KR20180082020A - Soc 검출 장치 - Google Patents

Abstract

다양한 실시예에 따른 SOC 검출 장치를 개시한다. 상기 배터리의 온도, 전류, SOC 별로 대응하는 개방 전압에 대한 룩업 테이블을 저장한 메모리 부, 제1 시간에 충전 및 방전을 시작하고 제2 시간에 충전 및 방전을 중단한 배터리의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 센싱부, 상기 측정된 전류에 기초하여 상기 제2 시간에서 상기 배터리의 SOC인 제1 SOC를 추정하는 SOC 추정부, 및 상기 측정된 배터리의 온도, 전류 및 제1 SOC에 대응하는 개방 전압을 상기 룩업 테이블로부터 획득하고, 상기 획득한 개방 전압에 대응하는 SOC인 제2 SOC를 초기값으로 설정하는 초기 SOC 설정부를 포함하는 SOC 검출 장치를 개시한다.

Description

SOC 검출 장치{device for detecting the state of charge of a battery}

본 발명은 SOC 검출 장치에 관한 것이다.

전기 에너지를 이용하는 자동차에서는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 배터리 셀의 성능이 뛰어나야 할 뿐만 아니라 배터리의 온도, 셀 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 배터리의 충전 및 방전을 효율적으로 관리할 수 있는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 'BMS')이 요구된다.

일반적으로, 배터리 관리 시스템에서 배터리의 충전 상태(state of charge, 이하 'SOC')를 판단하기 위해서 전류 적산에 의해 SOC를 추정하는 방식이 사용되며, 또한, 배터리가 충방전하지 않는 일정 휴지 기간이 경과된 후 개방 전압(open circuit voltage, OCV)을 측정하여 SOC를 추정하는 방식이 사용되고 있다.

전류 적산에 의한 SOC 추정 방법의 경우, 초기값이 맞지 않거나 측정 오차가 누적되거나, 인입되는 전류가 모두 전기 에너지로 변환되지 않는 문제로 인하여 정확도가 떨어진다. 이런 점에서, 배터리가 일정 시간 동안 사용되지 않은 휴지 상태에 있을 때의 OCV를 측정하여 상기 초기값을 리셋하는 방식이 이용되고 있으나, 배터리의 충방전 사이클이 증가하면 상기 일정 시간 동안 휴지 상태에 있기 어렵게 된다. 이 경우, 전류 적산에 의한 배터리의 SOC와 실제 배터리의 SOC간의 차이가 점차 커지게 되는 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 배터리가 일정 시간 동안 휴지 상태에 있지 않더라도 정확한 배터리의 개방 전압을 추정할 수 있고, 상기 추정된 개방 전압에 기초하여 초기값을 재설정하여 상기 전류 적산에 의해 추정된 SOC의 오차 누적을 방지할 수 있는 SOC 검출 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 SOC 검출 장치에 있어서, 상기 배터리의 온도, 전류, SOC 별로 대응하는 개방 전압에 대한 룩업 테이블을 저장한 메모리 부, 제1 시간에 충전 및 방전을 시작하고 제2 시간에 충전 및 방전을 중단한 배터리의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 센싱부, 상기 측정된 전류에 기초하여 상기 제2 시간에서 상기 배터리의 SOC인 제1 SOC를 추정하는 SOC 추정부, 및 상기 측정된 배터리의 온도, 전류 및 제1 SOC에 대응하는 개방 전압을 상기 룩업 테이블로부터 획득하고, 상기 획득한 개방 전압에 대응하는 SOC인 제2 SOC를 초기값으로 설정하는 초기 SOC 설정부를 포함한다.

SOC 검출 장치의 일 예에 따르면, 상기 SOC 추정부는, 상기 배터리가 충전 및 방전을 재개하면, 상기 초기 SOC 설정부가 설정한 초기값을 기초하여 상기 배터리의 SOC를 추정하는 것을 특징으로 한다.

