WO2019088746A1 - 배터리 soc 추정 장치 및 방법 - Google Patents

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WO2019088746A1
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battery
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김지일
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a technique for estimating the state of a battery, and more particularly, to an apparatus and a method for estimating a state of charge (SOC) as a state of a battery.
  • SOC state of charge
  • the secondary rechargeable batteries are nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel- The self-discharge rate is very low, and the energy density is high.
  • the state of the battery may include various factors, among which SOC information is very important information as the state information of the battery.
  • a battery is used for various mobile devices such as an automobile or a mobile phone, and it is very important to predict the usable time.
  • This SOC is a measure of how long the battery can be used, which is very important information for the user to use the device. Therefore, general battery mounting devices such as a notebook computer, a mobile phone, and a car estimates the SOC of the battery and obtains information on the available time or usable amount of the battery, and provides the information to the user.
  • the SOC of the battery is generally expressed as a percentage of the remaining capacity of the battery with respect to the full charge capacity (FCC).
  • FCC full charge capacity
  • Various methods have been used or suggested as methods for estimating the SOC of a battery up to now.
  • a typical SOC estimation method is a method of estimating the SOC using a current integration method. In this current integration method, the SOC is obtained by integrating the input / output current of the battery and adding / subtracting it from the initial capacity.
  • EKF Extended Kalman Filter
  • an apparatus for estimating a battery SOC comprising: a measurement unit for measuring status information of a battery; A first core unit for estimating a first SOC of the battery by applying a first battery modeling method based on state information of the battery measured by the measuring unit; And a second core unit for estimating a second SOC of the battery by applying a second battery modeling method different from the first battery modeling method based on state information of the battery measured by the measuring unit,
  • the two-core unit transmits the estimated second SOC to the first core unit, and the first core unit can estimate the first SOC of the battery by reflecting the second SOC transmitted by the second core unit.
  • the second battery modeling method may be a method in which the computation time is relatively long as compared with the first battery modeling method.
  • the first battery modeling method may be an electric circuit modeling method
  • the second battery modeling method may be an electrochemical modeling method
  • the first core unit may periodically receive the second SOC and reflect the second SOC in the first SOC estimation.
  • the first core unit and the second core unit periodically measure a first SOC and a second SOC, respectively, and the second core unit may periodically measure the first SOC and the second SOC at a period longer than the first SOC estimation period of the first core unit. Can be estimated.
  • the battery SOC estimating apparatus may further include an updating unit for periodically transmitting the second SOC estimation result of the second core unit to the input value of the first core unit.
  • the updating unit may receive the first SOC estimation result and the second SOC estimation result from the first core unit and the second core unit, and may transmit the most recently received estimation result to the first core unit.
  • the measuring unit may measure at least one of current, voltage, and temperature of the battery as state information of the battery.
  • a battery pack including a battery SOC estimating apparatus according to the present invention.
  • a method for estimating a battery SOC comprising: measuring status information of a battery; Estimating a first SOC of the battery by applying a first battery modeling method based on the measured state information of the battery; Estimating a second SOC of the battery by applying a second battery modeling method different from the first battery modeling method based on the measured state information of the battery; And estimating a first SOC of a next stage based on at least one of a first SOC estimated in the first SOC estimation step and a second SOC estimated in the second SOC estimation step.
  • the SOC estimation performance of the battery can be further improved by using the multicore.
  • a plurality of cores can estimate the SOC using different battery modeling methods and compensate the estimation result.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a functional configuration of a battery SOC estimating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an operation between respective components of a battery SOC estimating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view schematically showing the configuration and operation of a battery SOC estimating apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a reception time point of a first SOC and a reception time point of a second SOC in an updating unit in a battery SOC estimating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart schematically illustrating a method of estimating a battery SOC according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a functional configuration of a battery SOC estimating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the operation of each component of the battery SOC estimating apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
  • the battery SOC estimating apparatus may include a measuring unit 300, a first core unit 100, and a second core unit 200.
  • the measurement unit 300 can measure the state information of the battery.
  • the state information of the battery may mean various information related to the physical or chemical state of the battery. Further, the measurement unit 300 may be information that can be directly measured through a sensor or the like.
  • the measurement unit 300 may measure the current of the battery as state information of the battery. That is, the measuring unit 300 can measure the magnitude of the charging current flowing through the charging / discharging path of the battery or the magnitude of the discharging current when the battery is charged or discharged. In this case, the measuring unit 300 can measure the current of the battery using a current sensor provided in the battery.
  • the measuring unit 300 can measure the voltage of the battery as state information of the battery.
  • the measurement unit 300 may measure the terminal voltage of the battery or the terminal voltage of the secondary battery.
  • the battery may include a plurality of secondary batteries.
  • the measuring unit 300 may measure the voltage across both ends of the entire secondary battery, or may measure the voltage across both ends of some secondary batteries.
  • the measuring unit 300 can measure the temperature of the battery as state information of the battery.
  • the battery may include a temperature sensing element such as a thermistor, and the measurement unit 300 may measure the temperature of the battery through the temperature sensing element.
  • the measuring unit 300 can measure the temperature of the outside or inside of the battery.
  • the measuring unit 300 can measure the temperature of the secondary battery provided in the battery.
  • the measuring unit 300 may measure at least one of current, voltage, and temperature of the battery as state information of the battery.
  • the measurement unit 300 may transmit the measured status information to the first core unit 100 and the second core unit 200 by measuring the status information of the battery. That is, the result of the state information measurement by the measurement unit 300 can be input to the input terminals of the first core unit 100 and the second core unit 200, as indicated by arrows a11 and a21 in Fig. 2 .
  • the status information transmitted to the first core unit 100 and the status information transmitted to the second core unit 200 may be the same information or different information.
  • the measurement unit 300 may transmit the current, voltage, and temperature measurement results of the battery to both the first core unit 100 and the second core unit 200.
  • the first core unit 100 and the second core unit 200 can receive the battery status information measured by the measurement unit 300, respectively (a11 and a21 in FIG. 2).
  • the first core portion 100 and the second core portion 200 may be formed of different cores.
  • the first core portion 100 and the second core portion 200 may be different cores provided in one single integrated circuit. Therefore, the battery SOC estimating apparatus according to the present invention may be an apparatus including a multicore.
  • the battery SOC estimating apparatus according to the present invention may be implemented as a battery management system (BMS) of a battery.
  • BMS battery management system
  • the first core unit 100 and the second core unit 200 may be a MCU Micro Controller Unit).
  • the first core unit 100 and the second core unit 200 may respectively estimate the SOC of the battery based on the battery state information received from the measurement unit 300.
  • the SOC of the battery means a state of charge of the battery. That is, the first core unit 100 and the second core unit 200 can separately estimate the state of charge of the battery through each calculation process.
  • the first core unit 100 and the second core unit 200 may use battery modeling in estimating the SOC of the battery.
  • the first core unit 100 and the second core unit 200 can estimate the SOC of the battery using different modeling methods.
  • the battery modeling method used by the first core unit 100 is referred to as a first battery modeling method
  • the battery modeling method used by the second core unit 200 is referred to as a first battery modeling method It is referred to as a second battery modeling method.
  • the first battery modeling method and the second battery modeling method are battery modeling methods used for estimating the state of a battery having a nonlinear characteristic and may include various modeling methods included at the time of filing of the present invention.
  • a battery modeling method may include an electric circuit model, an electrochemical model, an analytical model, and a stochastic model.
  • Each battery modeling method is widely known at the time of filing of the present invention, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the first battery modeling method and the second battery modeling method may be different from each other. That is, the first core unit 100 and the second core unit 200 may estimate the SOC using different battery modeling methods.
  • the first core unit 100 can estimate the SOC of the battery by applying the first battery modeling method based on the battery state information measured by the measuring unit 300 Arrow a12).
