WO2019078477A1 - 배터리 충전 상태 추정 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 충전 상태 추정 장치 및 방법 Download PDF

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이범진
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/569—Constructional details of current conducting connections for detecting conditions inside cells or batteries, e.g. details of voltage sensing terminals

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for estimating the state of charge of a battery, and more particularly, to an apparatus and method for estimating a state of charge of a battery using a first state of charge (SOC) And a method for estimating a state of charge of the battery using the state.
  • SOC state of charge
  • the state of charge is a parameter representing the relative ratio of the current capacity to the maximum capacity representing the electrical energy stored in the battery when the battery is fully charged and may be expressed as 0 to 1 or 0% to 100% .
  • An equivalent circuit model is typically used to estimate the state of charge of the battery.
  • the equivalent circuit model is designed to simulate the electrical operating characteristics of a battery.
  • the battery has a nonlinear characteristic depending on the operating state. It is very difficult to design an equivalent circuit model to perfectly simulate the nonlinear characteristics of the battery.
  • the state of charge having a non-linearity in a specific voltage region is estimated according to the operation state of the object battery to be estimated, The accuracy of the state is lowered.
  • the present invention is characterized in that a battery voltage having a minimum charge state deviation between first charge states calculated for each charge / discharge cycle of the battery is set to a first reference voltage, and a state of charge of the battery in a battery voltage region below the first reference voltage is And estimating a state of charge of the battery in a battery voltage region exceeding a first reference voltage to a second state of charge calculated using an equivalent circuit model and a method thereof. have.
  • a battery charging state estimating apparatus including a sensing unit configured to measure a voltage, a current, and a temperature of a battery, and a processor operatively coupled to the sensing unit.
  • the processor sets a first reference voltage based on a first charge state according to a voltage of the battery, which is calculated in advance through a current of the battery measured for each cycle of charge and discharge of the battery, Calculating a second charging state according to a voltage of the battery using an equivalent circuit model, setting a voltage region of the battery as a first voltage region and a second voltage region on the basis of the first reference voltage, And to estimate the charged state of the battery in each of the voltage region and the second voltage region to be one of the first charged state and the second charged state.
  • the processor calculates a charge state deviation between the first charge states for each of the charge and discharge cycles for each voltage of the battery, and sets the first reference voltage using the charge state deviation.
  • the processor may set the voltage of the battery with the minimum charge state deviation to the first reference voltage.
  • the processor sets a voltage region that is equal to or less than the first reference voltage in the voltage region of the battery to the first voltage region, and a voltage region that exceeds the first reference voltage in the voltage region of the battery, Area.
  • the processor may estimate the state of charge of the battery in the first voltage region as a first state of charge calculated in an initial charge / discharge cycle of the first state of charge.
  • the processor may estimate the state of charge of the battery in the second voltage region as the second state of charge.
  • the processor calculates the rate of voltage change of the battery according to the second charge state, and sets the second reference voltage based on the increase / decrease in the rate of change of the voltage.
  • the processor may set the voltage of the battery to a second reference voltage, wherein the voltage of the battery increases or decreases while the voltage change rate increases.
  • the processor sets a voltage region that is equal to or less than the first reference voltage in the voltage region of the battery to the first voltage region, sets a voltage region that exceeds the second reference voltage in the second voltage region, A voltage region exceeding the first reference voltage but lower than the second reference voltage may be further set to the first voltage region.
  • the battery pack according to the present invention may include the battery charge state estimation device.
  • the charging state of the battery in the voltage region where the second charging state calculated linearly is calculated by using the equivalent circuit model is estimated as the second charging state, and the second charging state is calculated nonlinearly
  • the state of charge of the battery in the voltage region can be estimated to be the first state of charge calculated through the charge / discharge test, and the state of charge of the battery can be accurately estimated.
  • FIG. 1 is a block diagram of a battery charging state estimating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the " open-circuit voltage per charge / discharge cycle and first charge state lookup table " used by the apparatus for estimating battery charge state shown in FIG. 1 to set a first reference voltage.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the " open-circuit voltage per temperature and first charge state lookup table" used by the battery charge state estimation apparatus shown in FIG. 1 to calculate the second charge state.
  • FIG. 4 is a graph showing the " open-circuit voltage per charge / discharge cycle and first charge state lookup table " shown in Fig.
  • FIG. 5 is a graph showing a second charging state calculated by the battery charging state estimating apparatus shown in FIG. 1 according to a voltage.
  • FIG. 6 and FIG. 7 illustrate a state where the battery charging state estimation apparatus shown in FIG. 1 sets the first reference voltage, the second reference voltage, the first voltage region, and the second voltage region, In the state of charge of the battery.
  • " control unit " as described in the specification means a unit for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a block diagram of a battery charging state estimating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a battery charging state estimation apparatus 100 is included in a battery pack 1 including a battery B and is connected to a battery B, Can be estimated.
  • the battery charging state estimation apparatus 100 may include a sensing unit 110, a memory unit 120, and a processor 130.
  • the battery B is a minimum unit cell in which the state of charge is estimated, and includes a plurality of unit cells electrically connected in series and / or in parallel. Of course, the case where the battery B includes only one unit cell is included in the scope of the present invention.
  • the unit cell is not particularly limited as long as it is capable of repeated charge and discharge.
  • the unit cell may be a lithium polymer battery of pouch type.
  • the battery B may be electrically coupled to various external devices through an external terminal.
  • the external device may be, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, an unmanned aerial vehicle such as a drone, a large capacity electric power storage device (ESS) included in the electric power grid, or a mobile device.
  • the battery B may include some or all of the unit cells included in the modularized battery pack mounted on the external device.
  • the external terminal of the battery B may be selectively coupled to the charging device.
  • the charging device can be selectively coupled to the battery B under the control of an external device on which the battery B is mounted.