SOC 검출 장치의 다른 예에 따르면, 상기 센싱부는, 상기 제2 시간부터 미리 설정된 시간 동안 상기 배터리의 휴지 상태가 유지되면, 상기 배터리의 전압을 재측정하고, 상기 초기 SOC 설정부는 상기 재측정된 전압을 참조하여 추정한 제3 SOC를 상기 초기값으로 재설정하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.

SOC 검출 장치의 다른 예에 따르면, 상기 룩업 테이블에서 상기 측정된 배터리의 온도, 전류 및 제1 SOC에 대응하는 개방 전압을 상기 재측정된 전압으로 변경하여 상기 룩업 테이블을 업데이트하는 보정부를 더 포함한다.

SOC 검출 장치의 다른 예에 따르면, 상기 메모리 부는 상기 배터리의 SOC와 개방 전압 간에 관계를 나타내는 SOC-OCV 테이블이 미리 저장되어 있고, 상기 초기 SOC 추정부는 상기 SOC-OCV 테이블에 기초하여 상기 획득한 개방 전압에 대응한 제2 SOC를 추정하는 것을 특징으로 한다.

다양한 실시예에 따른 SOC 검출 장치는 배터리가 일정 시간 동안 휴지 상태에 있지 않더라도 정확한 배터리의 개방 전압을 추정할 수 있고, 상기 추정된 개방 전압에 기초하여 초기값을 설정함으로써 차후 전류 적산에 의한 배터리의 SOC의 오차 누적을 방지하여 정확한 배터리의 SOC를 검출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SOC 검출 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 제1 시간에 충방전을 시작하고 제2 시간에 충방전을 중단하는 배터리의 출력 전압의 변화를 도시한 그래프이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 SOC 검출 장치의 구성인 제어부의 내부 구성을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SOC 검출 장치가 SOC를 검출하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SOC를 검출하는 방법 중 룩업 테이블을 보정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SOC 검출 장치를 개략적으로 도시한다.

도 1을 참조하면, SOC 검출 장치(100)는 센싱부(110) 및 제어부(120)를 포함한다.

SOC 검출 장치(100)는 배터리(10)와 전기적으로 연결되어, 배터리(10)의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나의 정보를 감지할 수 있다. SOC 검출 장치(100)는 감지된 정보에 기초하여 배터리(10)의 충전 상태(state of charge, 이하 'SOC')를 추정할 수 있다.

SOC 검출 장치(100)는 배터리 팩(미도시)에 포함될 수 있다. 상기 배터리 팩에 포함된 경우, 제어부(120)는 상기 배터리 팩의 배터리 관리 시스템(미도시)의 일부 구성이거나 별도의 구성일 수 있고, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 않는다.

배터리(10)는 전력을 저장하는 부분으로서, 적어도 하나의 배터리 셀(11)을 포함한다. 배터리(10)에 하나의 배터리 셀(11)이 포함되거나, 배터리(10)에는 복수의 배터리 셀(11)들이 포함될 수 있으며, 배터리 셀(11)들은 직렬로 연결되거나, 병렬로 연결되거나, 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결될 수 있다. 배터리(10)에 포함되는 배터리 셀(11)들의 개수 및 연결 방식은 요구되는 출력 전압 및 전력 저장 용량에 따라서 결정될 수 있다. 또한, 배터리(10)는 복수의 배터리 셀(11)을 포함하는 배터리 팩을 복수 개 포함하는 배터리 모듈일 수 있으며, 본 발명의 사상의 배터리(10)의 종류에 따라 제한되지 않는다.

배터리 셀(11)은 충전이 가능한 납 축전지를 제외한 이차 전지를 포함할 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(11)은 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery) 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery)를 포함할 수 있다.

센싱부(110)는 배터리(10), 상기 배터리 팩, 상기 배터리 모듈 중 적어도 하나의 전압, 전류 및 온도를 측정할 수 있다. 센싱부(110)는 측정한 정보를 제어부(120)에 전달할 수 있다.