  • the SOC of the battery estimated by the first core unit 100 is referred to as a first SOC in this specification. That is, the first core unit 100 may estimate the first SOC using the first battery modeling method.
  • the first core unit 100 may use a recursive function in estimating the first SOC. That is, the first core unit 100 may estimate the current first SOC value using the first SOC estimation value estimated in the previous step. For example, the first core unit 100 calculates a first SOC by causing the first SOC estimation value to be fed back as an input value of the first core unit 100, as indicated by an arrow a13 in Fig. 2 Can be used. That is, the first core unit 100 can estimate the first SOC value of the next step using the first SOC estimation result of the previous step.
  • the second core unit 200 can estimate the SOC of the battery by applying the second battery modeling method based on the state information of the battery measured by the measuring unit 300 ). At this time, the SOC of the battery estimated by the second core unit 200 is referred to as a second SOC in this specification. That is, the second core unit 200 can estimate the second SOC using the second battery modeling method.
  • the second core unit 200 can use the first SOC in estimating the second SOC. That is, as indicated by an arrow a14 in FIG. 2, the first core unit 100 can transmit the result to the second core unit 200 when the first SOC is estimated, and the second core unit 200 The second SOC can be estimated based on the first SOC transmitted together. For example, the second core unit 200 can calculate the current second SOC estimation value based on the first SOC estimation value calculated in the past.
  • the second core unit 200 may transmit the estimated second SOC to the first core unit 100.
  • the first core unit 100 may estimate the first SOC of the battery by reflecting the second SOC transmitted by the second core unit 200 as described above.
  • the second core unit 200 estimates the second SOC through the second battery modeling method, as shown by an arrow a23 in FIG. 2, the second core unit 200 outputs the second SOC estimation value to the first core Can be input to the input terminal of the unit 100 as an input parameter. Then, the first core unit 100 can estimate the first SOC using the input second SOC estimation value. The estimation result of the first SOC thus estimated can be output as the current final SOC estimation value (arrow a12 in Fig. 2). In other words, if the first SOC is estimated by reflecting the estimation result of the second SOC, the estimation result of the first SOC may be determined as the final SOC estimation value of the battery.
  • the final SOC estimation value of the battery thus determined may be stored in the battery SOC estimating device itself or may be provided to another external device such as an ECU of a vehicle.
  • the final SOC estimation value of the battery provided as described above may be used to estimate the SOC of the battery thereafter or may be used as an application for providing relevant information to a user or the like.
  • the second battery modeling method may have a relatively long operation time compared to the first battery modeling method. That is, assuming that the core of the same performance is used, the first battery modeling method has a relatively short computation time as compared with the second battery modeling method. In other words, the second battery modeling method is more accurate than the first battery modeling method in that the calculation is complicated. In the case of the battery modeling method, if the calculation is complicated, it takes a long time and takes a lot of operation load, but the accuracy is usually high.
  • the second core part 200 can estimate the SOC by employing a battery modeling method that is relatively accurate compared to the first core part 100. [ Therefore, the second core unit 200 can estimate the SOC closer to the actual value than the first core unit 100. [
  • the first core unit 100 may use an electric circuit model as the first battery modeling method
  • the second core unit 200 may use an electrochemical model as the second battery modeling method.
  • the electric circuit model is a method of modeling the input and output characteristics of the battery through the configuration of the electric circuit, and can be implemented by changing the device configuration according to the type of the battery.
  • an electrical circuit model can be implemented through modeling of an equivalent circuit.
  • the electric circuit model has an advantage that the computation process is relatively simple, the time required for the computation is not long, and the computation load does not need much.
  • such an electric circuit model has a problem that accuracy is somewhat low.
  • the electrochemical model is a method of modeling the characteristics of a battery based on a chemical action occurring inside the battery.
  • a representative example of such an electrochemical model is a DFN (Doyle-Fuller-Newman) model.
  • the DFN model can model the temporal and spatial variation of the lithium ion concentration in the porous electrode, the potential, the intercalation kinetic, and the current density between the solid phase and the electrolyte phase.
  • Such an electrochemical model has the advantage that the accuracy is very high.
  • the second core unit 200 can obtain an accurate SOC estimation value (second SOC) using an electrochemical model such as a DFN model.
  • the first core part 100 reflects the SOC estimation result (second SOC) of the second core part 200 having such high accuracy to the input parameter so as to increase the accuracy of the SOC (first SOC) estimation have.
  • the first core unit 100 may periodically receive the second SOC. That is, the second core unit 200 may periodically transmit the estimation result of the second SOC to the first core unit 100.
  • the first core unit 100 may estimate the first SOC by reflecting the second SOC thus transmitted.
  • the first core unit 100 may periodically receive the second SOC value from the second core unit 200 as indicated by an arrow a23 in FIG. 2.
  • the first SOC value can be estimated using the second SOC value.
  • the first core unit 100 recognizes the second SOC value transmitted from the second core unit 200 as the actual SOC value of the battery or a value close thereto, and corrects the first SOC value based on the actual SOC value can do.
  • the second SOC value transmitted from the second core unit 200 may have a higher accuracy than the first SOC value estimated by the first core unit 100.
  • the first core unit 100 periodically receives the second SOC value with high accuracy and reflects the second SOC value to the SOC estimation. Therefore, the first core unit 100 can periodically prevent the error of the first SOC estimation from increasing, thereby improving the accuracy of the SOC estimation.
  • the first core unit 100 may periodically measure the first SOC. For example, the first core unit 100 may measure the first SOC once every T1 (first period). At this time, the first core unit 100 may feedback the first SOC measured in the previous step (period) and estimate the first SOC of the current step (period) based on the feedback.
  • the second core unit 200 may periodically measure the second SOC. For example, the second core unit 200 may measure the second SOC once every T2 (second period).
  • the second core unit 200 may estimate the second SOC at a period longer than the first SOC estimation period of the first core unit 100. That is, the second period T2 of the second core part 200 may be longer than the first period T1 of the first core part 100.
  • the second core unit 200 estimates the second SOC at a longer cycle, for example, every 3s Lt; / RTI > In this case, the second core unit 200 can transmit the second SOC estimation result to the first core unit 100 every 3 s. Then, the first core unit 100 estimates the first SOC using the self-calculated past value every 0.2s, and uses the second SOC calculated by the second core unit 200 once every 3s So that the first SOC can be estimated. That is, the first core unit 100 can estimate the SOC every 0.2s, provide the result, and correct the SOC estimation result to be close to the actual value once every 3s.
  • the efficiency of SOC estimation can be further improved by configuring the inter-core periods for estimating the SOC differently.
  • it is possible to prevent the overload from being applied to the cores by lengthening the period of the modeling method in which computation is complicated and load is heavy.
  • the SOC estimation can be updated quickly. This, in turn, can improve the accuracy of SOC estimation.
  • the first core unit 100 estimates the SOC as a fast and low computational load through a relatively simple battery modeling method, and estimates the SOC at a relatively low accuracy through the second core unit 200 It can be supplemented periodically.
  • the second core part 200 uses a relatively complicated battery modeling method as compared with the first core part 100. For example, when the second core unit 200 uses an electrochemical model, it is necessary to calculate partial differential equations, ordinary differential equations, and the like. Since the second core unit 200 is very complicated mathematically, have. However, since the operation period for the electrochemical model is long, the calculation load on the second core unit 200 can be reduced.
  • the operation period of the second core unit 200 is extended, it is possible to prevent excessive power consumption by the second core unit 200.
  • the battery SOC estimating apparatus may further include an updating unit 400 as shown in FIG.
