KR20220021276A

KR20220021276A - 배터리 관리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20220021276A
Application number: KR1020200101933A
Authority: KR
Inventors: 김영진
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2020-08-13
Filing date: 2020-08-13
Publication date: 2022-02-22
Also published as: EP4148441A4; US20230176130A1; JP2023523803A; CN115461636A; WO2022035130A1; JP7351024B2; EP4148441A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리 셀의 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기반하여 상기 배터리 셀에 대한 OCV 및 SOC를 포함하는 배터리 정보를 추정하도록 구성된 배터리 정보 추정부; 상기 배터리 정보 추정부로부터 상기 OCV 및 상기 SOC를 수신하고, 상기 OCV와 상기 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 SOC 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및 상기 프로파일 생성부로부터 상기 SOC 프로파일을 수신하고, 수신한 SOC 프로파일에서 변곡점을 결정하며, 상기 SOC 프로파일에 하나 이상의 변곡점이 존재하는 경우, 상기 변곡점에 대응되는 OCV 또는 SOC를 기준으로 상기 SOC 프로파일에서 보정 구간을 설정하고, 설정된 보정 구간을 선형화함으로써 상기 SOC 프로파일을 보정하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANAGING BATTERY}

본 발명은 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 셀에 대한 SOC 프로파일을 생성할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

이러한 배터리의 성능에 중요한 영향을 미치는 배터리의 SOC(State of charge)를 정확하게 추정하기 위한 서로 연구가 진행되고 있다(비특허문헌 1). 배터리의 SOC를 추정하기 위한 방법은 크게 전류적산법(Coulomb counting)을 이용하는 방법과 확장 칼만 필터(Extended kalman filter, EKF)를 이용하는 방법으로 구분될 수 있다.

전류적산법은 배터리의 초기 충전량(SOC₀)에 시간당 충전량을 가산하여 배터리의 SOC를 추정하는 방법으로, 계산이 간단하지만 초기 충전량(SOC₀)을 정확하게 알지 못하는 경우 오차가 누적되는 단점이 있다.

확장 칼만 필터는 비선형 모델의 상태를 추정하기 위하여 널리 사용되는 방법이다. 확장 칼만 필터를 이용하는 경우, 배터리에 대해 설정된 등가 회로 모델(Equivalent circuit model, ECM)을 이용해 OCV(Open circuit voltage)를 추정하고, 추정된 OCV에 기반하여 배터리의 SOC를 추정할 수 있다. 다만, 확장 칼만 필터를 사용하는 경우, 등가 회로 모델의 내부 파라미터들은 부하 전류, SOC, 및 온도 등의 다양한 환경 요소에 의해 변환되며, 이는 모델에 기인한 오차로 나타나게 된다. 따라서, 확장 칼만 필터를 이용하여 추정된 SOC에서 이러한 오차를 보정함으로써, 배터리에 대한 보다 정확한 SOC를 추정하는 기술의 개발이 요구된다.

Compensation Method of EKF Based on LSTM for Estimating State of Charge of Li-polymer Battery, Transactions of KSAE, Beomjin Yoon, Seougyeol Yoo, Sangman Seong, Vol. 27, No. 7, pp.501-507, July 2019.

본 발명은, 확장 칼만 필터를 이용하여 생성되는 SOC 프로파일의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 셀의 SOC 추정 정확도가 향상된 SOC 프로파일을 생성하는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는 배터리 셀의 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기반하여 상기 배터리 셀에 대한 OCV 및 SOC를 포함하는 배터리 정보를 추정하도록 구성된 배터리 정보 추정부; 상기 배터리 정보 추정부로부터 상기 OCV 및 상기 SOC를 수신하고, 상기 OCV와 상기 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 SOC 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및 상기 프로파일 생성부로부터 상기 SOC 프로파일을 수신하고, 수신한 SOC 프로파일에서 변곡점을 결정하며, 상기 SOC 프로파일에 하나 이상의 변곡점이 존재하는 경우, 상기 변곡점에 대응되는 OCV 또는 SOC를 기준으로 상기 SOC 프로파일에서 보정 구간을 설정하고, 설정된 보정 구간을 선형화함으로써 상기 SOC 프로파일을 보정하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 보정 구간에 선형화 알고리즘을 적용하여 상기 SOC 프로파일의 상기 보정 구간에 포함된 변곡점을 제거하도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 SOC 프로파일에 복수의 변곡점이 존재하는 경우, 상기 복수의 변곡점 각각에 대해 상기 보정 구간을 설정하고, 설정된 복수의 보정 구간 각각을 독립적으로 선형화하도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 설정된 복수의 보정 구간 중 적어도 2개의 보정 구간이 겹치는 경우, 겹쳐진 복수의 보정 구간을 하나의 보정 구간으로 설정하도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 보정 구간의 크기를 변경하면서 상기 SOC 프로파일을 복수 회 보정하고, 미리 설정된 참조 프로파일에 기반하여 복수의 보정된 SOC 프로파일 각각에 대한 SOC 오차를 산출하며, 상기 복수의 보정된 SOC 프로파일 중 산출된 SOC 오차가 최소인 타겟 SOC 프로파일을 선택하고, 선택된 타겟 SOC 프로파일을 상기 배터리 셀에 대한 기준 프로파일로 설정하도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 참조 프로파일의 OCV별 SOC와 상기 복수의 보정된 SOC 프로파일 각각의 상기 OCV별 SOC를 비교하여 상기 복수의 보정된 SOC 프로파일 각각에 대한 OCV별 SOC 오차율을 산출하고, 상기 복수의 보정된 SOC 프로파일 중 산출된 OCV별 SOC 오차율의 오차 구간의 크기가 최소인 보정된 SOC 프로파일을 상기 타겟 SOC 프로파일로 선택하도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 복수의 보정된 SOC 프로파일 각각에 대해 산출된 상기 OCV별 SOC 오차율의 최소값과 최대값 간의 차이를 나타내는 상기 오차 구간의 크기가 최소인 SOC 프로파일을 상기 타겟 SOC 프로파일로 선택하도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 보정된 SOC 프로파일에서 상기 보정 구간의 시작점 및 종료점 각각을 기준으로 복수의 필터링 구간을 설정하고, 설정된 복수의 필터링 구간 각각에 필터링 알고리즘을 적용하도록 구성될 수 있다.