제어부(120)는 센싱부(110)가 수집한 정보를 전달 받아 배터리(10)의 충전 상태인 SOC를 추정할 수 있는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

제어부(120)는 상기 정보에 기초하여 배터리(10)의 SOC를 추정할 수 있다. 제어부(120)는 배터리가 충방전을 시작할 때의 배터리의 SOC값인 초기값 및 상기 측정된 배터리(10)의 전류를 적분한 누적 정보에 기초하여 현재 배터리(10)의 SOC를 추정할 수 있다. 예를 들면, 초기값이 60%이고 전류를 적산한 누적 정보에 따르면 SOC의 변화량이 -20%인 경우, 제어부는 현재 상기 배터리의 SOC를 40%로 추정할 수 있다.

또한, 제어부(120)는 배터리(10)가 충전 및 방전을 중단하여 휴지상태에 있는 경우에 룩업 테이블을 통해 획득한 개방 전압으로부터 차후 충방전을 재개하는 시점의 배터리의 초기 SOC인 초기값을 설정할 수 있다. 이 경우, 제어부(120)는 차후 충방전을 재개할 때에 상기 설정된 초기값에 기초하여 충방전을 재개한 이후의 배터리(10)의 SOC를 추정할 수 있다.

도 2는 제1 시간에 충방전을 시작하고 제2 시간에 충방전을 중단하는 배터리의 출력 전압의 변화를 도시한 그래프이다.

도 2를 참조하면, 제1 영역은 배터리(10)가 휴지 상태에 있다가 제1 시간(t1)에 방전을 시작하는 배터리(10)의 출력 전압이 도시되고, 제2 영역은 배터리(10)가 방전을 하던 중에 제2 시간(t2)에 배터리(10)가 방전을 중단할 때까지의 배터리(10)의 출력 전압이 도시되며, 제3 영역은 다시 휴지 상태에 돌입하여 안정화되는 배터리(10)의 출력 전압이 도시된다.

배터리(10)는 방전을 시작하면 내부 저항이나 화학 반응에 의해 전압이 급강하 한다. 배터리(10)는 방전이 중단되면 내부 저항 등에 의해 강하된 전압만큼 전압이 급상승하고, 배터리(10) 내부의 화학 반응이 안정화되기 전까지 배터리(10)의 전압은 빈번하게 변동하게 된다. 개방 전압(open circuit voltage, OCV)은 배터리(10) 내부의 화학 반응이 안정화된 시점에 측정된 전압이다.

배터리(10)의 SOC는 배터리(10)의 개방 전압으로 정확히 측정할 수 있고, 정확한 개방 전압을 측정하기 위해 배터리(10)의 방전이 중단된 후에 배터리(10)의 전압이 안정화되는 휴지 시간(rest time)이 경과해야 한다.

특히, 배터리(10)의 SOC를 추정하는데 있어서 전류 적산에 의한 방식을 활용하는 경우, 센서의 전류 측정 오차, 충방전의 효율에 의한 오차 등에 의해 배터리(10)가 방전을 시작하는 시점의 SOC인 상기 초기값의 오차가 지속적으로 누적된다. 이러한 오차는 휴지 상태인 배터리의 개방 전압을 측정하여 측정된 개방 전압에 기초하여 초기 SOC를 추정함으로써 제거될 수 있다. 한편, SOC 검출 장치(100)는 배터리(10)의 개방 전압과 SOC의 관계를 나타내는 SOC-OCV 테이블을 미리 저장해 두며, 상기 SOC-OCV 테이블로부터 상기 측정된 개방 전압에 대응하는 SOC 값을 획득할 수 있다.

그러나, 배터리(10)가 충방전 및 휴지를 빈번하게 반복하여 배터리(10)의 전압이 안정화 되기 전에 배터리(10)가 충방전을 재개하는 경우에, 배터리(10)의 개방 전압은 정확하게 측정되기 어려워 배터리(10)의 초기 SOC를 정확히 추정하기 어렵다.