  • the updating unit 400 may periodically transmit the second SOC estimation result of the second core unit 200 to the input value of the first core unit 100. [ For example, the updating unit 400 may input the second SOC estimation result to the first core unit 100 every 3s. The operation of the updating unit 400 will be described in more detail with reference to FIG.
  • FIG. 3 is a view schematically showing the configuration and operation of a battery SOC estimating apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the differences from the previous embodiment will be mainly described, and the detailed description of the parts that can be equally or similarly applied to the description of the preceding embodiments will be omitted.
  • state information of a battery such as a voltage V, a current I, a temperature T, and the like may be input to the second core unit 200 to calculate a second SOC.
  • the second SOC thus calculated can be input to the updating unit 400 as indicated by an arrow b2 in Fig.
  • the updating unit 400 may transmit the second SOC value input from the second core unit 200 as an input value of the first core unit 100, as indicated by an arrow b3 in FIG. 3 . Accordingly, the first core unit 100 may use the second SOC value input by the updating unit 400 to estimate the first SOC in the next step.
  • the updating unit 400 may transmit an operation result of the first SOC. That is, when the first core unit 100 calculates the first SOC, the first core unit 100 can transmit the first SOC calculation result to the updating unit 400 as indicated by b1 in FIG. 3 have. Then, the updating unit 400 transmits the first SOC calculation result to the input value of the first core unit 100 (b3). Then, the first core unit 100 calculates the next SOC based on the SOC of the previous step It is possible to estimate the SOC of the step.
  • the updating unit 400 may receive the first SOC estimation result of the first core unit 100 and the second SOC estimation result of the second core unit 200 together. In this case, the updating unit 400 may transmit the most recently received estimation result to the first core unit 100. This will be described in more detail with reference to FIG.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a reception time point of a first SOC and a reception time point of a second SOC in the updating unit 400 in a battery SOC estimating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the horizontal line is the time axis, and an arrow located at the upper side with respect to this time axis indicates reception of the first SOC and an arrow positioned at the lower side indicates reception of the second SOC. That is, c1 to c5 represent the reception time of the first SOC for the updating unit 400, and d1 represents the reception time of the second SOC for the updating unit 400.
  • the first SOC estimation value is updated (C1 to c5).
  • the updating unit 400 updates the second SOC estimation result as updating information Can be input to the first core unit 100.
  • the updating unit 400 may transmit the second SOC estimation result d1 to the first core unit 100 and may be used to estimate the first SOC of the next step.
  • the second SOC estimation result may be based on a battery modeling method with higher accuracy than the first SOC estimation result. In this case, the second SOC estimation result may be a value closer to the actual value than the first SOC estimation result at the same time have.
  • the updating unit 400 transmits only the first SOC estimation result or the second SOC estimation result to the first core unit 100 in the above embodiment, but is not limited to the examples.
  • the updating unit 400 may derive a new value using both the first SOC estimation result and the second SOC estimation result, and input the derived value to the first core unit 100 as updating information have.
  • the updating unit 400 updates the second SOC estimation result with the latest SOC estimation result
  • the updating information to be transmitted to the first core unit 100 can be configured. That is, the updating unit 400 derives a new SOC value (updating SOC) using the most recently received value of the first SOC estimation result and the latest SOC estimation result of the first SOC estimation result .
  • the updating unit 400 transmits the updated SOC value thus derived to the first core unit 100.
  • the second SOC estimation result from the second core unit 200 is the last time point at which the second SOC estimation result is transmitted to the updating unit 400
  • a new SOC estimation result can be derived together with the updated SOC by using it together.
  • the updating unit 400 may input the updated SOC thus obtained to the first core unit 100 as updating information.
  • the accuracy of the SOC estimation by the first core unit 100 can be improved by reflecting the second SOC estimation result having a relatively high accuracy Can be improved.
  • the updating unit 400 may assign different weights according to the time difference between the reception time of the first SOC and the reception time of the second SOC. For example, as the time difference between the reception time of the first SOC and the reception time of the second SOC is greater, the updating unit 400 may less reflect the estimation result of the second SOC received before the first SOC.
  • the updating SOC is configured to reflect the second estimated SOC at the earliest, but the reliability is different according to the estimated time of the second SOC, so that the SOC can be more accurately estimated.
  • the voltage V, the current I, and the temperature T are shown as the input values of the first core portion 100 and the second core portion 200.
  • Various input factors other than V, I, and T may be input to the first core unit 100 and the second core unit 200 in order to estimate SOC using battery modeling.
  • the initial values such as the size of a single cell, a diffusion coefficient, an initial concentration, etc., other than V, I, Can be input.
  • the battery SOC estimating apparatus may further include a memory unit 500, as shown in FIG.
  • the memory unit 500 may store various information necessary for each component of the battery SOC estimating apparatus according to the present invention, information derived from each operation, and the like.
  • the memory unit 500 may store the first SOC estimation result by the first core unit 100, the second SOC estimation result by the second core unit 200, the battery SOC by the measurement unit 300, State information measurement results, and the like.
  • the memory unit 500 may store various information necessary for the first core unit 100 and / or the second core unit 200 to derive the SOC.
  • the first core unit 100 and the second core unit 200 can calculate the SOC through different battery modeling schemes.
  • the memory unit 500 may include the first core unit 100 and the second core unit 200,
  • the two-core unit 200 may store various information necessary for performing battery modeling in order to calculate the SOC.
  • the memory unit 500 may store various specification information of the battery to which the battery SOC estimating device is applied.
  • the memory unit 500 stores the information thus stored into the respective components of the battery SOC estimating apparatus according to the present invention such as the first core unit 100, the second core unit 200, and the updating unit 400 ).
  • the electric circuit model is used as the first battery modeling method and the electrochemical model is used as the second battery modeling method.
  • the first core part 100 and the second core Unit 200 may estimate the SOC using various other battery modeling schemes.
  • the first core unit 100 and the second core unit 200 may include a first battery modeling system and a second battery modeling system, which are selected from among electric circuit models, electrochemical models, analytical models, and chemical models, Modeling methods can be used.
  • the second core unit 200 can use a battery modeling method with high accuracy even though the computation is complicated compared to the first core unit 100 and the time required for the calculation is long.
  • the first core unit 100 may use an electric circuit model as a first battery modeling method
  • the second core unit 200 may use a probabilistic model as a second battery modeling method.
  • the battery SOC estimating apparatus may be included in a battery management apparatus (BMS) included in a battery pack. That is, the battery management apparatus according to the present invention may include the above-described battery SOC estimating apparatus according to the present invention.
  • the MCU of the BMS may be configured as a multicore having at least two cores, and the first core unit 100 and the second core unit 200 may be implemented by different cores of the MCU have.
  • the battery pack according to the present invention may include the battery SOC estimating apparatus according to the present invention described above.
  • the battery SOC estimating device may be included in the BMS included in the battery pack or a separate device.
  • the battery pack according to the present invention may further include an electric field plate on which various electrical components such as a relay and a fuse are mounted, a battery module formed by stacking a plurality of secondary batteries, A pack case, and the like.
  • the automobile according to the present invention may include the battery SOC estimating apparatus according to the present invention described above.
  • the battery SOC estimating device may be included in the battery pack.
  • at least a part of the battery SOC estimating device may be implemented as another device provided outside the battery pack.
  • FIG. 5 is a flowchart schematically illustrating a method of estimating a battery SOC according to an embodiment of the present invention.
  • the execution subject of each step may be each component of the above-described battery SOC estimating apparatus.
  • the state information of the battery can be measured first (S110).
  • the status information of the battery may include current, voltage, temperature, etc. of the battery.
  • the first SOC of the battery may be estimated by applying the first battery modeling method based on the battery state information measured in step S110 (S120).
  • the second SOC of the battery may be estimated by applying the second battery modeling method based on the battery state information measured in step S110 (S130).