상기 복수의 필터링 구간은, 상기 시작점 또는 상기 종료점을 기준으로 선형 구간 및 비선형 구간을 포함하도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 필터링 알고리즘을 이용하여, 상기 선형 구간과 상기 비선형 구간이 연속적인 구간이 되도록 상기 복수의 필터링 구간 각각을 보정하도록 구성될 수 있다.

상기 배터리 정보 추정부는, 등가 회로 모델과 확장 칼만 필터를 이용하여, 상기 배터리 셀의 상기 전압 및 상기 전류로부터 서로 대응되는 상기 OCV 및 상기 SOC를 추정하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 관리 방법은 배터리 셀의 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기반하여 상기 배터리 셀에 대한 OCV 및 SOC를 포함하는 배터리 정보를 추정하는 배터리 정보 추정 단계; 상기 배터리 정보 추정 단계에서 추정된 상기 OCV와 상기 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 SOC 프로파일을 생성하는 SOC 프로파일 생성 단계; 상기 SOC 프로파일에서 변곡점을 결정하는 변곡점 결정 단계; 상기 SOC 프로파일에 하나 이상의 변곡점이 존재하는 경우, 상기 변곡점에 대응되는 OCV 또는 SOC를 기준으로 상기 SOC 프로파일에서 보정 구간을 설정하는 보정 구간 설정 단계; 및 상기 보정 구간 설정 단계에서 설정된 보정 구간을 선형화함으로써 상기 SOC 프로파일을 보정하는 SOC 프로파일 보정 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 확장 칼만 필터에 기반하여 생성된 배터리 셀의 SOC 프로파일을 선형화 알고리즘을 이용하여 보정함으로써, 보다 안정적인 SOC 프로파일을 생성할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 생성된 SOC 프로파일에 변곡점이 포함된 경우, 변곡점을 포함하도록 설정된 보정 구간에 선형화 알고리즘을 적용하여 SOC 프로파일을 1차 보정하고, 1차 보정된 SOC 프로파일 중 일부 구간에 필터링 알고리즘을 적용하여 SOC 프로파일을 2차 보정할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에 의해 생성된 SOC 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 SOC 프로파일에 포함된 변곡점의 예시를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에 의해 보정 구간이 설정된 SOC 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에 의해 도 4의 SOC 프로파일이 보정된 예시를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 2의 SOC 프로파일과 도 5의 보정된 SOC 프로파일 간의 SOC 오차율을 비교 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에 의해 복수의 보정 구간이 설정된 SOC 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에 의해 도 7의 SOC 프로파일이 보정된 예시를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에 의해 복수의 필터링 구간이 설정된 SOC 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 도 9의 SOC 프로파일의 일부분을 확대 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 제어부와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 배터리 정보 추정부(110), 프로파일 생성부(120), 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.

배터리 정보 추정부(110)는 배터리 셀(B)의 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기반하여 상기 배터리 셀(B)에 대한 OCV 및 SOC를 포함하는 배터리 정보를 추정하도록 구성될 수 있다.

여기서, 배터리 셀(B)은, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 배터리 셀(B)로 간주될 수 있다.

또한, OCV는 개방 전압(Open circuit voltage)를 의미하고, SOC는 충전 상태(State of charge)를 의미한다.

구체적으로, 상기 배터리 정보 추정부(110)는, 등가 회로 모델(Equivalent circuit model, ECM)과 확장 칼만 필터(Extended kalman filter, EKF)를 이용하여, 상기 배터리 셀(B)의 상기 전압 및 상기 전류로부터 서로 대응되는 상기 OCV 및 상기 SOC를 추정하도록 구성될 수 있다. 확장 칼만 필터를 이용하여 배터리의 전압, 전류, 및 등가 회로 모델로부터 배터리의 OCV 및 SOC를 추정하는 방법은 공지된 방법이기 때문에, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

프로파일 생성부(120)는 상기 배터리 정보 추정부(110)로부터 상기 OCV 및 상기 SOC를 수신하도록 구성될 수 있다.

바람직하게, 프로파일 생성부(120)와 배터리 정보 추정부(110)는 통신 가능하도록 서로 연결될 수 있다. 배터리 정보 추정부(110)가 추정한 OCV 및 SOC를 출력하면, 프로파일 생성부(120)는 배터리 정보 추정부(110)로부터 OCV 및 SOC를 수신할 수 있다.

또한, 프로파일 생성부(120)는 상기 OCV와 상기 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 SOC 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, SOC 프로파일은 배터리 정보 추정부(110)에 의해 추정된 OCV와 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해 생성된 SOC 프로파일(P1)을 개략적으로 도시한 도면이다.

예컨대, 도 2의 실시예에서, SOC 프로파일(P1)은 SOC를 X로 설정하고 OCV를 Y로 설정한 경우의 X-Y 그래프이다. 또한, SOC 프로파일(P1)의 SOC의 전체 구간은 0% 내지 100%일 수 있다. 즉, SOC 프로파일(P1)은 1대1 관계에 있는 OCV와 SOC를 평면 그래프의 형태로 도시한 도면이다.

제어부(130)는 상기 프로파일 생성부(120)로부터 상기 SOC 프로파일(P1)을 수신하도록 구성될 수 있다.