일 실시예에 따른 SOC 검출 장치(100)는 배터리(10)의 전압이 안정화되지 않더라도 룩업 테이블을 통해 미리 계측된 개방 전압에 대한 정보를 획득할 수 있다. SOC 검출 장치(100)는 상기 룩업 테이블로부터 획득한 개방 전압에 기초하여 초기 SOC를 설정할 수 있다. 배터리(10)의 전압이 안정화되지 않아 개방 전압을 측정하지 못한 경우에도, SOC 검출 장치(100)는 룩업 테이블을 통해 전류 적산에 의한 현 충전 상태에서 비교적 정확한 개방 전압을 예측하여 초기 SOC를 설정할 수 있고, 차후 배터리가 충방전을 재개할 때에 전류 적산에 의한 오차가 누적되는 것을 방지할 수 있다.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 SOC 검출 장치의 구성인 제어부의 내부 구성을 개략적으로 도시한다.

도 3를 참조하면 제어부(120)는 SOC 추정부(121), 메모리 부(123) 및 초기 SOC 설정부(127)를 포함한다.

배터리(10)는 충전 및 방전을 하는 가동 상태와 충전 및 방전을 중단하는 휴지 상태를 반복할 수 있다. 구체적으로 배터리(10)는 제1 시간(t1)에 충방전을 시작하여 가동 상태가 되고, 제2 시간(t2)에 충방전을 중단하고 휴지 상태가 된다. 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2)은 임의적인 시간이다.

제어부(120)는 배터리(10)가 가동 상태에서 휴지 상태가 되면 룩업 테이블로부터 배터리의 온도 및 전류 그리고 현재 전류 적산을 통해 추정된 SOC를 참조하여, 배터리(10)의 개방 전압을 예측할 수 있고, 이를 기초로 다시 배터리(10)가 충방전을 재개하는 시점인 제3 시간에서 SOC 추정부가 SOC를 추정하는데 필요한 초기 SOC를 설정하여 전류 적산에 의한 SOC 오차를 감소시킬 수 있다.

SOC 추정부(121)는 배터리(10)가 초기 SOC 및 측정된 배터리(10)의 전류를 적산한 누적 정보에 기초하여 현재 배터리(10)의 SOC를 추정할 수 있다. 구체적으로, SOC 추정부(121)는 배터리(10)의 전류를 적산한 누적 정보를 통해 배터리(10)의 SOC 변화량을 추정할 수 있다.

일 실시예에 따르면, SOC 추정부(121)는 배터리(10)가 제1 시간(t1)에서 충방전을 하여 SOC가 변하는 정도를 전류 적산을 통해 추정할 수 있고, 배터리가 충방전을 중단하는 제2 시간(t2)의 배터리의 SOC인 제1 SOC를 추정할 수 있다. SOC 추정부(121)는 초기 SOC 설정부(127)가 설정한 초기 SOC에 상기 제2 시간(t2)까지 추정된 SOC 변화량을 더해 제1 SOC를 추정할 수 있다.

메모리 부(123)는 제어부(120)가 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 메모리 부(123)는 자기 저장 매체(magnetic storage media) 또는 플래시 저장 매체(flash storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

메모리 부(123)는 배터리(10)의 온도, 전류 및 SOC 별로 대응하는 개방 전압을 미리 계측하여 저장한 룩업 테이블을 저장하고 있다. 또한, 메모리 부(123)는 상기 배터리의 SOC와 개방 전압 간에 상관 관계를 나타내는 SOC-OCV 테이블을 미리 저장하고 있다. 즉, SOC는 개방 전압과 일대일 대응 관계가 성립되며, 상기 대응 관계를 SOC-OCV 커브로 표현할 수 있다. 이 경우, SOC-OCV 테이블은 상기 SOC-OCV 커브를 테이블로 표현한 것이다. 한편, SOC-OCV 상관 관계는 배터리(10)의 온도에 따라 달라 질 수 있는바, 메모리 부(123)는 온도 별 SOC-OCV 테이블을 저장할 수도 있다.