  • the sensing unit 110 is operatively coupled to the processor 130. That is, the sensing unit 110 may be connected to the processor 130 to transmit an electrical signal to the processor 130 or to receive an electrical signal from the processor 130.
  • the sensing unit 110 repeatedly measures a voltage applied between the positive electrode and the negative electrode of the battery B and a current flowing into or out of the battery B every preset period and outputs a measurement signal indicating the measured voltage and current Processor 130 as shown in FIG.
  • the sensing unit 110 includes a current sensor configured to measure a current of the battery B.
  • the sensing unit 110 may further include a voltage sensor configured to measure a voltage of the battery B.
  • the sensing unit 110 may further include a temperature sensor configured to measure a temperature of the battery B.
  • the processor 130 may determine the digital values of the voltage, temperature, and current of the battery B through the signal processing and store the measured values in the memory unit 120 when the measurement signal is received from the sensing unit 110.
  • the memory unit 120 is a semiconductor memory device that records, erases, and updates data generated by the processor 130, and stores a plurality of program codes for estimating a state of charge of the battery B.
  • the memory unit 120 may store preset values of various predetermined parameters used in the practice of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the " open-circuit voltage per charge / discharge cycle and first charge state lookup table " used by the apparatus for estimating battery charge state shown in FIG. 1 to set a first reference voltage
  • 1 is a diagram showing an example of the " open-circuit voltage per temperature and first charge state lookup table " used by the battery charge state estimation apparatus shown in Fig. 1 to calculate the second charge state.
  • the memory unit 120 may store a first charge (hereinafter, referred to as "first charge ”) according to the voltage of the battery B previously calculated through the current of the battery B, You can save the state. 2, the memory unit 120 stores the charge / discharge current and charge / discharge time of the battery B, which is measured every charge / discharge cycle, through the charge / discharge test of the battery B, B) stored in advance can be used to store the previously calculated first charge state. At this time, the memory unit 120 may store the " open-circuit voltage per charge / discharge cycle-first charge state lookup table " in which the voltages of the battery B corresponding to the first charge state are mutually mapped.
  • first charge a first charge
  • the memory unit 120 stores a " temperature-dependent open-voltage-charge state lookup table " used to calculate the second state of charge of the battery B Can be stored.
  • the "open-voltage-by-temperature-state-by-temperature-lookup table” may be such that the voltages of the battery B corresponding to the charged state of the battery B are mapped to each other by the temperature of the battery B.
  • the type of the semiconductor memory device is a semiconductor memory device known to be capable of writing, erasing, and updating data.
  • the memory unit 120 may be a DRAM, an SDRAM, a flash memory, a ROM, an EEPROM, a register, or the like.
  • the memory unit 120 may further include a storage medium storing program codes that define the control logic of the processor 130.
  • the storage medium includes an inert storage element such as a flash memory or a hard disk.
  • the memory unit 120 may be physically separated from the processor 130 or may be integrated with the processor 130.
  • the processor 130 may be operatively coupled to the sensing unit 110.
  • the processor 130 can set the first reference voltage based on the first charging state according to the voltage of the battery B previously calculated through the current of the battery B measured every cycle of charging and discharging of the battery B have.
  • the processor 130 may calculate the second charging state according to the voltage of the battery B using an equivalent circuit model corresponding to the battery B. [ The processor 130 sets the voltage range of the battery B to the first voltage range and the second voltage range based on the first reference voltage and sets the voltage range of the battery B in the first voltage range and the second voltage range, B can be estimated to be either the first charging state or the second charging state.
  • the processor 130 may transmit a message indicating the estimated charging state to an external device via the communication terminal COM.
  • the processor 130 may optionally include application-specific integrated circuits (ASICs), other chipsets, logic circuits, registers, communication modems, data processing devices, etc., known in the art for executing various control logic. At least one of the various control logic executable by the processor 130 may be combined and the combined control logic may be written in a computer-readable code system and stored in a computer-readable recording medium.
  • the recording medium is not particularly limited as long as it can be accessed by the processor 130 included in the computer.
  • the recording medium includes at least one selected from the group including ROM, RAM, register, CD-ROM, magnetic tape, hard disk, floppy disk and optical data recording device.
  • code system may be modulated with a carrier signal and included in a communication carrier at a particular point in time, and distributed and stored in a networked computer.
  • functional programs, code, and code segments for implementing the combined control logic may be easily inferred by programmers skilled in the art to which the present invention pertains.
  • the processor 130 sets the first reference voltage based on the first charged state of the battery B, and sets the first voltage region and the second voltage region based on the set first reference voltage .
  • FIG. 4 is a graph showing the " open-circuit voltage per charge / discharge cycle and first charge state lookup table " shown in Fig.
  • the processor 130 may set a first reference voltage based on a first state of charge of the battery B.
  • the first state of charge of the battery B is determined by using the charge / discharge current of the battery B and the charge / discharge time of the battery B measured in charge / discharge cycles and the maximum capacity of the battery B through the charge / And may be stored in the memory unit 120 in advance. As described above, the first state of charge of the battery B is mapped to the voltage of the corresponding battery B so that the " open-circuit voltage per charge / discharge cycle-first charge state lookup table &Quot;
  • the processor 130 may calculate the charge state deviation between the first charge states for each charge / discharge cycle for each voltage of the battery B, and may set the first reference voltage using the charge state deviation.
  • the processor 130 calculates the charge state deviation between the first charge states for each charge-discharge cycle for the voltage " 3V " of the battery B.
  • Each of the first charged states of the battery B corresponding to the voltage " 3V " of the battery B can be read out from the memory unit 120.
  • the processor 130 determines whether the battery B is in the second to n-th charge / discharge cycle based on the first charge state of the battery B corresponding to the voltage " 3V " of the battery B in the first charge / B and the first charging states of the battery B corresponding to the voltage " 3V " of the battery B can be calculated as the charging state deviation.