바람직하게, 제어부(130)는 프로파일 생성부(120)와 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 그리고, 프로파일 생성부(120)가 생성한 SOC 프로파일(P1)을 출력하면, 제어부(130)는 프로파일 생성부(120)로부터 SOC 프로파일(P1)을 수신할 수 있다.

또한, 제어부(130)는 수신한 SOC 프로파일(P1)에서 변곡점(inflection point)을 결정하도록 구성될 수 있다.

여기서, 변곡점이란 두 번 미분 가능한 함수에서, 그래프가 위로 볼록인 상태에서 아래로 볼록인 상태로 변하거나, 아래로 볼록인 상태에서 위로 볼록인 상태로 변화는 점을 의미한다. 일반적으로, 평면 곡선에서는 곡률의 음양이 바뀌는 점을 변곡점이라 한다.

예컨대, 제어부(130)는 OCV와 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 SOC 프로파일(P1)을 f(x) 함수로 설정하고, f(x) 함수를 두 번 미분하여 SOC 프로파일(P1)의 이계도함수 f"(x)를 구할 수 있다. 여기서, f(x) 함수는 연속적이며, 두 번 미분이 가능한 함수임을 전제로 한다. 그리고, 제어부(130)는 이계도함수 f"(x)에서 f"(SOC)=0이면서, f"(SOC)를 기준으로 f"(x)의 부호가 양에서 음 또는 음에서 양으로 변하는 지점을 변곡점으로 결정할 수 있다.

도 3은 도 2의 SOC 프로파일(P1)에 포함된 변곡점의 예시를 도시한 도면이다.

이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이, SOC 프로파일(P1)에는 제1 변곡점(IP1), 제2 변곡점(IP2), 및 제3 변곡점(IP3)만이 포함된 것으로 가정한다. 여기서, 제1 변곡점(IP1)의 SOC는 10%이고, 제2 변곡점(IP2)의 SOC는 55%이며, 제3 변곡점(IP3)의 SOC는 95%일 수 있다.

상기 SOC 프로파일(P1)에 하나 이상의 변곡점이 존재하는 경우, 제어부(130)는 상기 변곡점에 대응되는 OCV 또는 SOC를 기준으로 상기 SOC 프로파일(P1)에서 보정 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 제어부(130)는 SOC를 기준으로 보정 구간을 설정할 수 있다.

구체적으로, 제어부(130)는 SOC 프로파일(P1)에 변곡점이 존재하는 것으로 결정된 경우에만 SOC 프로파일(P1)에서 보정 구간을 설정할 수 있다. 만약, SOC 프로파일(P1)에 변곡점이 존재하지 않는 경우, 제어부(130)는 SOC 프로파일(P1)에서 보정 구간을 설정하지 않고, 프로파일 생성부(120)로부터 수신한 SOC 프로파일(P1)을 해당 배터리 셀(B)에 대한 기준 프로파일로 설정할 수 있다.

보다 구체적으로, 제어부(130)는 변곡점이 포함되도록 보정 구간을 설정할 수 있다. 즉, 제어부(130)에 의해 설정된 보정 구간에는 항상 변곡점이 포함될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해 보정 구간(C)이 설정된 SOC 프로파일(P1)을 개략적으로 도시한 도면이다.

예컨대, 도 4의 실시예에서, 제어부(130)는 SOC를 기준으로, 제1 변곡점(IP1), 제2 변곡점(IP2), 및 제3 변곡점(IP3)이 모두 포함되도록 보정 구간(C)을 설정할 수 있다. 여기서, 보정 구간(C)은 3% 내지 100%의 SOC 구간일 수 있다.

또한, 제어부(130)는 설정된 보정 구간(C)을 선형화함으로써 상기 SOC 프로파일(P1)을 보정하도록 구성될 수 있다.

앞서 설명한 변곡점의 정의를 참고하면, 변곡점은 SOC 프로파일(P1)의 비선형 구간에서 나타날 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 변곡점이 포함된 비선형 구간을 선형화함으로써, SOC 프로파일(P1)을 보정할 수 있다.

즉, 상기 제어부(130)는, 상기 보정 구간(C)에 선형화 알고리즘을 적용하여 상기 SOC 프로파일(P1)의 상기 보정 구간(C)에 포함된 변곡점을 제거하도록 구성될 수 있다.

여기서, 선형화 알고리즘은 곡선의 비선형 구간을 선형 구간으로 변환할 수 있는 알고리즘이 적용될 수 있다. 예컨대, 선형화 알고리즘으로는 최소 제곱법(Least square method, LSM), 최소 제곱 근사법(Least square approximation, LSA), 및 최소 평균 제곱법(Least mean square method, LMSM) 등의 회귀 분석법(Regression analysis method)이 적용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해 도 4의 SOC 프로파일(P1)이 보정된 예시를 개략적으로 도시한 도면이다.

구체적으로, 도 5의 SOC 프로파일(P2)은, 제어부(130)가 최소 제곱법을 이용하여 보정 구간(C)을 선형화한 SOC 프로파일이다. 변곡점이 포함된 보정 구간(C)이 선형화되었기 때문에, 보정된 SOC 프로파일(P2)에는 변곡점이 포함되지 않을 수 있다. 도 5에서, Q는 선형화된 보정 구간(C)을 의미한다.

이하에서는, 제어부(130)에 의해 변곡점이 제거된 보정된 SOC 프로파일(P2)의 SOC 오차율과 변곡점이 포함된 SOC 프로파일(P1)의 SOC 오차율은 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6은 도 2의 SOC 프로파일(P1)과 도 5의 보정된 SOC 프로파일(P2) 간의 SOC 오차율을 비교 도시한 도면이다.