상기 룩업 테이블은 온도 및 전류 별로 미리 설정된 변화량만큼 충방전을 한 후 휴지 상태가 되는 배터리의 실측된 개방 전압에 정보를 포함하고 있다. 예를 들면, 상기 충방전 조건이 20도 및 1C로 설정되고 상기 미리 설정된 변화량이 5%인 경우, 룩업 테이블은 SOC가 100%에서 95%로 방전 후 실측한 개방 전압, 95%에서 90% 방전 후 실측한 개방 전압, 90%에서 85% 방전 후 실측한 개방 전압 등 순차적으로 미리 설정된 변화량만큼 SOC를 변화시킨 후 실측된 개방 전압 정보를 포함하고 있다.

마찬가지로, 배터리(10)의 온도 및 전류를 변화시키면서 상기 배터리(10)의 가동 상태 및 휴지 상태를 반복하면서 개방 전압에 대한 정보를 수집하여 룩업 테이블을 작성할 수 있다. 예를 들면, 룩업 테이블은 충방전 조건이 1C, 25도 일 때, 2C, 20도 일 때 등 충방전 조건을 변경하면서 배터리(10)를 미리 설정된 변화량만큼 순차적으로 방전시킬 때에 실측된 개방 전압에 대한 정보가 포함된다. 한편, 상기 미리 설정된 변화량은 1% 내지 100% 중 적어도 하나의 값을 가질 수 있다.

초기 SOC 설정부(127)는 상기 룩업 테이블을 참조하여 제2 시간(t2)의 SOC를 정확하게 추정하여 초기값으로 설정할 수 있다. 상기 초기값은 제2 시간(t2) 이후 배터리가 충방전을 재개할 때의 배터리(10)의 초기 SOC값으로 정의된다. 초기 SOC 설정부(127)는 배터리(10)의 온도 및 전류에 대한 정보인 제1 정보에 기초하여 대응되는 룩업 테이블을 검출할 수 있다. 상기 제1 정보의 배터리(10)의 전류는 배터리(10)가 충방전을 중단하기 직전에 측정된 전류값 이거나, 제1 시간(t1) 내지 제2 시간(t2) 동안 측정된 전류의 평균값일 수 있고, 상기 제1 정보의 배터리(10)의 온도는 제2 시간(t2)에 측정된 배터리(10)의 온도이다. 초기 SOC 설정부(127)는 상기 제1 정보 및 제1 SOC에 대응하는 개방 전압을 상기 룩업 테이블로 획득한다.

예를 들면, 상기 제1 정보가 25도 및 2C이고 제1 SOC가 40%인 경우, 초기 SOC 설정부(127)는 상기 25도 및 2C에서 상기 미리 설정된 변화량만큼 순차적으로 변화시켜 실측된 개방 전압 정보를 포함하는 룩업 테이블을 검출한다. 초기 SOC 설정부(127)는 검출된 룩업 테이블로부터 SOC가 40%인 곳에 대응하는 개방 전압을 획득할 수 있다.

초기 SOC 설정부(127)는 상기 획득한 개방 전압에 기초하여 대응하는 제2 SOC를 메모리 부(123)에 미리 저장된 SOC-OCV 테이블로부터 획득할 수 있다. 상기 SOC-OCV 테이블은 온도 및 전류 별로 메모리 부(123)에 저장될 수 있다. 초기 SOC 설정부(127)가 추정한 제2 SOC는 상기 제3 시간 이후에 SOC 추정부가 SOC를 추정하는데 필요한 초기값으로 설정한다. 즉, 제3 시간 이후에 SOC 추정부는 제1 SOC가 아닌 제2 SOC를 초기값으로 하여 SOC를 추정할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 초기 SOC 설정부(127)는 배터리(10)의 전압이 안정화되지 않더라도 상기 룩업 테이블로부터 안정화될 때의 전압인 개방 전압을 획득할 수 있다. 초기 SOC 설정부(127)는 상기 획득한 개방 전압에 기초하여 배터리(10)가 충방전을 재개할 때의 초기값을 설정할 수 있다.