  • the processor 130 may calculate the charge state deviation using the following equation (1).
  • D v of the first battery (B) corresponding to the voltage "V" of the battery (B) in the above is the charge variation
  • SOC1 nV is the n-th charge-discharge cycle for the voltage "V" of the battery (B) Charge state
  • n is the final number of charge / discharge cycles.
  • the processor 130 can calculate the charge state deviation between the first charge states for every charge cycle of the battery B with respect to all voltage regions of the battery B.
  • the processor 130 may set the voltage of the battery B, which is the smallest among the charge state deviations calculated for each voltage of the battery B, to the first reference voltage.
  • the processor 130 may set the voltage region of the battery B to the first voltage region and the second voltage region based on the set first reference voltage. More specifically, the processor 130 sets a voltage region that is equal to or less than a first reference voltage in a voltage region of the battery B as a first voltage region, and sets a voltage region that exceeds a first reference voltage as a second voltage region .
  • the voltage " 3.6 V " of the battery B can be set as the first reference voltage.
  • the processor 130 sets a voltage region of the voltage range of the battery B equal to or less than the first reference voltage " 3.6V " to a first voltage range and a voltage range exceeding the first reference voltage &
  • the second voltage region can be set.
  • FIG. 5 is a graph showing a second charging state calculated by the battery charging state estimating apparatus shown in FIG. 1 according to a voltage.
  • the processor 130 may calculate a second state of charge according to the voltage of the battery B using an equivalent circuit model. More specifically, the processor 130 models the voltage behavior of the battery B as an equivalent circuit in which an open circuit voltage, an internal resistance, and a resistor-capacitor parallel circuit are connected in series, The second charge state can be calculated using a linear or nonlinear function with the factors as variables and a current integration method.
  • the second charging state of the battery B can also be calculated by a method other than the current integration method.
  • the processor 130 may measure a voltage, a current, and a temperature of a battery B received from the sensing unit 110 based on a Kalman filter or an Extended Kalman filter The second state of charge of the battery B can be calculated.
  • the processor 130 may calculate the second state of charge of the battery B using the state feedback filter and the observation feedback filter.
  • the first state of charge of the battery B is data stored in the memory unit 120, which is calculated through a charge / discharge test
  • the second state of charge of the battery B is the current state of the battery B
  • the processor 130 may calculate the second charging state with respect to the entire voltage region of the battery B.
  • the charging state of the battery B is such that the OCV is the second charged state (SOC) and the Y-axis is the OCV -SOC < / RTI > graph.
  • FIG. 6 and FIG. 7 illustrate a state where the battery charging state estimation apparatus shown in FIG. 1 sets the first reference voltage, the second reference voltage, the first voltage region, and the second voltage region, In the state of charge of the battery.
  • the processor 130 estimates the state of charge of the battery B in the first voltage region as the first state of charge of the battery B, It is possible to estimate the charged state of the battery B as the second charged state of the battery B.
  • the processor 130 determines the state of charge of the battery B in the first voltage region through the charge / discharge test, The first state of charge of the battery B calculated in the first charge / discharge cycle can be estimated.
  • the processor 130 may estimate the state of charge of the battery B in the second voltage region as a second state of charge of the battery B calculated in real time using the equivalent circuit model.
  • the processor 130 may calculate the rate of change of the voltage of the battery B according to the second state of charge of the battery B, and may set the second reference voltage based on the increase or decrease of the calculated rate of change.
  • the processor 130 calculates the rate of change of the voltage of the battery B that changes in accordance with the second state of charge of the battery B, and when the calculated rate of change of the voltage is changed from a positive value to a negative value , And the voltage of the battery B that changes from a negative value to a positive value can be set as the second reference voltage.
  • the processor 130 sets the voltage " 3.8 V " of the battery B whose voltage change rate of the battery B changes from a negative value to a positive value, Voltage can be set.
  • the processor 130 may set the first voltage region and the second voltage region using the first reference voltage and the second reference voltage. More specifically, the processor 130 sets a voltage region that is equal to or lower than a first reference voltage in a voltage region of the battery B as a first voltage region, sets a voltage region that exceeds a first reference voltage as a second voltage region The voltage region that is lower than the second reference voltage but exceeds the first reference voltage may be set to the first voltage region again.
  • the processor 130 determines the state of charge of the battery B in the first voltage region (0 V to 3.8 V) from the first charge state of the battery B calculated for each charge / , It can be estimated to be the first charged state of the battery B calculated in the first charge / discharge cycle.
  • the processor 130 may estimate the charged state of the battery B in the second voltage region (greater than 3.8 V) as the second charged state of the battery B calculated in real time using the equivalent circuit model .
  • the battery charge state estimation apparatus 100 is capable of estimating the state of charge of the battery in a first voltage state in which the difference between the first state of charge and the first state of charge is negligible, It is possible to estimate the charging state in which the error is minimized by using the characteristics of the charging state.
  • the battery charge state estimation apparatus 100 estimates the state of charge of the battery 100 based on the difference between the first charge state calculated in the first charge / discharge cycle and the first charge state calculated in the other charge /
  • the charging state of the battery B in the first voltage region can be estimated as the first charging state by setting the region as the first voltage region.
  • the battery charge state estimation apparatus 100 sets the voltage region linearly calculated excluding the voltage region in which the second charged state is calculated non-linearly as the second voltage region, Can be estimated as the second charged state.