SOC 오차율은, 배터리 셀(B)에 대해 미리 설정된 참조 프로파일과 SOC 프로파일 간의 OCV별 SOC의 차이를 의미한다. 여기서, 참조 프로파일이란, 배터리 셀(B)의 OCV와 SOC 간의 대응 관계를 나타내도록 미리 설정된 프로파일일 수 있다. 예컨대, 참조 프로파일은, 확장 칼만 필터와 상이한 방법(예컨대, 전류적산법)에 따라 추정된 배터리 셀(B)에 대한 OCV와 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일일 수 있다.

예컨대, SOC 오차율은, 각각의 OCV에 대해, "(SOC 프로파일의 SOC - 참조 프로파일의 SOC) ÷ 참조 프로파일의 SOC × 100"의 수식에 따라 산출될 수 있다. 상술한 수식에 따르면, SOC 오차율의 단위는 [%]로 표현될 수 있다.

도 6의 실시예에서, 제어부(130)는 참조 프로파일의 OCV별 SOC와 SOC 프로파일(P1, P2)의 OCV별 SOC 간의 차이를 SOC 오차율로 산출할 수 있다.

도 6을 참조하면, 변곡점이 포함된 SOC 프로파일(P1)의 SOC 오차율에 비해 제어부(130)에 의해 변곡점이 제거된 보정된 SOC 프로파일(P2)의 SOC 오차율은 변화폭이 작을 수 있다. 구체적으로, SOC 프로파일(P1)의 오차 구간(Perr)의 크기는 보정된 SOC 프로파일(P2)의 오차 구간(Qerr)의 크기보다 클 수 있다.

오차 구간의 크기가 작을수록 OCV 전구간에 대해 SOC 오차율이 고르게 나타날 수 있기 때문에, 제어부(130)에 의해 보정된 SOC 프로파일(P2)은 프로파일 생성부(120)에 의해 생성된 SOC 프로파일(P1)보다 배터리 셀(B)에 적합한 프로파일이라고 할 수 있다. 즉, 제어부(130)에 의해 보정된 SOC 프로파일(P2)은 프로파일 생성부(120)에 의해 생성된 SOC 프로파일(P1)보다 안정적인 프로파일이라고 할 수 있다.

예컨대, 배터리 정보 추정부(110)가 확장 칼만 필터를 이용하여 배터리 셀(B)의 SOC를 추정할 때, SOC 프로파일(P1)에 포함된 변곡점 부근에서 칼만 이득(Kalman gain)에 노이즈가 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 프로파일 생성부(120)에 의해 생성된 SOC 프로파일(P1)의 오차 구간(Perr)의 크기는 제어부(130)에 의해 보정된 SOC 프로파일(P2)보다 오차 구간(Qerr)의 크기보다 클 수 있다. 즉, 프로파일 생성부(120)에 의해 생성된 SOC 프로파일(P1)은 노이즈의 영향으로, 제어부(130)에 의해 보정된 SOC 프로파일(P2)보다 안정적이지 않을 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 확장 칼만 필터에 기반하여 생성된 배터리 셀(B)의 SOC 프로파일(P1)을 선형화 알고리즘을 이용하여 보정함으로써, 보다 안정적인 SOC 프로파일(P1)을 생성할 수 있는 장점이 있다.

한편, 배터리 관리 장치(100)에 구비된 제어부(130)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(130)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(130)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(130) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(130)와 연결될 수 있다.

또한, 배터리 관리 장치(100)는 저장부(140)를 더 포함할 수 있다. 저장부(140)는 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장부(140)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(140)는 제어부(130)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.

예컨대, 저장부(140)는 배터리 셀(B)의 전압 정보 및 전류 정보를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(140)는 배터리 셀(B)에 대응되도록 미리 설정된 등가 회로 모델 및 확장 칼만 필터와 연관된 파라미터 및 함수 등을 저장할 수 있다.

상기 제어부(130)는, 상기 SOC 프로파일(P1)에 복수의 변곡점이 존재하는 경우, 상기 복수의 변곡점(IP1, IP2, IP3) 각각에 대해 상기 보정 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 도 4의 실시예에서, 제어부(130)는 제1 변곡점(IP1), 제2 변곡점(IP2), 및 제3 변곡점(IP3)을 모두 포함하는 보정 구간(C)을 설정하였다. 이와 달리, 제어부(130)는 제1 변곡점(IP1), 제2 변곡점(IP2), 및 제3 변곡점(IP3) 각각에 대한 보정 구간을 설정할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해 복수의 보정 구간(C1, C2, C3)이 설정된 SOC 프로파일(P1)을 개략적으로 도시한 도면이다.

예컨대, 도 7의 실시예에서, 제어부(130)는 제1 변곡점(IP1)에 대한 제1 보정 구간(C1), 제2 변곡점(IP2)에 대한 제2 보정 구간(C2), 및 제3 변곡점(IP3)에 대한 제3 보정 구간(C3)을 설정할 수 있다. 여기서, 제1 보정 구간(C1)은 5% 내지 15%의 SOC 구간이고, 제2 보정 구간(C2)은 50% 내지 60%의 SOC 구간이며, 제3 보정 구간(C3)은 90% 내지 100%의 SOC 구간일 수 있다.

그리고, 제어부(130)는 설정된 복수의 보정 구간(C1, C2, C3) 각각을 독립적으로 선형화하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 제어부(130)는 복수의 보정 구간(C1, C2, C3) 각각을 선형화하여 SOC 프로파일(P1)을 보정하였을 때, 보정된 SOC 프로파일(P3)에 변곡점이 존재하지 않을 수 있도록 보정 구간(C1, C2, C3)을 설정할 수 있다.

단적인 예로, 복수의 보정 구간(C1, C2, C3)으로는 SOC 프로파일(P1)에 포함된 변곡점이 모두 제거되지 않는 경우, 제어부(130)는 도 3의 실시예처럼 복수의 변곡점(IP1, IP2, IP3)을 모두 포함하는 하나의 보정 구간을 설정할 수도 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해 도 7의 SOC 프로파일(P1)이 보정된 예시를 개략적으로 도시한 도면이다.