예컨대, 전류 적산에 따라 추정된 SOC 변화량은 센서의 오차와 충전 및 방전의 효율에 따른 오차에 의해 실제 SOC 변화량과 상이할 수 있다. 이러한 오차는 상기 배터리(10)의 개방 전압의 측정으로 제거될 수 있다. 초기 SOC 설정부(127)는 룩업 테이블로부터 전류 적산에 의해 상응한 SOC 변화량을 갖는 배터리(10)로부터 실측한 개방 전압에 대한 정보를 획득할 수 있고, 상기 획득한 개방 전압에 대응하는 SOC를 SOC-OCV 테이블로부터 획득할 수 있다. 이로써, SOC 추정부(121)는 초기 SOC 설정부(127)가 설정한 초기값을 기초하여 전류 적산에 따른 SOC를 추정할 수 있는바, 배터리(10)가 충분한 휴지 시간을 갖지 못하고 다시 충방전되는 경우에도 센서의 오차 및 충방전 효율 등에 의한 전류 적산의 오차를 제거할 수 있다. 예를 들면, 룩업 테이블에서 SOC가 80%일 때에 해당하는 개방 전압이 10V인 경우, 상기 개방 전압이 SOC-OCV 테이블에 의해 추정되는 SOC는 78%가 될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 상기 룩업 테이블은 소정의 제1 기준값에서 소정의 제2 기준값까지 배터리(10)의 SOC를 변화시키는 경우에 각각 실측된 개방 전압에 대한 정보를 포함할 수 있다. 제1 기준값 및 제2 기준값은 배터리의 SOC에 대한 값으로 1% 내지 100% 중 어느 한 값으로 각각 설정될 수 있다. 예를 들면, 룩업 테이블은 100%에서 95%까지, 100%에서 90%까지. 100%에서 85%까지 등 제2 기준값을 99% 내지 1% 중 적어도 하나의 값으로 변경하면서 순차적으로 실측된 개방전압에 대한 정보를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 상기 룩업 테이블은 80%에서 79%까지, 80%에서 75%까지, 80%에서 73%까지 등으로 방전시켜 실측된 개방 전압에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이 경우, 초기 SOC 설정부(127)는 제1 시간의 SOC과 제2 시간의 SOC에 대응하는 개방 전압을 상기 룩업 테이블로부터 획득하여 좀 더 정확한 개방 전압을 획득할 수 있다.

보정부(129)는 상기 룩업 테이블을 업데이트 할 수 있다. 보정부(129)는 상기 제2 시간(t2) 후에 미리 설정된 시간 동안 배터리(10)의 휴지 상태가 유지되어 센싱부(110)가 배터리(10)의 전압을 재측정하면, 재측정된 전압과 상기 획득한 개방 전압을 비교한다. 보정부(129)는 비교 결과에 따라 상기 획득한 개방 전압에 해당하는 룩업 테이블을 업데이트할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 보정부(129)는 소정의 SOC 변화량에 대응하는 실측된 개방 전압이 없는 경우에 상기 룩업 테이블을 업데이트할 수 있다. 예를 들면, 70%에서 방전을 시작하여 63%에 방전을 중단한 경우, 보정부는 이에 대응하는 실측된 개방 전압이 룩업 테이블에 없다면 제2 시간(t2) 후에 미리 설정된 시간 동안 휴지 상태인 배터리(10)로부터 재측정된 전압을 상기 룩업 테이블에 추가할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 보정부(129)는 여러 요인으로 룩업 테이블에서 획득한 개방 전압과 재측정된 개방 전압인 제1 측정 전압이 서로 상이하면, 제1 측정 전압으로 상기 룩업 테이블을 업데이트할 수 있다. 구체적으로, 보정부(129)는 상기 제1 측정 전압과 상기 측정된 배터리(10)의 온도, 전류 및 제1 SOC에 대응하는 개방 전압을 비교한다. 보정부(129)는 비교 결과 상기 제1 전압과 룩업 테이블에서 획득한 개방 전압이 상이하면, 상기 측정된 배터리(10)의 온도, 전류 및 제1 SOC에 대응하는 개방 전압을 상기 제1 측정 전압으로 보정하여 상기 룩업 테이블을 업데이트할 수 있다. 이를 통해, 상기 룩업 테이블은 배터리의 노화, 부하의 상태에 따른 전류 적산에 의한 SOC 추정값의 차이 등 다양한 요인에 따른 차이를 반영할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 초기 SOC 설정부(127)는 제2 SOC로 설정된 초기값을 보정할 수 있다. 초기 SOC 설정부(127)는, 상기 제2 시간(t2) 이후 미리 설정된 시간 동안 휴지한 배터리의 전압이 재측정되면, 상기 재측정된 전압에 대응하는 충전 상태인 제3 SOC를 SOC-OCV 테이블을 통해 획득한다. 초기 SOC 설정부(127)는 상기 초기값을 상기 제3 SOC으로 보정한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SOC 검출 장치가 SOC를 검출하는 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SOC를 검출하는 방법 중 룩업 테이블을 보정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 4 및 5에 도시된 흐름도는 도3에 도시된 SOC 검출 장치(100)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라도 하더라도, 도 3에서 도시된 구성들에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 4 및 도 5에 도시된 흐름도에도 적용됨을 알 수 있다.