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 충전 상태 추정 장치는 배터리의 전압, 전류 및 온도를 각각 측정하도록 구성된 센싱부; 및 상기 센싱부와 동작 가능하게 결합된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 배터리의 충방전 사이클 마다 측정된 상기 배터리의 전류를 통해 미리 산출된 상기 배터리의 전압에 따른 제1 충전 상태에 기초하여 제1 기준 전압을 설정하고, 상기 배터리에 대응되는 등가 회로 모델을 이용하여 상기 배터리의 전압에 따른 제2 충전 상태를 산출하고, 상기 제1 기준 전압을 기준으로 상기 배터리의 전압 영역을 제1 전압 영역과 제2 전압 영역으로 설정하고, 상기 제1 전압 영역과 상기 제2 전압 영역 각각에서의 상기 배터리의 충전 상태를 상기 제1 충전 상태와 상기 제2 충전 상태 중 어느 하나로 추정하도록 구성될 수 있다.

Description

배터리 충전 상태 추정 장치 및 방법
본 출원은 2017년 10월 20일자로 출원된 한국출원번호 제10-2017-0136781호를 우선권 주장하며, 그에 대한 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 충전 상태 추정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 충방전 사이클 별로 산출된 제1 충전 상태(SOC: state of charge)와 등가 회로 모델을 이용하여 산출된 제2 충전 상태를 이용하여 배터리 충전 상태 추정 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 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.
배터리를 사용 및 관리함에 있어서 중요한 파라미터들 중 하나는 충전 상태다. 충전 상태는, 배터리가 완전히 충전된 때에 배터리에 저장된 전기 에너지를 나타내는 최대 용량(maximum capacity)에 대한 현재의 용량의 상대적 비율을 나타내는 파라미터로서, 0~1 또는 0%~100%로 표현될 수 있다.
배터리의 충전 상태를 추정하는 데에는 등가 회로 모델이 대표적으로 이용되고 있다.
등가 회로 모델은, 배터리의 전기적인 동작 특성을 모사하도록 설계된 것이다. 다만, 배터리는 동작 상태에 따라 비선형적인 특성을 가지는데, 배터리의 비선형적인 특성을 완벽하게 모사하도록 등가 회로 모델을 설계하는 것은 매우 어려운 일이다.
이에 따라, 등가 회로 모델을 이용하여 배터리의 충전 상태를 추정하는 경우, 충전 상태를 추정하고자 하는 대상 배터리의 동작 상태에 따라 특정 전압 영역에서 비선형성을 갖는 충전 상태가 추정됨으로써, 추정된 배터리의 충전 상태의 정확성이 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명은 배터리의 충방전 사이클 별로 산출된 제1 충전 상태 간의 충전 상태 편차가 최소인 배터리 전압을 제1 기준 전압을 설정하고, 제1 기준 전압 이하의 배터리 전압 영역에서 배터리의 충전 상태는 제1 충전 상태로 추정하고, 제1 기준 전압을 초과하는 배터리 전압 영역에서 배터리의 충전 상태는 등가 회로 모델을 이용하여 산출된 제2 충전 상태로 추정하는 배터리 충전 상태 추정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 충전 상태 추정 장치는 배터리의 전압, 전류 및 온도를 각각 측정하도록 구성된 센싱부 및 상기 센싱부와 동작 가능하게 결합된 프로세서를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리의 충방전 사이클 마다 측정된 상기 배터리의 전류를 통해 미리 산출된 상기 배터리의 전압에 따른 제1 충전 상태에 기초하여 제1 기준 전압을 설정하고, 상기 배터리에 대응되는 등가 회로 모델을 이용하여 상기 배터리의 전압에 따른 제2 충전 상태를 산출하고, 상기 제1 기준 전압을 기준으로 상기 배터리의 전압 영역을 제1 전압 영역과 제2 전압 영역으로 설정하고, 상기 제1 전압 영역과 상기 제2 전압 영역 각각에서의 상기 배터리의 충전 상태를 상기 제1 충전 상태와 상기 제2 충전 상태 중 어느 하나로 추정하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리의 전압 마다 상기 충방전 사이클 별로 상기 제1 충전 상태 간에 충전 상태 편차를 산출하고, 상기 충전 상태 편차를 이용하여 상기 제1 기준 전압을 설정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 충전 상태 편차가 최소인 상기 배터리의 전압을 상기 제1 기준 전압으로 설정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리의 전압 영역 중에서 상기 제1 기준 전압 이하인 전압 영역을 상기 제1 전압 영역으로 설정하고, 상기 배터리의 전압 영역 중에서 상기 제1 기준 전압를 초과하는 전압 영역을 상기 제2 전압 영역으로 설정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 제1 전압 영역에서의 상기 배터리의 충전 상태를 상기 제1 충전 상태 중에서 최초 충방전 사이클에 산출된 제1 충전 상태로 추정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 제2 전압 영역에서의 상기 배터리의 충전 상태를 상기 제2 충전 상태로 추정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 제2 충전 상태에 따른 상기 배터리의 전압 변화율을 산출하고, 상기 전압 변화율의 증감에 기초하여 제2 기준 전압을 설정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 전압 변화율이 증가하다가 감소하거나, 감소하다가 증가하는 상기 배터리의 전압을 제2 기준 전압으로 설정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리의 전압 영역 중에서 상기 제1 기준 전압 이하인 전압 영역을 상기 제1 전압 영역으로 설정하고, 상기 제2 기준 전압를 초과하는 전압 영역을 상기 제2 전압 영역으로 설정하고, 상기 제1 기준 전압을 초과하고 상기 제2 기준 전압 이하인 전압 영역을 상기 제1 전압 영역으로 더 설정할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 상기 배터리 충전 상태 추정 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 등가 회로 모델을 이용하여 산출되는 제2 충전 상태가 선형적으로 산출되는 전압 영역에서의 배터리의 충전 상태는 제2 충전 상태로 추정하고, 제2 충전 상태가 비선형적으로 산출되는 전압 영역에서의 배터리의 충전 상태는 충방전 실험을 통해 산출되는 제1 충전 상태로 추정하여 배터리의 충전 상태를 정확하게 추정할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 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 충전 상태 추정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 충전 상태 추정 장치가 제1 기준 전압을 설정하는데 이용하는 "충방전 사이클별 개방 전압 및 제1 충전 상태 룩업 테이블"의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 충전 상태 추정 장치가 제2 충전 상태를 산출하는데 이용하는 "온도별 개방 전압 및 제1 충전 상태 룩업 테이블"의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 "충방전 사이클별 개방 전압 및 제1 충전 상태 룩업 테이블"을 도시한 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 배터리 충전 상태 추정 장치가 산출한 제2 충전 상태를 전압에 따라 도시한 그래프이다.