제어부(130)는 제1 보정 구간(C1), 제2 보정 구간(C2), 및 제3 보정 구간(C3) 각각을 선형화할 수 있다. 도 8의 실시예에서, Q1은 선형화된 제1 보정 구간(C1)을 의미하고, Q2는 선형화된 제2 보정 구간(C2)을 의미하며, Q3는 선형화된 제3 보정 구간(C3)을 의미한다. 따라서, 도 8의 보정된 SOC 프로파일(P3)에서 제1 변곡점(IP1), 제2 변곡점(IP2), 및 제3 변곡점(IP3)이 제거될 수 있다. 즉, 보정된 SOC 프로파일(P3)에는 변곡점이 존재하지 않을 수 있다.

또한, 도 7 및 도 8의 실시예에서, 제1 변곡점(IP1), 제2 변곡점(IP2), 및 제3 변곡점(IP3)이 제1 보정 구간(C1), 제2 보정 구간(C2), 및 제3 보정 구간(C3) 각각의 중점(Middle point)으로 설정되었지만, 경우에 따라서는 제1 보정 구간(C1), 제2 보정 구간(C2), 및 제3 보정 구간(C3) 각각의 중점이 제1 변곡점(IP1), 제2 변곡점(IP2), 및 제3 변곡점(IP3)으로 설정되지 않을 수도 있다.

또한, 제1 보정 구간(C1), 제2 보정 구간(C2), 및 제3 보정 구간(C3)의 구간 크기가 10%의 SOC로 모두 동일하게 설정되었으나, SOC 프로파일(P1)에 포함된 복수의 변곡점(IP1, IP2, IP3)를 제거하기 위해서라면, 제1 보정 구간(C1), 제2 보정 구간(C2), 및 제3 보정 구간(C3)의 구간 크기는 서로 상이하게 설정될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 복수의 변곡점(IP1, IP2, IP3) 각각에 대한 보정 구간(C1, C2, C3)을 설정하고, 설정된 복수의 보정 구간(C1, C2, C3) 각각을 독립적으로 선형화함으로써, 보정된 SOC 프로파일(P3)에 의한 배터리 셀(B)의 SOC 추정 정확도를 향상시킬 수 있다.

상기 제어부(130)는, 상기 설정된 복수의 보정 구간(C1, C2, C3) 중 적어도 2개의 보정 구간이 겹치는 경우, 겹쳐진 복수의 보정 구간(C1, C2, C3)을 하나의 보정 구간으로 설정하도록 구성될 수 있다.

도 7의 실시예와 달리, 제1 보정 구간(C1) 및 제2 보정 구간(C2)이 서로 겹쳐지는 것으로 가정한다. 예컨대, 제1 보정 구간(C1)이 5% 내지 35%의 SOC 구간으로 설정되고, 제2 보정 구간(C2)이 30% 내지 60%의 SOC 구간으로 설정되었다고 가정한다. 이 경우, 30% 내지 35%의 SOC 구간에서 제1 보정 구간(C1)과 제2 보정 구간(C2)이 서로 겹쳐질 수 있다. 이러한 경우에 제어부(130)가 제1 보정 구간(C1) 및 제2 보정 구간(C2)을 각각 선형화하면, 30% 내지 35%의 SOC 구간에서 선형화된 제1 보정 구간(C1)과 선형화된 제2 보정 구간(C2)이 각각 존재할 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 제1 보정 구간(C1)과 제2 보정 구간(C2)을 통합하여, 5% 내지 60%의 SOC 구간을 하나의 보정 구간으로 설정할 수 있다.

상기 제어부(130)는, 상기 보정 구간의 크기를 변경하면서 상기 SOC 프로파일(P1)을 복수 회 보정하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 제어부(130)는 복수의 보정 구간(C1, C2, C3)의 크기를 1%의 SOC씩 줄여가며, 복수의 보정된 SOC 프로파일을 생성할 수 있다. 이 경우, 도 8의 보정된 SOC 프로파일(P3)은 상기 복수의 보정된 SOC 프로파일 중 어느 하나일 수 있다.

바람직하게, 제어부(130)에 의해 생성된 복수의 보정된 SOC 프로파일은 저장부(140)에 저장될 수 있다.

또한, 제어부(130)는 미리 설정된 참조 프로파일에 기반하여 생성된 복수의 보정된 SOC 프로파일 각각에 대한 SOC 오차를 산출하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 제어부(130)에 의해 보정된 SOC 프로파일이 10개 생성되었다고 가정한다. 제어부(130)는 10개의 보정된 SOC 프로파일 각각에 대하여 SOC 오차율을 산출할 수 있다.

구체적으로, 상기 제어부(130)는, 상기 참조 프로파일의 OCV별 SOC와 상기 복수의 보정된 SOC 프로파일 각각의 상기 OCV별 SOC를 비교하여, 상기 복수의 보정된 SOC 프로파일 각각에 대한 OCV별 SOC 오차율을 산출하도록 구성될 수 있다.

또한, 제어부(130)는 상기 복수의 보정된 SOC 프로파일 중 산출된 SOC 오차율이 최소인 타겟 SOC 프로파일을 선택하도록 구성될 수 있다.

여기서, SOC 오차율이 최소라는 것은, 복수의 보정된 SOC 프로파일 중 산출된 OCV별 SOC 오차율의 오차 구간의 크기가 최소인 것을 의미한다.

예컨대, 도 8의 보정된 SOC 프로파일(P3)이 상기 복수의 보정된 SOC 프로파일 중 산출된 OCV별 SOC 오차율의 오차 구간의 크기가 최소인 SOC 프로파일인 경우, 제어부(130)는 보정된 SOC 프로파일(P3)을 상기 타겟 SOC 프로파일로 선택하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 제어부(130)는, 상기 복수의 보정된 SOC 프로파일 각각에 대해 산출된 상기 OCV별 SOC 오차율의 최소값과 최대값 간의 차이를 나타내는 상기 오차 구간의 크기가 최소인 보정된 SOC 프로파일(P3)을 상기 타겟 SOC 프로파일로 선택하도록 구성될 수 있다.