  • the second battery modeling method may be a battery model different from the first battery modeling method.
  • the second battery modeling method is relatively complicated in operation and takes a long time to calculate, compared to the first battery modeling method, but can be a method in which accuracy in SOC estimation is relatively high.
  • the step S 120 may estimate the first SOC using the electric circuit model
  • the step S 130 may estimate the second SOC using the electrochemical model.
  • the first SOC of the next step may be estimated based on at least one of the first SOC estimated in step S120 and the second SOC estimated in step S130 (step S140).
  • the step S 140 may be used to periodically receive the second SOC estimated in step S 130 and estimate the first SOC of the next step.
  • steps S120 and S130 may be performed periodically. At this time, the second SOC estimation period in step S130 may be longer than the first SOC estimation period in step S120.
  • the first SOC of the next step may be estimated using the latest estimated value, that is, the latest estimated value, of the first SOC estimated in step S120 and the second estimated SOC estimated in step S130 have.

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Abstract

본 발명은 배터리의 SOC를 효율적으로 추정할 수 있는 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 SOC 추정 장치는, 배터리의 상태 정보를 측정하는 측정부; 상기 측정부에 의해 측정된 배터리의 상태 정보를 기초로, 제1 배터리 모델링 방식을 적용하여 배터리의 제1 SOC를 추정하는 제1 코어부; 및 상기 측정부에 의해 측정된 배터리의 상태 정보를 기초로, 상기 제1 배터리 모델링 방식과 다른 제2 배터리 모델링 방식을 적용하여 상기 배터리의 제2 SOC를 추정하는 제2 코어부를 포함하고, 상기 제2 코어부는, 추정된 제2 SOC를 제1 코어부로 전송하고, 상기 제1 코어부는, 상기 제2 코어부에 의해 전송된 제2 SOC를 반영하여 상기 배터리의 제1 SOC를 추정할 수 있다.

Description

배터리 SOC 추정 장치 및 방법
본 출원은 2017년 11월 1일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2017-0144925호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리의 상태를 추정하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리의 상태로서 SOC(State Of Charge; 충전 상태)를 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높다는 등의 여러 장점으로 인해 각광을 받고 있다.
특히, 최근에는 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 대한 수요가 점차 증가하고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전 에너지를 이용하여 차량 구동력을 얻기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 많은 소비자들에게 좋은 반응을 얻고 있다. 따라서, 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 핵심적 부품인 차량용 배터리에 보다 많은 관심과 연구가 집중되고 있다.
이러한 배터리에 대하여 가장 중요한 이슈 중 하나는, 배터리의 현재 상태를 정확하게 파악하는 것이다. 배터리의 상태에는 여러 가지 팩터가 포함될 수 있는데, 그 중 SOC 정보는 배터리의 상태 정보로서 매우 중요한 정보라 할 수 있다.
통상적으로, 배터리는 자동차나 휴대폰 등과 같이 각종 이동성 장치에 사용되는 것으로, 사용 가능 시간을 예측하는 것이 매우 중요하다. 이러한 SOC는 배터리가 어느 정도의 시간만큼 사용 가능한지 가늠하는 척도가 되므로 사용자가 해당 장치를 사용하는데 있어서 매우 중요한 정보라 할 수 있다. 때문에 노트북이나 휴대폰, 자동차 등의 일반적인 배터리 장착 장치들은 배터리의 SOC를 추정하고 그로부터 배터리의 사용 가능 시간이나 사용 가능량 등의 정보를 파악하여 사용자에게 제공한다.
배터리의 SOC는 배터리의 만충전 용량(FCC, Full Charge Capacity)에 대한 잔량을 백분율로 표시하는 형태가 일반적이다. 지금까지 배터리의 SOC를 추정하는 방법으로서 다양한 방식이 이용 또는 제시되고 있다. 대표적인 SOC 추정 방식은 전류 적산법을 이용하여 SOC를 추정하는 방식이라고 할 수 있다. 이러한 전류 적산 방식은, 배터리의 입출력 전류를 적산하고 초기 용량에서 가감함으로써 SOC를 구하는 형태이다.
그런데, 이러한 전류 적산 방식의 경우 배터리의 충방전 경로에 설치된 전류 센서를 통해 측정된 전류에 의해 SOC가 추정되기 때문에, 전류 센서의 정확한 센싱이 매우 중요하다고 할 수 있다. 하지만, 전류 센서의 경우, 오작동이나 퇴화 등의 원인으로 인해 실제 전류와 전류 측정값에 차이를 발생시킬 수 있다. 따라서, 종래 전류 적산 방식에 의할 경우, 전류 센서의 상황에 따라 SOC 추정값의 정확성이 떨어질 수 있다.
최근에는 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter; EKF)를 이용하여 배터리의 SOC 등을 추정하는 기술이 제안되고 있다. 그런데, 일반적으로 이러한 확장 칼만 필터를 이용한 SOC의 추정은 배터리 모델링 방식으로서 전기 회로 모델(Electrical Circuit Model)을 이용하고 있다. 하지만 이러한 전기 회로 모델의 경우, 정확성 측면에서 다소 높은 에러율을 보이고 있다. 그리고, 확장 칼만 필터를 이용할 경우, 오차 발생 시 실제값에 수렴하기 위해서는 게인(Gain)값에 의존하기 때문에, 오차율이 클 때에는 수렴에 많은 시간이 걸리게 되는 문제가 있다.
또한, 배터리의 SOC를 추정하기 위해 이러한 전기 회로 모델 이외에 다른 여러 가지 배터리 모델링 방식이 제안되고 있다. 하지만, 각각의 모델링 방식은 정확성이 높으면 연산이 복잡하여 연산에 시간이 오래 소요되고 연산 장치에 부하가 많이 걸리는 반면, 연산이 간단하면 정확성이 떨어지는 등의 문제가 명확하게 존재한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 정확성이 높으면서도 연산 부하 및 시간이 감소될 수 있는 배터리 SOC 추정 장치 및 방법, 그리고 이러한 장치를 포함하는 배터리 팩을 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 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 SOC 추정 장치는, 배터리의 상태 정보를 측정하는 측정부; 상기 측정부에 의해 측정된 배터리의 상태 정보를 기초로, 제1 배터리 모델링 방식을 적용하여 배터리의 제1 SOC를 추정하는 제1 코어부; 및 상기 측정부에 의해 측정된 배터리의 상태 정보를 기초로, 상기 제1 배터리 모델링 방식과 다른 제2 배터리 모델링 방식을 적용하여 상기 배터리의 제2 SOC를 추정하는 제2 코어부를 포함하고, 상기 제2 코어부는, 추정된 제2 SOC를 제1 코어부로 전송하고, 상기 제1 코어부는, 상기 제2 코어부에 의해 전송된 제2 SOC를 반영하여 상기 배터리의 제1 SOC를 추정할 수 있다.
여기서, 제2 배터리 모델링 방식은, 상기 제1 배터리 모델링 방식에 비해 연산 소요 시간이 상대적으로 긴 방식일 수 있다.
또한, 제1 배터리 모델링 방식은 전기 회로 모델링 방식이고, 제2 배터리 모델링 방식은 전기 화학 모델링 방식일 수 있다.
또한, 상기 제1 코어부는, 상기 제2 SOC를 주기적으로 전송받아, 제1 SOC 추정에 반영할 수 있다.
또한, 상기 제1 코어부와 상기 제2 코어부는, 각각 제1 SOC와 제2 SOC를 주기적으로 측정하되, 상기 제2 코어부는, 상기 제1 코어부의 제1 SOC 추정 주기보다 긴 주기로 제2 SOC를 추정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 SOC 추정 장치는, 상기 제2 코어부의 제2 SOC 추정 결과를 상기 제1 코어부의 입력값으로 주기적으로 전달하는 업데이팅부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 업데이팅부는, 상기 제1 코어부 및 상기 제2 코어부로부터 제1 SOC 추정 결과 및 제2 SOC 추정 결과를 수신하고, 가장 최근에 수신된 추정 결과를 제1 코어부로 전송할 수 있다.