도 4를 참조하면, SOC 검출 장치(100)는 배터리(10)가 방전 및 충전을 시작하면 배터리(10)의 SOC의 추정을 시작한다. SOC 검출 장치(100)는, 배터리(10)의 온도 및 전류에 대한 정보를 측정할 수 있다. SOC 검출 장치(100)는 측정된 배터리(10)의 전류를 적산한 누적 정보 및 초기값에 기초하여 현재 배터리(10)의 SOC를 추정할 수 있다.

SOC 검출 장치(100)는 측정된 배터리(10)의 전류의 크기에 기초하여 상기 배터리(10)가 휴지 상태에 있는지 감지할 수 있다. 예를 들면, 배터리(10)의 전류의 크기가 0.01A 미만이 되면, SOC 검출 장치(100)는 상기 배터리(10)가 휴지 상태인 것으로 감지할 수 있다.

SOC 검출 장치(100)는 룩업 테이블로부터 휴지 상태인 상기 배터리(10)의 개방 전압을 획득할 수 있다. 구체적으로, SOC 검출 장치(100)는 배터리(10)가 충방전할 때에 획득한 온도, 전류에 대한 정보 및 배터리(10)가 휴지 상태가 될 때까지 추정된 제1 SOC에 대응하는 개방 전압 정보를 상기 룩업 테이블로부터 획득한다.

SOC 검출 장치(100)는 미리 저장된 SOC-OCV 테이블을 참조하여 상기 획득한 개방 전압에 대응하는 SOC인 제2 SOC를 추정할 수 있다. SOC 검출 장치(100)는 상기 제2 SOC를 차후에 배터리(10)가 충방전을 시작할 때의 초기 SOC인 초기값으로 설정한다.

도 5를 참조하면, SOC 검출 장치(100)는 도 3을 참조하여 설명한 제2 시간(t2)으로부터 미리 설정된 시간 동안 휴지 상태가 유지되는지 감지할 수 있다.

SOC 검출 장치(100)는, 상기 미리 설정된 시간 이상 배터리(10)의 휴지 상태가 유지되면, 휴지 상태인 배터리(10)의 전압을 재측정한다. 상기 미리 설정된 시간은 배터리(10)의 전압이 안정화되는데 소요되는 시간이다.

SOC 검출 장치(100)는 상기 재측정된 전압에 기초하여 제3 SOC를 추정하고, 상기 초기값을 상기 제3 SOC로 보정할 수 있다. 이 때, SOC 검출 장치(100)는 상기 재측정한 전압을 기초하여 상기 룩업 테이블을 업데이트 할 수 있다. SOC 검출 장치(100)는 상기 측정된 배터리(10)의 온도, 전류 및 제1 SOC에 대응하는 개방 전압을 상기 재측정된 전압으로 변경되도록 룩업 테이블을 보정할 수 있다.