그리고, 제어부(130)는, 선택된 타겟 SOC 프로파일을 상기 배터리 셀(B)에 대한 기준 프로파일로 설정하도록 구성될 수 있다.

즉, 배터리 관리 장치(100)는 복수의 보정된 SOC 프로파일 중에서 오차 구간의 크기가 최소인 타겟 SOC 프로파일을 배터리 셀(B)에 대한 기준 프로파일로 설정함으로써, 설정된 기준 프로파일에 기반하여 배터리 셀(B) 또는 상기 배터리 셀(B)과 동종의 이차 전지에 대한 SOC 추정의 정확도, 추정의 안정성, 및 추정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

상기 제어부(130)는, 보정된 SOC 프로파일(P2, P3)에서 상기 보정 구간의 시작점 및 종료점 각각을 기준으로 복수의 필터링 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.

여기서, 보정 구간의 시작점은 보정 구간의 하단 SOC를 의미하고, 보정 구간의 종료점은 보정 구간의 상단 SOC를 의미한다. 예컨대, 도 8의 실시예에서, 제1 보정 구간(C1)의 시작점은 5%의 SOC이고, 종료점은 15%의 SOC이다. 제2 보정 구간(C2)의 시작점은 50%의 SOC이고, 종료점은 60%의 SOC이다. 제3 보정 구간(C3)의 시작점은 90%의 SOC이고, 종료점은 100%의 SOC이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해 복수의 필터링 구간이 설정된 SOC 프로파일(P3)을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 9의 실시예에서, 제어부(130)는 제1 필터링 구간(F1), 제2 필터링 구간(F2), 제3 필터링 구간(F3), 제4 필터링 구간(F4), 및 제5 필터링 구간(F5)을 설정할 수 있다. 도 9에서, 제3 보정 구간(C3)의 종료점은 100%의 SOC이기 때문에, 제어부(130)는 제3 보정 구간(C3)의 종료점에 대응되는 제6 필터링 구간(F6)을 별도로 설정하지 않을 수 있다.

그리고, 제어부(130)는 설정된 복수의 필터링 구간 각각에 필터링 알고리즘을 적용하도록 구성될 수 있다.

여기서, 필터링 알고리즘이란 보정 구간에 포함된 노이즈를 제거할 수 있는 스무딩 알고리즘(Smoothing algorithm)일 수 있다. 필터링 알고리즘은 다양한 알고리즘이 적용될 수 있으며, 예컨대, 가우시안 스무딩(Gaussian smoothing) 또는 로우 패스 필터(Low pass filter) 등이 적용될 수 있다.

구체적으로, 상기 복수의 필터링 구간(F1, F2, F3, F4, F5)은, 상기 시작점 또는 상기 종료점을 기준으로 선형 구간 및 비선형 구간을 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 비선형 구간이란 프로파일 생성부(120)에 의해 생성된 SOC 프로파일(P1)부터 존재하는 구간이고, 선형 구간이란 제어부(130)에 의해 선형화된 구간(Q, Q1, Q2, Q3)일 수 있다. 비선형 구간과 선형 구간은 도 10을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 10은 도 9의 SOC 프로파일(P3)의 일부분을 확대 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 10은 도 9의 SOC 프로파일(P3) 중 제2 보정 구간(C2) 부근을 예시적으로 확대 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 제3 필터링 구간(F3) 및 제4 필터링 구간(F4)에는 비선형 구간(R_nl)과 선형 구간(R_l)이 포함될 수 있다. 예컨대, 도 10의 실시예에서, 선형 구간(R_l)은 선형화된 제2 보정 구간(C2)을 의미할 수 있다. 즉, 필터링 구간에는 보정 구간의 시작점 또는 종료점이 포함되기 때문에, 필터링 구간에는 비선형 구간(R_nl)과 선형 구간(R_l)이 모두 포함될 수 있다.

그리고, 제어부(130)는, 상기 필터링 알고리즘을 이용하여, 상기 선형 구간(R_l)과 상기 비선형 구간(R_nl)이 연속적인 구간이 되도록 상기 복수의 필터링 구간(F1, F2, F3, F4, F5) 각각을 보정하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 선형화 알고리즘으로 최소 제곱법이 이용된다고 가정한다. 제어부(130)가 최소 제곱법을 이용하여 제2 보정 구간(C2)을 선형화한 경우, 제2 보정 구간(C2)에 포함된 선형 구간(R_l)과 비선형 구간(R_nl)이 서로 연속적이지 않을 수 있다. 즉, 최소 제곱법은 복수의 데이터의 잔차(Residual)의 제곱의 합이 최소가 되는 방정식을 근사적으로 도출하는 회귀 분석법이기 때문에, 선형 구간(R_l)이 비선형 구간(R_nl)과 연속적이지 않을 수도 있다.