도 6 및 도 7은 도 1에 도시된 배터리 충전 상태 추정 장치가 제1 기준 전압, 제2 기준 전압, 제1 전압 영역 및 제2 전압 영역을 설정하고 제1 충전 상태 및 제2 충전 상태를 배터리의 충전 상태로 추정하는 과정과 관련된 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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 <제어 유닛>과 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 상태 추정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 상태 추정 장치(100)는 배터리(B)를 포함하는 배터리 팩(1)에 포함되고, 배터리(B)와 연결되어 배터리(B)의 충전 상태를 추정할 수 있다.
이를 위하여, 상기 배터리 충전 상태 추정 장치(100)는 센싱부(110), 메모리부(120) 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다.
상기 배터리(B)는 충전 상태가 추정되는 최소 단위의 전지로서, 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 단위 셀들을 포함한다. 물론, 상기 배터리(B)가 하나의 단위 셀만을 포함하는 경우도 본 발명의 범주에 포함된다.
상기 단위 셀은 반복적인 충방전이 가능하다면 그 종류에 특별한 제한이 없는데, 일 예시로서 파우치 타입으로 이루어진 리튬 폴리머 배터리일 수 있다.
상기 배터리(B)는 외부 단자를 통해 다양한 외부 장치에 전기적으로 결합될 수 있다. 상기 외부 장치는, 일 예시로서 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 드론과 같은 무인 비행체, 전력 그리드에 포함된 대용량의 전력 저장 장치(ESS), 또는 모바일 디바이스일 수 있다. 이 경우, 상기 배터리(B)는 상기 외부 장치에 탑재된 모듈화된 전지 팩에 포함된 단위 셀들의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
상기 배터리(B)의 외부 단자는 충전 장치와 선택적으로 결합될 수 있다. 상기 충전 장치는 배터리(B)가 탑재되는 외부 장치의 제어에 의해 배터리(B)에 선택적으로 결합될 수 있다.
상기 센싱부(110)는 프로세서(130)와 동작 가능하게 결합된다. 즉, 센싱부(110)는 프로세서(130)로 전기적 신호를 송신하거나 프로세서(130)로부터 전기적 신호를 수신 가능하도록 프로세서(130)에 접속될 수 있다.
상기 센싱부(110)는 미리 설정된 주기마다 배터리(B)의 양극과 음극 사이에 인가되는 전압과 배터리(B)로 흘러 들어가거나 흘러 나오는 전류를 반복 측정하고 측정된 전압과 전류를 나타내는 측정 신호를 프로세서(130)로 제공할 수 있다.
상기 센싱부(110)는 배터리(B)의 전류를 측정하도록 구성된 전류 센서를 포함한다. 또한, 센싱부(110)는 배터리(B)의 전압을 측정하도록 구성된 전압 센서를 더 포함할 수 있다. 또한, 센싱부(110)는 배터리(B)의 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 프로세서(130)는 센싱부(110)로부터 측정 신호가 수신되면, 신호 처리를 통해 배터리(B)의 전압, 온도 및 전류 각각의 디지털 값을 결정하고 메모리부(120)에 저장할 수 있다.
상기 메모리부(120)는 반도체 메모리 소자로서, 상기 프로세서(130)에 의해 생성되는 데이터를 기록, 소거, 갱신하며, 배터리(B)의 충전 상태 추정을 위해 마련된 복수의 프로그램 코드를 저장한다. 또한, 상기 메모리부(120)는 본 발명을 실시할 때 사용되는 미리 결정된 각종 파라미터들의 사전 설정 값들을 저장할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 충전 상태 추정 장치가 제1 기준 전압을 설정하는데 이용하는 "충방전 사이클별 개방 전압 및 제1 충전 상태 룩업 테이블"의 일 예를 도시한 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 배터리 충전 상태 추정 장치가 제2 충전 상태를 산출하는데 이용하는 "온도별 개방 전압 및 제1 충전 상태 룩업 테이블"의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 더 참조하면, 상기 메모리부(120)는 배터리(B)의 충방전 사이클 마다 측정된 배터리(B)의 전류를 통해 미리 산출된 배터리(B)의 전압에 따른 제1 충전 상태를 저장할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 메모리부(120)는 배터리(B)의 충방전 실험을 통해 충방전 사이클 마다 측정되는 배터리(B)의 충방전 전류 및 충방전 시간과 배터리(B)의 최대 용량을 이용하여 미리 산출된 제1 충전 상태를 저장할 수 있다. 이때, 상기 메모리부(120)는 제1 충전 상태에 대응되는 배터리(B)의 전압이 상호 맵핑된 "충방전 사이클 별 개방 전압-제1 충전 상태 룩업 테이블"을 저장할 수 있다.
또한, 상기 메모리부(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 후술되는 프로세서(130)가 배터리(B)의 제2 충전 상태를 산출하는데 사용되는 "온도별 개방 전압-충전 상태 룩업 테이블"을 저장할 수 있다. 이러한, "온도별 개방 전압-충전 상태 룩업 테이블"은 배터리(B)의 온도 별로 배터리(B)의 충전 상태에 대응되는 배터리(B)의 전압이 상호 맵핑될 수 있다.