또한, 상기 측정부는, 상기 배터리의 상태 정보로서, 상기 배터리의 전류, 전압 및 온도 중 적어도 하나를 측정할 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 SOC 추정 장치를 포함할 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 SOC 추정 방법은, 배터리의 상태 정보를 측정하는 단계; 상기 측정된 배터리의 상태 정보를 기초로, 제1 배터리 모델링 방식을 적용하여 배터리의 제1 SOC를 추정하는 단계; 상기 측정된 배터리의 상태 정보를 기초로, 상기 제1 배터리 모델링 방식과 다른 제2 배터리 모델링 방식을 적용하여 상기 배터리의 제2 SOC를 추정하는 단계; 및 상기 제1 SOC 추정 단계에서 추정된 제1 SOC 및 상기 제2 SOC 추정 단계에서 추정된 제2 SOC 중 적어도 하나를 기초로, 다음 단계의 제1 SOC를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 멀티 코어를 이용하여 배터리의 SOC 추정 성능이 더욱 향상될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 다수의 코어가 서로 다른 배터리 모델링 방식으로 SOC를 추정하고 추정 결과가 보완되도록 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리의 SOC 추정에 대한 신속성과 정확성이 함께 확보되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 적어도 일부 코어의 연산 주기를 조절함으로써 특정 코어나 이를 포함하는 MCU 등의 연산 장치에 큰 무리가 가지 않도록 할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 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 SOC 추정 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 SOC 추정 장치의 각 구성요소 간 동작을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 SOC 추정 장치의 구성과 동작을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 SOC 추정 장치에서, 업데이팅부에 대한 제1 SOC의 수신 시점 및 제2 SOC의 수신 시점을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 SOC 추정 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
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 안 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 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 SOC 추정 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 또한, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 SOC 추정 장치의 각 구성요소 간 동작을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 SOC 추정 장치는, 측정부(300), 제1 코어부(100) 및 제2 코어부(200)를 포함할 수 있다.
상기 측정부(300)는, 배터리의 상태 정보를 측정할 수 있다. 여기서 배터리의 상태 정보란 배터리의 물리적 또는 화학적 상태와 관련된 다양한 정보를 의미할 수 있다. 더욱이, 상기 측정부(300)는, 센서 등을 통해 직접적으로 측정이 가능한 정보일 수 있다.
예를 들어, 상기 측정부(300)는, 배터리의 상태 정보로서 배터리의 전류를 측정할 수 있다. 즉, 상기 측정부(300)는, 배터리의 충전 또는 방전 시, 배터리의 충방전 경로에 흐르는 충전 전류의 크기 또는 방전 전류의 크기를 측정할 수 있다. 이 경우, 상기 측정부(300)는, 배터리에 구비된 전류 센서를 이용하여 배터리의 전류를 측정할 수 있다.
또한, 상기 측정부(300)는, 배터리의 상태 정보로서 배터리의 전압을 측정할 수 있다. 여기서, 상기 측정부(300)는 배터리의 단자 전압 또는 이차 전지의 단자 전압을 측정할 수 있다. 특히, 배터리에는 다수의 이차 전지가 포함될 수 있다. 이 경우, 측정부(300)는, 전체 이차 전지의 양단 전압을 측정할 수도 있고, 일부 이차 전지의 양단 전압을 측정할 수도 있다.
또한, 상기 측정부(300)는, 배터리의 상태 정보로서 배터리의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 배터리에는 써미스터와 같은 온도 센싱 소자가 포함될 수 있으며, 상기 측정부(300)는 이러한 온도 센싱 소자를 통해 배터리의 온도를 측정할 수 있다. 특히, 상기 측정부(300)는, 배터리의 외부 또는 내부 온도를 측정할 수 있다. 이를테면, 상기 측정부(300)는, 배터리의 내부에 구비된 이차 전지의 온도를 측정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 측정부(300)는, 배터리의 상태 정보로서, 이러한 배터리의 전류, 전압 및 온도 중 적어도 하나를 측정할 수 있다.
상기 측정부(300)는, 이와 같이 배터리의 상태 정보를 측정하면, 측정된 상태 정보를 제1 코어부(100) 및 제2 코어부(200)로 전송할 수 있다. 즉, 측정부(300)에 의한 상태 정보 측정 결과는, 도 2에서 화살표 a11 및 a21로 표시된 바와 같이, 제1 코어부(100) 및 제2 코어부(200)의 입력 단자로 입력될 수 있다. 이때, 제1 코어부(100)로 전송되는 상태 정보와 제2 코어부(200)로 전송되는 상태 정보는 서로 동일한 정보일 수도 있고, 서로 다른 정보일 수도 있다. 예를 들어, 상기 측정부(300)는, 배터리의 전류, 전압 및 온도 측정 결과를 제1 코어부(100)와 제2 코어부(200)에 모두 전송할 수 있다.
상기 제1 코어부(100)와 상기 제2 코어부(200)는, 측정부(300)에 의해 측정된 배터리의 상태 정보를 각각 수신할 수 있다(도 2의 a11, a21). 특히, 제1 코어부(100)와 제2 코어부(200)는, 서로 다른 코어로 구성될 수 있다. 더욱이, 제1 코어부(100)와 제2 코어부(200)는, 하나의 단일 집적 회로에 구비된 서로 다른 코어일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 SOC 추정 장치는, 멀티 코어를 포함하는 장치라 할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 배터리 SOC 추정 장치는, 배터리의 BMS(Battery Management System)로서 구현될 수 있는데, 이때 제1 코어부(100)와 제2 코어부(200)는, BMS의 MCU(Micro Controller Unit)에 구비된 멀티 코어라 할 수 있다.
상기 제1 코어부(100)와 제2 코어부(200)는, 측정부(300)로부터 수신된 배터리의 상태 정보를 기초로 배터리의 SOC를 각각 추정할 수 있다. 여기서, 배터리의 SOC는, 배터리의 충전 상태(State Of Charge)를 의미한다. 즉, 제1 코어부(100)와 제2 코어부(200)는, 각각의 연산 과정을 통해 배터리의 충전 상태를 별도로 추정할 수 있다.
이때, 상기 제1 코어부(100)와 상기 제2 코어부(200)는, 배터리의 SOC를 추정함에 있어서, 배터리 모델링을 이용할 수 있다. 특히, 상기 제1 코어부(100)와 상기 제2 코어부(200)는, 서로 다른 모델링 방식을 이용하여 배터리의 SOC를 추정할 수 있다. 본 명세서에서는, 각 모델링 방식을 구분하기 위해, 제1 코어부(100)에 의해 이용된 배터리 모델링 방식을 제1 배터리 모델링 방식이라 하고, 제2 코어부(200)에 의해 이용된 배터리 모델링 방식을 제2 배터리 모델링 방식이라 한다.