따라서, 제어부(130)는 보정 구간(C2)의 시작점 및 종료점 각각에 대해 필터링 구간(F3, F4)을 설정하고, 설정된 필터링 구간(F3, F4) 각각에 필터링 알고리즘을 적용함으로써 비선형 구간(R_nl)과 선형 구간(R_l)이 연속적인 구간이 되도록 SOC 프로파일(P3)을 보정할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 생성된 SOC 프로파일(P1)에 변곡점이 포함된 경우, 변곡점을 포함하도록 설정된 보정 구간에 선형화 알고리즘을 적용하여 SOC 프로파일(P1)을 1차 보정하고, 1차 보정된 SOC 프로파일(P3) 중 일부 구간(필터링 구간)에 필터링 알고리즘을 적용하여 SOC 프로파일(P3)을 2차 보정할 수 있다. 즉, 배터리 관리 장치(100)에 의해 보정된 SOC 프로파일(P3)은, 확장 칼만 필터를 이용하여 생성된 SOC 프로파일(P1)보다, 배터리 셀(B)에 대한 OCV와 SOC 간의 대응 관계를 보다 정확하게 나타낼 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)에 의해 보정된 SOC 프로파일(P3)에 따르면, 배터리 셀(B)의 SOC 추정의 정확도 및 신뢰도가 향상될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(100)의 배터리 정보 추정부(110), 프로파일 생성부(120), 제어부(130), 및 저장부(140)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다. 그리고, BMS는 제어부(130)에 의해 보정된 SOC 프로파일을 배터리 셀(B)의 SOC를 추정하는 데에 이용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 배터리 팩(1)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 배터리 관리 장치(100) 및 하나 이상의 배터리 셀(B)을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(1)은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 예시적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 11을 참조하면, 배터리 팩(1)은 배터리 셀(B), 측정부(200), 및 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다.

측정부(200)는 배터리 셀(B)의 전압 및 전류를 측정하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 11의 실시예에서, 측정부(200)는 제1 센싱 라인(SL1) 및 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 배터리의 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 측정부(200)는 전류 측정 유닛(A)과 연결된 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 배터리의 전류를 측정할 수 있다.

그리고, 측정부(200)는 배터리 관리 장치(100)의 배터리 정보 추정부(110)와 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 따라서, 측정부(200)가 측정한 배터리 셀(B)의 전압 정보 및 전류 정보를 출력하면, 배터리 정보 추정부(110)는 측정부(200)로부터 배터리 셀(B)의 전압 정보 및 전류 정보를 수신할 수 있다.

또한, 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+) 및 음극 단자(P-)에는 배터리 셀(B)을 충전 또는 방전시킬 수 있는 부하가 더 연결될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 배터리 제조 시스템에 포함될 수 있다. 여기서, 배터리 제조 시스템이란, 배터리 셀(B)의 생산, 조립, 및 검사가 진행되는 과정에 적용될 수 있는 시스템을 의미할 수 있다.

배터리 관리 장치(100)는 배터리 셀(B)의 검사 과정에서, 생산된 배터리 셀(B)에 대한 보정된 SOC 프로파일(P2, P3)을 획득하는데 이용될 수 있다. 즉, 배터리 관리 장치(100)에 의해 보정된 SOC 프로파일(P2, P3)이 해당 배터리 셀(B)에 대한 기준 프로파일로 설정될 수 있다. 이후, 해당 배터리 셀(B)의 SOC는 배터리 관리 장치(100)에 의해 설정된 기준 프로파일에 기반하여 추정될 수 있다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.

배터리 관리 방법의 각 단계는 배터리 관리 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 간략히 설명하거나 생략함을 유의한다.

도 12를 참조하면, 배터리 관리 방법은 배터리 정보 추정 단계(S100), SOC 프로파일 생성 단계(S200), 변곡점 결정 단계(S300), 보정 구간 설정 단계(S400), 및 SOC 프로파일 보정 단계(S500)를 포함할 수 있다.

배터리 정보 추정 단계(S100)는 배터리 셀(B)의 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기반하여 상기 배터리 셀(B)에 대한 OCV 및 SOC를 포함하는 배터리 정보를 추정하는 단계로서, 배터리 정보 추정부(110)에 의해 수행될 수 있다.

예컨대, 배터리 정보 추정부(110)는 배터리 셀(B)의 전압, 전류, 미리 설정된 등가 회로 모델, 및 확장 칼만 필터를 이용하여 배터리 셀(B)에 대한 OCV 및 SOC를 추정할 수 있다.

SOC 프로파일 생성 단계(S200)는 상기 배터리 정보 추정 단계(S100)에서 추정된 상기 OCV와 상기 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 SOC 프로파일(P1)을 생성하는 단계로서, 프로파일 생성부(120)에 의해 수행될 수 있다.

예컨대, 도 2의 실시예에서, 프로파일 생성부(120)는 SOC 프로파일(P1)을 생성할 수 있다.

변곡점 결정 단계(S300)는 상기 SOC 프로파일(P1)에서 변곡점을 결정하는 단계로서, 제어부(130)에 의해 수행될 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예에서, 제어부(130)는 SOC 프로파일(P1)에서 제1 변곡점(IP1), 제2 변곡점(IP2), 및 제3 변곡점(IP3)을 결정할 수 있다.

보정 구간 설정 단계(S400) 및 SOC 프로파일 보정 단계(S500)는 상기 SOC 프로파일(P1)에 하나 이상의 변곡점이 존재하는 경우에 수행될 수 있다. 만약, SOC 프로파일 생성 단계(S200)에서 생성된 SOC 프로파일(P1)에 변곡점이 존재하지 않는다면, 보정 구간 설정 단계(S400) 및 SOC 프로파일 보정 단계(S500)는 수행되지 않을 수 있다.

구체적으로, 보정 구간 설정 단계(S400)는 상기 변곡점에 대응되는 OCV 또는 SOC를 기준으로 상기 SOC 프로파일(P1)에서 보정 구간(C)을 설정하는 단계로서, 제어부(130)에 의해 수행될 수 있다.

예컨대, 도 4의 실시예에서, 제어부(130)는 SOC 프로파일(P1)의 변곡점(IP1, IP2, IP3)을 포함하도록 보정 구간(C)을 설정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 SOC 프로파일 보정 단계(S500)에 의해 보정 구간이 보정되었을 때, 보정된 SOC 프로파일에 변곡점이 존재하지 않도록 보정 구간을 설정할 수 있다.