상기 메모리부(120)는 데이터를 기록, 소거, 갱신할 수 있다고 알려진 반도체 메모리 소자라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 메모리부(120)는 DRAM, SDRAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등일 수 있다. 상기 메모리부(120)는 상기 프로세서(130)의 제어 로직을 정의한 프로그램 코드들을 저장하고 있는 저장매체를 더 포함할 수 있다. 상기 저장매체는 플래쉬 메모리나 하드디스크와 같은 불활성 기억 소자를 포함한다. 상기 메모리부(120)는 프로세서(130)와 물리적으로 분리되어 있을 수도 있고, 상기 프로세서(130)와 일체로 통합되어 있을 수도 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 프로세서(130)는 상기 센싱부(110)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 상기 프로세서(130)는 배터리(B)의 충방전 사이클 마다 측정된 배터리(B)의 전류를 통해 미리 산출된 배터리(B)의 전압에 따른 제1 충전 상태에 기초하여 제1 기준 전압을 설정할 수 있다. 또한, 상기 프로세서(130)는 배터리(B)에 대응되는 등가 회로 모델을 이용하여 배터리(B)의 전압에 따른 제2 충전 상태를 산출할 수 있다. 또한, 상기 프로세서(130)는 제1 기준 전압을 기준으로 배터리(B)의 전압 영역을 제1 전압 영역과 제2 전압 영역으로 설정하고, 제1 전압 영역과 제2 전압 영역 각각에서의 배터리(B)의 충전 상태를 제1 충전 상태와 제2 충전 상태 중 어느 하나로 추정할 수 있다.
상기 프로세서(130)는, 추정된 충전 상태를 나타내는 메시지를 통신 단자(COM)를 통해 외부 장치로 전송할 수 있다.
상기 프로세서(130)는, 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 프로세서(130)에 의해 실행될 수 있는 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 수록될 수 있다. 기록매체는 컴퓨터에 포함된 프로세서(130)에 의해 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 기록매체는 ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 코드 체계는 캐리어 신호로 변조되어 특정한 시점에 통신 캐리어에 포함될 수 있고, 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이하, 상기 프로세서(130)가 배터리(B)의 제1 충전 상태에 기초하여 제1 기준 전압을 설정하고, 설정된 제1 기준 전압을 기준으로 제1 전압 영역과 제2 전압 영역을 설정하는 과정에 대해서 설명하도록 한다.
도 4는 도 2에 도시된 "충방전 사이클별 개방 전압 및 제1 충전 상태 룩업 테이블"을 도시한 그래프이다.
도 4를 더 참조하면, 상기 프로세서(130)는 배터리(B)의 제1 충전 상태에 기초하여 제1 기준 전압을 설정할 수 있다.
여기서, 배터리(B)의 제1 충전 상태는 배터리(B)의 충방전 실험을 통해 충방전 사이클 마다 측정되는 배터리(B)의 충방전 전류 및 충방전 시간과 배터리(B)의 최대 용량을 이용하여 미리 산출되어 상기 메모리부(120)에 저장될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 배터리(B)의 제1 충전 상태는 대응되는 배터리(B)의 전압과 상호 맵핑되어 상기 메모리부(120)에 "충방전 사이클 별 개방 전압-제1 충전 상태 룩업 테이블"로 저장될 수 있다.
이러한, "충방전 사이클 별 개방 전압-제1 충전 상태 룩업 테이블"의 데이터들은 도 4에 도시된 바와 같이, 충방전 사이클 별로 X축이 제1 충전 상태(SOC)이고, Y축이 개방 전압(OCV)인 OCV-SOC 그래프로 표현될 수 있다.
이때, 상기 프로세서(130)는 배터리(B)의 전압 마다 충방전 사이클 별로 제1 충전 상태 간에 충전 상태 편차를 산출하고, 충전 상태 편차를 이용하여 제1 기준 전압을 설정할 수 있다.
예를 들어, 상기 프로세서(130)는 배터리(B)의 전압 "3V"에 대해 충방전 사이클 별로 제1 충전 상태 간에 충전 상태 편차를 산출하는 경우, 1번째 내지 n번째 충방전 사이클 각각에서 배터리(B)의 전압 "3V"에 대응되는 배터리(B)의 제1 충전 상태 각각을 상기 메모리부(120)로부터 독출할 수 있다.
이후, 상기 프로세서(130)는 1번째 충방전 사이클에서 배터리(B)의 전압 "3V"에 대응되는 배터리(B)의 제1 충전 상태를 기준으로 나머지 2번째 내지 n번째 충방전 사이클에서 배터리(B)의 전압 "3V"에 대응되는 배터리(B)의 제1 충전 상태들과의 편차를 충전 상태 편차로 산출할 수 있다.
이때, 상기 프로세서(130)는 하기의 수학식 1을 이용하여 충전 상태 편차를 산출할 수 있다.
<수학식 1>
Figure PCTKR2018010005-appb-I000001
여기서, Dv는 배터리(B)의 전압 "V"에 대한 상기 충전 상태 편차이고, SOC1nV는 n번째 충방전 사이클에서 배터리(B)의 전압 "V"에 대응되는 배터리(B)의 제1 충전 상태이고, n은 충방전 사이클의 최종 횟수이다.
이와 같이, 상기 프로세서(130)는 배터리(B)의 모든 전압 영역에 대해 배터리(B)의 전압 마다 충방전 사이클 별로 제1 충전 상태 간에 충전 상태 편차를 산출할 수 있다.
이후, 상기 프로세서(130)는 배터리(B)의 전압 마다 산출된 충전 상태 편차들 중에서 가장 작은 값이 산출된 배터리(B)의 전압을 제1 기준 전압으로 설정할 수 있다.