이러한 제1 배터리 모델링 방식과 제2 배터리 모델링 방식은, 비선형적인 특성을 가지는 배터리의 상태를 추정하기 위해 이용되는 배터리 모델링 방법으로서, 본 발명의 출원 시점에 포함된 다양한 모델링 방식이 포함될 수 있다. 예를 들어, 이러한 배터리 모델링 방식에는, 전기 회로 모델(Electrical Circuit Model), 전기 화학 모델(Electrochemical Model), 분석적 모델(Analytical Model) 및 확률적 모델(Stochastic Model) 등이 포함될 수 있다. 각각의 배터리 모델링 방식은 본 발명의 출원 시점에 널리 알려져 있으므로, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에서, 제1 배터리 모델링 방식과 제2 배터리 모델링 방식은 서로 다른 방식이라 할 수 있다. 즉, 상기 제1 코어부(100)와 상기 제2 코어부(200)는, 서로 다른 배터리 모델링 방식을 이용하여 SOC를 추정한다고 할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 코어부(100)는, 측정부(300)에 의해 측정된 배터리의 상태 정보를 기초로, 제1 배터리 모델링 방식을 적용하여 배터리의 SOC를 추정할 수 있다(도 2의 화살표 a12). 이때, 제1 코어부(100)에 의해 추정된 배터리의 SOC는, 본 명세서에서 제1 SOC라 한다. 즉, 제1 코어부(100)는, 제1 배터리 모델링 방식을 이용하여 제1 SOC를 추정한다고 할 수 있다.
더욱이, 상기 제1 코어부(100)는, 제1 SOC를 추정함에 있어서, 재귀 함수를 이용할 수 있다. 즉, 상기 제1 코어부(100)는, 이전 단계에서 추정된 제1 SOC 추정값을 이용하여 현재의 제1 SOC값을 추정할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 코어부(100)는, 도 2에서 화살표 a13으로 표시된 바와 같이, 제1 SOC 추정값이 제1 코어부(100)의 입력값으로서 피드백되도록 함으로써, 제1 SOC를 연산하는데 이용할 수 있다. 즉, 제1 코어부(100)는, 이전 단계의 제1 SOC 추정 결과를 이용하여 다음 단계의 제1 SOC값을 추정할 수 있다.
또한, 제2 코어부(200)는, 측정부(300)에 의해 측정된 배터리의 상태 정보를 기초로, 제2 배터리 모델링 방식을 적용하여 배터리의 SOC를 추정할 수 있다(도 2의 화살표 a22). 이때, 제2 코어부(200)에 의해 추정된 배터리의 SOC는, 본 명세서에서 제2 SOC라 한다. 즉, 제2 코어부(200)는, 제2 배터리 모델링 방식을 이용하여 제2 SOC를 추정한다고 할 수 있다.
한편, 제2 코어부(200)는, 제2 SOC를 추정함에 있어서 제1 SOC를 이용할 수 있다. 즉, 도 2에서 화살표 a14로 표시된 바와 같이, 제1 코어부(100)는 제1 SOC를 추정하면 해당 결과를 제2 코어부(200)로 전송할 수 있으며, 제2 코어부(200)는 이와 같이 전송된 제1 SOC를 기초로 제2 SOC를 추정할 수 있다. 예를 들어, 제2 코어부(200)는, 과거에 연산된 제1 SOC 추정값을 기초로 현재의 제2 SOC 추정값을 연산할 수 있다.
상기 제2 코어부(200)는, 추정된 제2 SOC를 제1 코어부(100)로 전송할 수 있다. 그리고, 제1 코어부(100)는, 이처럼 제2 코어부(200)에 의해 전송된 제2 SOC를 반영하여 배터리의 제1 SOC를 추정할 수 있다.
즉, 제2 코어부(200)가 제2 배터리 모델링 방식을 통해 제2 SOC를 추정하면, 도 2에서 화살표 a23으로 표시된 바와 같이, 제2 코어부(200)는 제2 SOC 추정값을 제1 코어부(100)의 입력 단자에 입력 파라미터로서 입력시킬 수 있다. 그러면, 제1 코어부(100)는, 이와 같이 입력된 제2 SOC 추정값을 이용하여 제1 SOC를 추정할 수 있다. 그리고, 이와 같이 추정된 제1 SOC의 추정 결과는, 현재의 최종 SOC 추정값으로서 출력될 수 있다(도 2의 화살표 a12). 다시 말해, 제2 SOC의 추정 결과를 반영하여 제1 SOC가 추정되면, 이러한 제1 SOC의 추정 결과가 배터리의 최종 SOC 추정값으로서 결정될 수 있다. 그리고, 이와 같이 결정된 배터리의 최종 SOC 추정값은, 배터리 SOC 추정 장치에 자체적으로 저장되거나 외부의 다른 장치, 이를테면 자동차의 ECU 등에 제공될 수 있다. 그리고, 이와 같이 제공된 배터리의 최종 SOC 추정값은, 이후에 다시 배터리의 SOC를 추정하는데 이용되거나, 사용자 등에게 관련 정보를 제공하기 위한 용도 등으로서 이용될 수 있다.
바람직하게는, 제2 배터리 모델링 방식은, 제1 배터리 모델링 방식에 비해 연산 소요 시간이 상대적으로 긴 것일 수 있다. 즉, 동일한 성능의 코어를 이용한다는 점을 전제로 할 때, 제1 배터리 모델링 방식은 제2 배터리 모델링 방식에 비해 상대적으로 짧은 연산 시간을 갖는다고 할 수 있다. 이는, 다시 말하면 제2 배터리 모델링 방식이 제1 배터리 모델링 방식에 비해 연산이 복잡한 반면 정확성이 높은 방식이라 할 수 있다. 배터리 모델링 방식의 경우, 연산이 복잡하면 시간이 오래 걸리고 연산에 따른 부하가 많이 걸릴 수 있지만, 통상적으로 정확성이 높은 경우가 많다.
따라서, 이 경우, 제2 코어부(200)는, 제1 코어부(100)에 비해 상대적으로 정확성이 높은 배터리 모델링 방식을 채용하여 SOC를 추정한다고 할 수 있다. 따라서, 제2 코어부(200)는, 제1 코어부(100)에 비해, 실제값에 보다 가깝게 SOC를 추정한다고 할 수 있다.
특히, 제1 코어부(100)는 제1 배터리 모델링 방식으로서 전기 회로 모델을 이용하고, 제2 코어부(200)는 제2 배터리 모델링 방식으로서 전기 화학 모델을 이용할 수 있다.
여기서, 전기 회로 모델은, 전기 회로의 구성을 통해 배터리의 입력과 출력 특성을 모델링하는 방법으로서, 배터리의 종류에 따라 소자 구성에 변화를 주어 구현할 수 있다. 특히, 이러한 전기 회로 모델은, 등가 회로의 모델링을 통해 구현될 수 있다. 전기 회로 모델은, 연산 과정이 비교적 간단하여 연산에 따른 소요 시간이 길지 않고, 연산을 위한 부하가 많이 걸리지 않는다는 장점을 갖는다. 그러나, 이러한 전기 회로 모델의 경우 정확성이 다소 떨어지는 문제가 있다.
반면, 전기 화학 모델은, 배터리 내부에서 발생하는 화학적 작용을 기반으로 배터리의 특성을 모델링하는 방법이다. 이러한 전기 화학 모델의 대표적인 예로서, DFN(Doyle-Fuller-Newman) 모델을 들 수 있다. DFN 모델은, 다공성의 전극 내에 존재하는 리튬 이온 농도의 시공간적인 변화, 전위, 인터칼레이션 키네틱, 고체상과 전해액 상 간의 전류 밀도 등을 모델링할 수 있다. 이러한 전기 화학 모델은, 정확성이 매우 높다는 장점을 갖는다.
