없이 충전 상태가 결정될 수 있다.It is also possible to determine when the battery 4 is fully charged by monitoring one or more values for the current integration based on the battery current Ibatt that has flowed. For example, in the case of a battery 4 formed as a lithium ion battery, the state of charge (SOC) can be estimated through one or more values of the current integration during the charging process, since only a small loss is expected in this case. Using the method of the present invention, the charge state can be determined without further integration based on one or more values of the current integral and one or more values of one or more additional input parameters after a short time (e.g., 15 minutes) after the start of the charge process.

Claims (10)

전기 에너지 저장 장치가 충전 과정 동안 전기 에너지로 충전될 때, 상기 전기 에너지 저장 장치의 충전 상태를 결정하기 위한 방법이며, 상기 충전 상태는 하나 이상의 입력 매개변수로서의 전류 적분에 대한 하나 이상의 값과, 하나 이상의 추가 입력 매개변수에 대한 하나 이상의 값을 기반으로 특성맵을 통해 결정되는, 전기 에너지 저장 장치의 충전 상태 결정 방법.A method for determining a charge state of an electrical energy storage device when the electrical energy storage device is charged with electrical energy during a charge process, the charge state comprising one or more values for current integration as one or more input parameters, Wherein the at least one additional input parameter is determined through a property map based on one or more values for the additional input parameter. 제1항에 있어서, 상기 전기 에너지 저장 장치의 충전 상황은 충전 과정 동안 하나 이상의 입력 매개변수를 기반으로 결정되는, 전기 에너지 저장 장치의 충전 상태 결정 방법.The method of claim 1, wherein the charge state of the electrical energy storage device is determined based on one or more input parameters during a charge process. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 입력 매개변수의 하나 이상의 값은 충전 과정 동안 검출되어 그 타당성이 검사되는, 전기 에너지 저장 장치의 충전 상태 결정 방법.3. The method of claim 1 or 2, wherein at least one value of the one or more input parameters is detected during the charging process and its validity is checked. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가 입력 매개변수로서 배터리의 온도가 이용되는, 전기 에너지 저장 장치의 충전 상태 결정 방법.4. The method of any one of claims 1 to 3, wherein the temperature of the battery is used as the one or more additional input parameters. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가 입력 매개변수로서 배터리 전압이 이용되는, 전기 에너지 저장 장치의 충전 상태 결정 방법.5. The method of any one of claims 1 to 4, wherein the battery voltage is used as the one or more additional input parameters. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전류 적분의 하나 이상의 값은 하나 이상의 시간 간격에 대해 상기 하나 이상의 시간 간격 동안 산출되는, 전기 에너지 저장 장치의 충전 상태 결정 방법.6. The method of any one of claims 1 to 5, wherein the one or more values of the current integral are calculated during the one or more time intervals for one or more time intervals. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특성맵은 상기 하나 이상의 입력 매개변수에 따라 경험적으로 결정되는, 전기 에너지 저장 장치의 충전 상태 결정 방법.7. The method of any one of claims 1 to 6, wherein the property map is determined empirically according to the one or more input parameters. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 납 축전지로서 형성된 전기 에너지 저장 장치를 대상으로 수행되는, 전기 에너지 저장 장치의 충전 상태 결정 방법.8. The method of any one of claims 1 to 7, wherein the method is performed on an electric energy storage device formed as a lead-acid battery. 전기 에너지 저장 장치가 충전 과정 동안 전기 에너지로 충전될 때 상기 전기 에너지 저장 장치의 충전 상태를 결정하기 위한 장치이며, 상기 장치(2)는 하나 이상의 입력 매개변수로서의 전류 적분에 대한 하나 이상의 값과, 하나 이상의 추가 입력 매개변수에 대한 하나 이상의 값을 기반으로 특성맵을 통해 충전 상태를 결정하도록 형성된 제어 유닛(10)을 포함하는, 전기 에너지 저장 장치의 충전 상태 결정 장치.An apparatus for determining the state of charge of an electrical energy storage device when the electrical energy storage device is charged with electrical energy during a charging process, the device (2) comprising one or more values for current integration as one or more input parameters, And a control unit (10) configured to determine a state of charge through a property map based on one or more values for one or more additional input parameters. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 입력 매개변수를 검출하기 위한 하나 이상의 전기 측정 유닛(12)을 포함하는, 전기 에너지 저장 장치의 충전 상태 결정 장치.10. The apparatus of claim 9, comprising at least one electrical measurement unit (12) for detecting the one or more input parameters.
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