한편, 상기 프로세서(130)는 설정된 제1 기준 전압을 기준으로 배터리(B)의 전압 영역을 제1 전압 영역과 제2 전압 영역으로 설정할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 프로세서(130)는 배터리(B)의 전압 영역 중에서 제1 기준 전압 이하인 전압 영역을 제1 전압 영역으로 설정하고, 제1 기준 전압을 초과하는 전압 영역을 제2 전압 영역으로 설정할 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 프로세서(130)는 배터리(B)의 전압 마다 산출된 충전 상태 편차들 중에서 가장 작은 값이 배터리(B)의 전압 "3.6V"에서 산출되면, 배터리(B)의 전압 "3.6V"를 제1 기준 전압으로 설정할 수 있다.
이후, 상기 프로세서(130)는 배터리(B)의 전압 영역 중에서 제1 기준 전압 "3.6V" 이하인 전압 영역을 제1 전압 영역으로 설정하고, 제1 기준 전압 "3.6V"를 초과하는 전압 영역을 제2 전압 영역으로 설정할 수 있다.
이하, 상기 프로세서(130)가 배터리(B)의 제2 충전 상태를 산출하고, 제2 기준 전압을 설정하는 과정에 대해 설명하도록 한다.
도 5는 도 1에 도시된 배터리 충전 상태 추정 장치가 산출한 제2 충전 상태를 전압에 따라 도시한 그래프이다.
도 5를 더 참조하면, 상기 프로세서(130)는 등가 회로 모델을 이용하여 배터리(B)의 전압에 따른 제2 충전 상태를 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 프로세서(130)는 배터리(B)의 전압 거동을, 개방 전압(open circuit voltage), 내부 저항, 및 저항-커패시터 병렬 회로가 직렬 연결된 등가 회로로 모델링하고, 이러한 등가 회로 모델의 인자들을 변수로 하는 선형 또는 비선형 함수와 전류 적산 방법을 이용하여 제2 충전 상태를 산출할 수 있다.
물론, 배터리(B)의 제2 충전 상태는 전류 적산법 이외의 다른 방법으로도 산출될 수 있다. 일 예로, 상기 프로세서(130)는 칼만 필터(Kalman Filter) 또는 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter)를 기반으로 상기 센싱부(110)로부터 수신되는 배터리(B)의 전압, 전류 및 온도의 측정 신호를 이용하여 배터리(B)의 제2 충전 상태를 산출할 수 있다. 다른 예로, 상기 프로세서(130)는 상태 귀환 필터 및 관측 귀환 필더를 이용하여 배터리(B)의 제2 충전 상태를 산출할 수 있다.
여기서, 배터리(B)의 제1 충전 상태는 충방전 실험을 통해 산출되어 상기 메모리부(120)에 미리 저장된 데이터이고, 이에 반해, 배터리(B)의 제2 충전 상태는 현재 배터리(B)에 대한 측정 신호와 배터리(B)를 전기적으로 모사한 등가 회로 모델을 이용하여 산출된 데이터일 수 있다.
한편, 상기 프로세서(130)는 배터리(B)의 전압 영역 전체에 대해 제2 충전 상태를 산출할 수 있다. 이러한, 배터리(B)의 충전 상태는 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리(B)의 전압 영역 전체에 걸쳐 X축이 제2 충전 상태(SOC)이고, Y축이 개방 전압(OCV)인 OCV-SOC 그래프로 표현될 수 있다.
이하, 상기 프로세서(130)가 제1 전압 영역과 제2 전압 영역 각각에서 배터리(B)의 충전 상태를 추정하는 과정에 대해서 설명하도록 한다.
도 6 및 도 7은 도 1에 도시된 배터리 충전 상태 추정 장치가 제1 기준 전압, 제2 기준 전압, 제1 전압 영역 및 제2 전압 영역을 설정하고 제1 충전 상태 및 제2 충전 상태를 배터리의 충전 상태로 추정하는 과정과 관련된 그래프이다.
도 6 및 도 7을 더 참조하면, 상기 프로세서(130)는 제1 전압 영역에서의 배터리(B)의 충전 상태를 배터리(B)의 제1 충전 상태로 추정하고, 제2 전압 영역에서의 배터리(B)의 충전 상태를 배터리(B)의 제2 충전 상태로 추정할 수 있다.
다시 말해, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 프로세서(130)는 제1 전압 영역에서 배터리(B)의 충전 상태를 충방전 실험을 통해 충방전 사이클 별로 산출된 배터리(B)의 제1 충전 상태 중에서 최초 즉, 1번째 충방전 사이클에 산출된 배터리(B)의 제1 충전 상태로 추정할 수 있다.
또한, 상기 프로세서(130)는 제2 전압 영역에서 배터리(B)의 충전 상태를 등가 회로 모델을 이용하여 실시간으로 산출된 배터리(B)의 제2 충전 상태로 추정할 수 있다.
한편, 상기 프로세서(130)는 배터리(B)의 제2 충전 상태에 따른 배터리(B)의 전압 변화율을 산출하고, 산출된 변화율의 증감에 기초하여 제2 기준 전압을 설정할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 프로세서(130)는 배터리(B)의 제2 충전 상태에 대응되어 변화하는 배터리(B)의 전압 변화율을 산출하고, 산출된 전압 변화율이 양의 값에서 음의 값으로 변경되거나, 음의 값에서 양의 값으로 변화하는 배터리(B)의 전압을 제2 기준 전압으로 설정할 수 있다.
예를 들어, 상기 프로세서(130)는 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리(B)의 전압 변화율이 음의 값에서 양의 값으로 변화하는 배터리(B)의 전압 "3.8V"를 제2 기준 전압으로 설정할 수 있다.