이러한 전기 회로 모델 및 전기 화학 모델을 이용하여 배터리의 SOC를 추정하는 각각의 방법에 대해서는 본 발명의 출원 시점에 이미 알려져 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 상기 실시예에 의할 경우, 제2 코어부(200)는 DFN 모델과 같은 전기 화학 모델을 이용하여 정확도 높은 SOC 추정값(제2 SOC)을 얻을 수 있다. 그리고, 제1 코어부(100)는 이처럼 높은 정확도를 갖는 제2 코어부(200)의 SOC 추정 결과(제2 SOC)를 입력 파라미터에 반영함으로써, SOC(제1 SOC) 추정의 정확도를 높일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 코어부(100)는, 제2 SOC를 주기적으로 전송받을 수 있다. 즉, 제2 코어부(200)는 제2 SOC의 추정 결과를 제1 코어부(100)에 주기적으로 전송할 수 있다. 그리고, 제1 코어부(100)는, 이와 같이 전송된 제2 SOC를 반영하여 제1 SOC를 추정할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 코어부(100)는, 도 2에서 화살표 a23으로 표시된 바와 같이, 제2 코어부(200)로부터 제2 SOC값을 주기적으로 전송받을 수 있으며, 주기적으로 전송받을 때마다 제2 SOC값을 이용하여 제1 SOC값을 추정할 수 있다.
이를테면, 상기 제1 코어부(100)는, 제2 코어부(200)로부터 전송된 제2 SOC값을 배터리의 실제 SOC값 또는 그에 가까운 값으로 인식하고, 이를 바탕으로 제1 SOC 값을 보정하도록 할 수 있다.
특히, 제2 코어부(200)로부터 전송된 제2 SOC값은, 제1 코어부(100)에 의해 추정된 제1 SOC값에 비해 정확성이 높을 수 있다. 따라서, 제1 코어부(100)는, 이처럼 정확성이 높은 제2 SOC값을 주기적으로 전송받아 이를 SOC 추정에 반영할 수 있다. 따라서, 제1 코어부(100)는, 제1 SOC 추정의 오차가 커지는 것을 주기적으로 방지할 수 있으며, 이로 인해 SOC 추정의 정확성을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 상기 제1 코어부(100)는, 제1 SOC를 주기적으로 측정할 수 있다. 이를테면, 상기 제1 코어부(100)는, T1(제1 주기)마다 한 번씩 제1 SOC를 측정할 수 있다. 이때, 제1 코어부(100)는, 이전 단계(주기)에서 측정된 제1 SOC를 피드백받아 이를 바탕으로 현재 단계(주기)의 제1 SOC를 추정할 수 있다.
예를 들어, 제1 코어부(100)가 0.2s(초)의 주기로서 제1 SOC를 추정한다면, t=0s, 0.2s, 0.4s, 0.6s, ...가 되는 시점에서 제1 SOC를 추정한다고 할 수 있다. 이때, 제1 코어부(100)는 현재 주기(시점)의 제1 SOC값을 추정하기 위해 직전 단계에서 추정된 제1 SOC값을 이용할 수 있다. 이를테면, 제1 코어부(100)는, t=0.4s가 되는 시점에서 제1 SOC를 추정하기 위해 직전 단계인 t=0.2s가 되는 시점에서 추정된 제1 SOC값을 피드백받아 입력값으로서 이용할 수 있다(도 2의 화살표 a13 참조).
또한, 상기 제2 코어부(200)도, 제2 SOC를 주기적으로 측정할 수 있다. 이를테면, 상기 제2 코어부(200)는, T2(제2 주기)마다 한 번씩 제2 SOC를 측정할 수 있다. 여기서, 제2 코어부(200)는, 제1 코어부(100)의 제1 SOC 추정 주기보다 긴 주기로 제2 SOC를 추정할 수 있다. 즉, 제2 코어부(200)의 제2 주기(T2)는 제1 코어부(100)의 제1 주기(T1)보다 길게 구성될 수 있다.
예를 들어, 제1 코어부(100)가 상기 실시예와 같이 0.2s마다 제1 SOC를 추정하는 경우, 제2 코어부(200)는, 이보다 긴 주기, 이를테면 3s마다 제2 SOC를 추정하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제2 코어부(200)는 3s에 한 번씩 제2 SOC 추정 결과를 제1 코어부(100)로 전송할 수 있다. 그러면, 제1 코어부(100)는, 0.2s마다 자체적으로 연산된 과거값을 이용하여 제1 SOC를 추정하되, 3s에 한 번씩 제2 코어부(200)에 의해 연산된 제2 SOC를 이용하여 제1 SOC를 추정할 수 있다. 즉, 제1 코어부(100)는, 0.2s마다 SOC를 추정하여 그 결과값을 제공하되, 3s에 한 번씩 SOC 추정 결과가 실제값에 가까워지도록 보정할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, SOC를 추정하는 각 코어 간 주기를 다르게 구성함으로써, SOC 추정의 효율성이 더욱 향상되도록 할 수 있다. 특히, 상기 구성의 경우, 연산이 복잡하고 부하가 많이 걸리는 모델링 방식에 대해서는 주기를 길게 함으로써, 해당 코어에 과부하가 걸리는 것을 방지할 수 있다. 반면, 상대적으로 간단한 연산을 수행하는 코어에 대해서는 수행 주기를 짧게 함으로써, SOC 추정의 업데이트가 빠르게 이루어지도록 할 수 있다. 그리고, 이는 곧 SOC 추정에 대한 정확성을 향상시킬 수 있다.
즉, 상기 구성에 의하면, 제1 코어부(100)는 상대적으로 간단한 배터리 모델링 방식을 통해 신속하면서도 낮은 연산 부하로서 SOC를 추정하되, 정확성이 다소 낮은 부분에 대해서는 제2 코어부(200)를 통해 주기적으로 보완되도록 할 수 있다. 이에 반해, 제2 코어부(200)는 제1 코어부(100)에 비해 상대적으로 복잡한 배터리 모델링 방식을 이용한다. 예를 들어, 제2 코어부(200)가 전기 화학 모델을 이용하는 경우, 편미분 방정식, 상미분 방정식 등을 계산해야 하는데, 수학적으로 매우 복잡하므로, 연산에 따른 부하가 많이 걸리고 연산 시간 또한 길게 소요될 수 있다. 하지만, 전기 화학 모델에 대한 연산 주기가 길게 형성됨으로써, 제2 코어부(200)에 연산 부하가 많이 걸리지 않도록 할 수 있다. 더욱이, 이처럼 제2 코어부(200)의 연산 주기를 길게 하면, 제2 코어부(200)에 의한 전력 소모가 과다하게 일어나는 것도 방지할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 상기 측면에 의하면, 멀티 코어의 상호 작용을 통해 각 코어의 단점이 보완되도록 하는 한편 장점을 확보함으로써, 배터리 SOC 추정에 대한 효율성이 극대화되도록 할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 SOC 추정 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 업데이팅부(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 업데이팅부(400)는, 제2 코어부(200)의 제2 SOC 추정 결과를 제1 코어부(100)의 입력값으로 주기적으로 전달할 수 있다. 예를 들어, 상기 업데이팅부(400)는, 3s에 한 번씩 제2 SOC 추정 결과를 제1 코어부(100)에 입력시킬 수 있다. 이러한 업데이팅부(400)의 동작에 대해서는 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 SOC 추정 장치의 구성과 동작을 개략적으로 나타내는 도면이다. 이러한 도 3에 대해서는, 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하고, 앞선 실시예의 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 3을 참조하면, 전압(V), 전류(I), 온도(T) 등과 같은 배터리의 상태 정보들이 제2 코어부(200)로 입력되어 제2 SOC가 연산될 수 있다. 그리고, 이와 같이 연산된 제2 SOC는, 도 3의 화살표 b2로 표시된 바와 같이, 업데이팅부(400)로 입력될 수 있다.
그러면, 상기 업데이팅부(400)는, 도 3의 화살표 b3로 표시된 바와 같이, 제2 코어부(200)로부터 입력된 제2 SOC값을 제1 코어부(100)의 입력값으로 전송할 수 있다. 따라서, 상기 제1 코어부(100)는, 이와 같이 업데이팅부(400)에 의해 입력된 제2 SOC 값을 다음 단계에서 제1 SOC를 추정하는데 이용할 수 있다.