SOC 프로파일 보정 단계(S500)는 상기 보정 구간 설정 단계(S400)에서 설정된 보정 구간을 선형화함으로써 상기 SOC 프로파일(P1)을 보정하는 단계로서, 제어부(130)에 의해 수행될 수 있다.

예컨대, 도 5의 실시예에서, 제어부(130)는 보정 구간(C)을 선형화함으로써, 보정 구간(C)에 포함된 변곡점(IP1, IP2, IP3)을 제거할 수 있다. 따라서, 보정된 SOC 프로파일(P2)에는 변곡점이 존재하지 않기 때문에, 보정된 SOC 프로파일(P2)의 SOC 오차율은 SOC 프로파일 생성 단계(S200)에서 생성된 SOC 프로파일(P1)의 SOC 오차율보다 작을 수 있다.

또한, 제어부(130)는 보정된 SOC 프로파일(P2)을 배터리 셀(B)에 대한 기준 프로파일로 설정할 수 있다.

따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법은, 확장 칼만 필터를 이용하여 생성된 SOC 프로파일(P1)을 보정함으로써, 배터리 셀(B)에 대해 보다 적합한 기준 프로파일을 설정할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.

1: 배터리 팩
100: 배터리 관리 장치
110: 배터리 정보 추정부
120: 프로파일 생성부
130: 제어부
140: 저장부
200: 측정부
B: 배터리 셀

Claims

배터리 셀의 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기반하여 상기 배터리 셀에 대한 OCV 및 SOC를 포함하는 배터리 정보를 추정하도록 구성된 배터리 정보 추정부;
상기 배터리 정보 추정부로부터 상기 OCV 및 상기 SOC를 수신하고, 상기 OCV와 상기 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 SOC 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및
상기 프로파일 생성부로부터 상기 SOC 프로파일을 수신하고, 수신한 SOC 프로파일에서 변곡점을 결정하며, 상기 SOC 프로파일에 하나 이상의 변곡점이 존재하는 경우, 상기 변곡점에 대응되는 OCV 또는 SOC를 기준으로 상기 SOC 프로파일에서 보정 구간을 설정하고, 설정된 보정 구간을 선형화함으로써 상기 SOC 프로파일을 보정하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 보정 구간에 선형화 알고리즘을 적용하여 상기 SOC 프로파일의 상기 보정 구간에 포함된 변곡점을 제거하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 SOC 프로파일에 복수의 변곡점이 존재하는 경우, 상기 복수의 변곡점 각각에 대해 상기 보정 구간을 설정하고, 설정된 복수의 보정 구간 각각을 독립적으로 선형화하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 설정된 복수의 보정 구간 중 적어도 2개의 보정 구간이 겹치는 경우, 겹쳐진 복수의 보정 구간을 하나의 보정 구간으로 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 보정 구간의 크기를 변경하면서 상기 SOC 프로파일을 복수 회 보정하고, 미리 설정된 참조 프로파일에 기반하여 복수의 보정된 SOC 프로파일 각각에 대한 SOC 오차를 산출하며, 상기 복수의 보정된 SOC 프로파일 중 산출된 SOC 오차가 최소인 타겟 SOC 프로파일을 선택하고, 선택된 타겟 SOC 프로파일을 상기 배터리 셀에 대한 기준 프로파일로 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 참조 프로파일의 OCV별 SOC와 상기 복수의 보정된 SOC 프로파일 각각의 상기 OCV별 SOC를 비교하여 상기 복수의 보정된 SOC 프로파일 각각에 대한 OCV별 SOC 오차율을 산출하고, 상기 복수의 보정된 SOC 프로파일 중 산출된 OCV별 SOC 오차율의 오차 구간의 크기가 최소인 보정된 SOC 프로파일을 상기 타겟 SOC 프로파일로 선택하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제6항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 복수의 보정된 SOC 프로파일 각각에 대해 산출된 상기 OCV별 SOC 오차율의 최소값과 최대값 간의 차이를 나타내는 상기 오차 구간의 크기가 최소인 SOC 프로파일을 상기 타겟 SOC 프로파일로 선택하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
보정된 SOC 프로파일에서 상기 보정 구간의 시작점 및 종료점 각각을 기준으로 복수의 필터링 구간을 설정하고, 설정된 복수의 필터링 구간 각각에 필터링 알고리즘을 적용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제8항에 있어서,
상기 복수의 필터링 구간은,
상기 시작점 또는 상기 종료점을 기준으로 선형 구간 및 비선형 구간을 포함하도록 구성되고,
상기 제어부는,
상기 필터링 알고리즘을 이용하여, 상기 선형 구간과 상기 비선형 구간이 연속적인 구간이 되도록 상기 복수의 필터링 구간 각각을 보정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제1항에 있어서,
상기 배터리 정보 추정부는,
등가 회로 모델과 확장 칼만 필터를 이용하여, 상기 배터리 셀의 상기 전압 및 상기 전류로부터 서로 대응되는 상기 OCV 및 상기 SOC를 추정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
배터리 셀의 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기반하여 상기 배터리 셀에 대한 OCV 및 SOC를 포함하는 배터리 정보를 추정하는 배터리 정보 추정 단계;
상기 배터리 정보 추정 단계에서 추정된 상기 OCV와 상기 SOC 간의 대응 관계를 나타내는 SOC 프로파일을 생성하는 SOC 프로파일 생성 단계;
상기 SOC 프로파일에서 변곡점을 결정하는 변곡점 결정 단계;
상기 SOC 프로파일에 하나 이상의 변곡점이 존재하는 경우, 상기 변곡점에 대응되는 OCV 또는 SOC를 기준으로 상기 SOC 프로파일에서 보정 구간을 설정하는 보정 구간 설정 단계; 및
상기 보정 구간 설정 단계에서 설정된 보정 구간을 선형화함으로써 상기 SOC 프로파일을 보정하는 SOC 프로파일 보정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.