상기 프로세서(130)는 제2 기준 전압이 설정되면 제1 기준 전압과 제2 기준 전압을 이용하여 제1 전압 영역과 제2 전압 영역을 설정할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 프로세서(130)는 배터리(B)의 전압 영역 중에서 제1 기준 전압 이하인 전압 영역을 제1 전압 영역으로 설정하고, 제1 기준 전압을 초과하는 전압 영역을 제2 전압 영역으로 설정한 후, 제2 기준 전압 이하이고 제1 기준 전압을 초과하는 전압 영역을 제1 전압 영역으로 다시 설정할 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 프로세서(130)는 배터리(B)의 전압 "3.6V"와 "3.8V"를 각각 제1 기준 전압과 제2 기준 전압으로 설정하면, 배터리(B)의 전압 영역 중에서 제1 기준 전압 "3.6V" 이하인 전압 영역을 제1 전압 영역으로 설정하고, 제1 기준 전압 "3.6V"를 초과하는 전압 영역을 제2 전압 영역으로 설정한 후, 제2 기준 전압 "3.8V" 이하이고 제1 기준 전압 "3.6V"를 초과하는 전압 영역을 제1 기준 영역으로 다시 설정할 수 있다.
이후, 상기 프로세서(130)는 제1 전압 영역(0V 내지 3.8V)에서 배터리(B)의 충전 상태를 충방전 실험을 통해 충방전 사이클 별로 산출된 배터리(B)의 제1 충전 상태 중에서 최초 즉, 1번째 충방전 사이클에 산출된 배터리(B)의 제1 충전 상태로 추정할 수 있다.
또한, 상기 프로세서(130)는 제2 전압 영역(3.8V 초과)에서 배터리(B)의 충전 상태를 등가 회로 모델을 이용하여 실시간으로 산출된 배터리(B)의 제2 충전 상태로 추정할 수 있다.
이를 통해, 본 발명에 따른 배터리 충전 상태 추정 장치(100)는 특정 전압 영역에서 충방전 사이클 별로 제1 충전 상태 간에 차이가 미미한 제1 충전 상태의 특성과 특정 전압 영역에서 비선형적으로 산출되는 제2 충전 상태의 특성을 이용하여 오차가 최소화된 충전 상태를 추정할 수 있다.
다시 말해, 배터리 충전 상태 추정 장치(100)는 충방전 사이클 별 제1 충전 상태 중에서 1번째 충방전 사이클에서 산출된 제1 충전 상태와 다른 충방전 사이클에서 산출된 제1 충전 상태간의 차이가 미미한 전압 영역을 제1 전압 영역으로 설정하여 제1 전압 영역에서의 배터리(B)의 충전 상태를 제1 충전 상태로 추정할 수 있다. 또한, 배터리 충전 상태 추정 장치(100)는 제2 충전 상태가 비선형적으로 산출되는 전압 영역을 제외하고 선형적으로 산출되는 전압 영역을 제2 전압 영역으로 설정하여 제2 전압 영역에서의 배터리(B)의 충전 상태를 제2 충전 상태로 추정할 수 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.

Claims (10)

  1. 배터리의 전압, 전류 및 온도를 각각 측정하도록 구성된 센싱부; 및
    상기 센싱부와 동작 가능하게 결합된 프로세서;를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 배터리의 충방전 사이클 마다 측정된 상기 배터리의 전류를 통해 미리 산출된 상기 배터리의 전압에 따른 제1 충전 상태에 기초하여 제1 기준 전압을 설정하고,
    상기 배터리에 대응되는 등가 회로 모델을 이용하여 상기 배터리의 전압에 따른 제2 충전 상태를 산출하고,
    상기 제1 기준 전압을 기준으로 상기 배터리의 전압 영역을 제1 전압 영역과 제2 전압 영역으로 설정하고,
    상기 제1 전압 영역과 상기 제2 전압 영역 각각에서의 상기 배터리의 충전 상태를 상기 제1 충전 상태와 상기 제2 충전 상태 중 어느 하나로 추정하도록 구성되는 배터리 충전 상태 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 배터리의 전압 마다 상기 충방전 사이클 별로 상기 제1 충전 상태 간에 충전 상태 편차를 산출하고,
    상기 충전 상태 편차를 이용하여 상기 제1 기준 전압을 설정하는 배터리 충전 상태 추정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 충전 상태 편차가 최소인 상기 배터리의 전압을 상기 제1 기준 전압으로 설정하는 배터리 충전 상태 추정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 배터리의 전압 영역 중에서 상기 제1 기준 전압 이하인 전압 영역을 상기 제1 전압 영역으로 설정하고,
    상기 배터리의 전압 영역 중에서 상기 제1 기준 전압를 초과하는 전압 영역을 상기 제2 전압 영역으로 설정하는 배터리 충전 상태 추정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 전압 영역에서의 상기 배터리의 충전 상태를 상기 제1 충전 상태 중에서 최초 충방전 사이클에 산출된 제1 충전 상태로 추정하는 배터리 충전 상태 추정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제2 전압 영역에서의 상기 배터리의 충전 상태를 상기 제2 충전 상태로 추정하는 배터리 충전 상태 추정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제2 충전 상태에 따른 상기 배터리의 전압 변화율을 산출하고,
    상기 전압 변화율의 증감에 기초하여 제2 기준 전압을 설정하는 배터리 충전 상태 추정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 전압 변화율 이 증가하다가 감소하거나, 감소하다가 증가하는 상기 배터리의 전압을 제2 기준 전압으로 설정하는 배터리 충전 상태 추정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 배터리의 전압 영역 중에서 상기 제1 기준 전압 이하인 전압 영역을 상기 제1 전압 영역으로 설정하고,
    상기 제2 기준 전압를 초과하는 전압 영역을 상기 제2 전압 영역으로 설정하고,
    상기 제1 기준 전압을 초과하고 상기 제2 기준 전압 이하인 전압 영역을 상기 제1 전압 영역으로 더 설정하는 배터리 충전 상태 추정 장치.
  10. 상기 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 충전 상태 추정 장치;를
    포함하는 배터리 팩.
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