예를 들면, 상기 룩업 테이블로부터 획득한 개방 전압이 4.1V인 경우, SOC 검출 장치(100)는 상기 SOC-OCV 테이블로부터 4.1V에 대응한 SOC인 80%를 상기 초기값으로 설정한다. 이 후, 배터리(10)가 미리 설정된 시간만큼 휴지 상태가 유지되고 이 때 재측정된 전압이 4.11V인 경우에, SOC 검출 장치(100)는 상기 SOC-OCV 커브로부터 4.11V에 대응한 SOC인 81%로 상기 초기값을 보정할 수 있고, 상기 룩업 테이블도 4.11V의 값을 갖도록 보정할 수 있다.

일 실시예에 따르면, SOC 검출 장치(100)는 상기 미리 설정된 시간을 센싱부(110)가 측정한 배터리(10)의 전류 및 온도에 기초하여 달리 설정될 수 있다. 배터리(10)의 전압이 안정화되는데 소요되는 시간은 배터리(10)가 방전할 때의 전류의 크기와 배터리(10)의 온도에 따라 달라진다. 예를 들면, 상기 미리 설정된 시간은 1C의 방전 전류, 25도에서는 20분으로 설정되고, 2C의 방전 전류 및 25도에서는 40분으로 설정될 수 있다. 즉, 상기 미리 설정된 시간은 배터리(10)의 온도 및 전류 크기에 따라 달리 설정되고, 메모리 부(123)는 온도 별, 전류의 크기 별로 배터리(10)의 전압이 안정화되는데 소요되는 시간을 미리 계측한 룩업 테이블을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10: 배터리
11: 배터리 셀
100: SOC 검출 장치
110: 센싱부
120: 제어부
121: SOC 추정부
123: 메모리 부
127: 초기 SOC 설정부
129: 보정부

Claims (5)

1. 배터리의 온도, 전류, SOC 별로 대응하는 개방 전압에 대한 룩업 테이블을 저장한 메모리 부;
   제1 시간에 충전 및 방전을 시작하고 제2 시간에 충전 및 방전을 중단한 상기 배터리의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 센싱부;
   상기 측정된 전류에 기초하여 상기 배터리의 SOC를 추정하고, 상기 제2 시간에서 상기 배터리의 SOC인 제1 SOC를 추정하는 SOC 추정부; 및
   상기 측정된 배터리의 온도, 전류 및 제1 SOC에 대응하는 개방 전압을 상기 룩업 테이블로부터 획득하고, 상기 획득한 개방 전압에 대응하는 SOC인 제2 SOC를 초기값으로 설정하는 초기 SOC 설정부;를 포함하는 SOC 검출 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 SOC 추정부는, 상기 배터리가 상기 제2 시간 이후에 충전 및 방전을 재개하면, 상기 초기 SOC 설정부가 설정한 초기값을 기초하여 상기 배터리의 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 SOC 검출 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 센싱부는, 상기 제2 시간부터 미리 설정된 시간 동안 상기 배터리의 휴지 상태가 유지되면, 상기 배터리의 전압을 재측정하고,
   상기 초기 SOC 설정부는 상기 재측정된 전압을 참조하여 추정한 제3 SOC를 상기 초기값으로 재설정 하는 것을 특징으로 하는 SOC 검출 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 룩업 테이블에서 상기 측정된 배터리의 온도, 전류 및 제1 SOC에 대응하는 개방 전압을 상기 재측정된 전압으로 변경하여 상기 룩업 테이블을 업데이트하는 보정부;를 더 포함하는 SOC 검출 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 메모리 부는 상기 배터리의 SOC와 개방 전압 간에 상관 관계를 나타내는 SOC-OCV 테이블이 미리 저장되어 있고,
   상기 초기 SOC 추정부는 상기 SOC-OCV 테이블에 기초하여 상기 획득한 개방 전압에 대응한 제2 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 SOC 검출 장치.

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