또한, 상기 업데이팅부(400)에는, 제1 SOC의 연산 결과가 전송될 수 있다. 즉, 제1 코어부(100)가 제1 SOC를 연산하면, 제1 코어부(100)는, 도 3에서 b1으로 표시된 바와 같이, 제1 SOC 연산 결과를 업데이팅부(400)로 전송할 수 있다. 그러면, 업데이팅부(400)는, 이러한 제1 SOC 연산 결과를 제1 코어부(100)의 입력값으로 전송하여(b3), 제1 코어부(100)가 이전 단계의 SOC를 기초로 다음 단계의 SOC를 추정하도록 할 수 있다.
특히, 상기 업데이팅부(400)는, 제1 코어부(100)의 제1 SOC 추정 결과와 제2 코어부(200)의 제2 SOC 추정 결과를 함께 수신할 수 있다. 이 경우, 상기 업데이팅부(400)는, 가장 최근에 수신된 추정 결과를 제1 코어부(100)에 전송할 수 있다. 이에 대해서는, 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 SOC 추정 장치에서, 업데이팅부(400)에 대한 제1 SOC의 수신 시점 및 제2 SOC의 수신 시점을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4에서 수평선은 시간축이며, 이러한 시간축을 기준으로 상부에 위치한 화살표는 제1 SOC의 수신을 나타내고, 하부에 위치한 화살표는 제2 SOC의 수신을 나타낸다고 할 수 있다. 즉, c1~c5는 업데이팅부(400)에 대한 제1 SOC의 수신 시점을 나타내고, d1은 업데이팅부(400)에 대한 제2 SOC의 수신 시점을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 업데이팅부(400)에 대한 제1 SOC의 수신 주기는 0.2s 단위로서, t=3.0, 3.2, 3.4, 3.6, 3.8s가 되는 시점에서 각각 제1 SOC 추정값이 업데이팅부(400)로 전송되었다고 할 수 있다(c1~c5). 또한, 도 4에서, 제2 SOC는, t=3.0s가 되는 시점에서 업데이팅부(400)로 전송되었다고 할 수 있다(d1).
만일, 현재 시점이 t=3.8s 이후라면, 업데이팅부(400)는, 가장 최신의 수신 정보라 할 수 있는 t=3.8s가 되는 시점에서의 제1 SOC 추정 결과(c5)를 업데이팅 정보로서 제1 코어부(100)로 전송할 수 있다.
한편, 가장 최근의 제1 SOC 추정 결과와 제2 SOC 추정 결과가 동일한 시간에 업데이팅부(400)로 수신된 경우, 상기 업데이팅부(400)는, 제2 SOC 추정 결과를 업데이팅 정보로서 제1 코어부(100)에 입력할 수 있다.
예를 들어, 도 4의 실시예에서, 현재 시점이 t=3.0s 직후의 시점이라면, 업데이팅부(400)로는 제1 코어부(100)와 제2 코어부(200)로부터 각각 t=3.0s인 시점에서의 제1 SOC 추정 결과(c1)와 제2 SOC 추정 결과(d1)가 전송될 수 있다. 이 경우, 상기 업데이팅부(400)는, 제2 SOC 추정 결과(d1)를 제1 코어부(100)로 전송하여 다음 단계의 제1 SOC를 추정하는데 이용되도록 할 수 있다. 이를테면, 상기 업데이팅부(400)는, t=3.0s가 되는 시점에서의 제2 SOC 추정 결과(d1)를 제1 코어부(100)에 전송할 수 있으며, 제1 코어부(100)는 이러한 t=3.0s에서의 제2 SOC 추정 결과(d1)를 기초로, t=3.2s가 되는 시점에서의 제1 SOC(c2)를 추정할 수 있다. 즉, 상기 업데이팅부(400)는, 동일 시점에서의 제1 SOC 추정 결과와 제2 SOC 추정 결과가 존재한다면, 제2 SOC 추정 결과를 제1 SOC 추정 결과보다 우선시할 수 있다. 제2 SOC 추정 결과는 제1 SOC 추정 결과에 비해 정확성이 높은 배터리 모델링 방식에 기초한 것일 수 있는데, 이 경우 동일한 시점에서 제1 SOC 추정 결과보다는 제2 SOC 추정 결과가 보다 실제에 가까운 값이라 할 수 있다.
한편, 상기 실시예에서는, 업데이팅부(400)가 제1 SOC 추정 결과나 제2 SOC 추정 결과 중 어느 한 결과만을 제1 코어부(100)에 전달하는 구성으로 설명되었으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다. 이를테면, 상기 업데이팅부(400)는, 제1 SOC 추정 결과와 제2 SOC 추정 결과를 모두 이용하여 새로운 값을 도출해내고 도출된 값을 업데이팅 정보로서 제1 코어부(100)에 입력시킬 수 있다.
특히, 제1 SOC 추정 결과의 최종 수신 시점이 제2 SOC 추정 결과의 최종 수신 시점보다 늦은 경우, 상기 업데이팅부(400)는 가장 나중의 제1 SOC 추정 결과와 함께 가장 나중의 제2 SOC 추정 결과도 반영하여, 제1 코어부(100)로 전송할 업데이팅 정보를 구성할 수 있다. 즉, 상기 업데이팅부(400)는, 제1 SOC 추정 결과 중 가장 최근에 수신된 값과 제2 SOC 추정 결과 중 가장 최근에 수신된 값을 이용하여 새로운 SOC 값(업데이팅 SOC)을 도출해낼 수 있다. 그리고, 업데이팅부(400)는 이와 같이 도출된 업데이팅 SOC값을 제1 코어부(100)에 전송하고, 제1 코어부(100)는 업데이팅 SOC값을 이전 단계의 SOC값으로서 다음 단계의 제1 SOC를 추정하는데 이용할 수 있다.
예를 들어, 도 4의 실시예에서, 현재 시점이 t=3.3s가 되는 시점인 경우라면, 제2 코어부(200)로부터 제2 SOC 추정 결과가 업데이팅부(400)로 전송된 마지막 시점은 t=3.0s인 시점이고, 제1 코어부(100)로부터 제1 SOC 추정 결과가 업데이팅부(400)로 전송된 마지막 시점은 t=3.2s인 시점이라고 할 수 있다. 이 경우, 상기 업데이팅부(400)는, t=3.2s가 되는 시점에서의 제1 SOC 추정 결과(c2)는 물론이고, t=3s가 되는 시점에서의 제2 SOC 추정 결과(d1)도 함께 이용하여 새로운 SOC 추정 결과를 업데이팅 SOC로서 도출해낼 수 있다. 그리고, 업데이팅부(400)는, 이와 같이 도출된 업데이팅 SOC를 제1 코어부(100)에 업데이팅 정보로서 입력시킬 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 가장 최근에 제1 SOC가 추정되었다 하더라도, 정확성이 상대적으로 높은 제2 SOC 추정 결과도 함께 반영되도록 함으로써, 제1 코어부(100)에 의한 SOC 추정의 정확도가 보다 향상되도록 할 수 있다.
더욱이, 상기 업데이팅부(400)는, 제1 SOC의 수신 시점과 제2 SOC의 수신 시점의 시간차에 따라 가중치를 다르게 부여할 수 있다. 이를테면, 상기 업데이팅부(400)는, 제1 SOC의 수신 시점과 제2 SOC의 수신 시점의 시간차가 클수록, 제1 SOC보다 먼저 수신된 제2 SOC의 추정 결과가 덜 반영되도록 할 수 있다.
예를 들어, 도 4의 실시예에서, 현재 시점이 t=3.3s인 경우에 비해, 현재 시점이 t=3.5s인 경우 제2 SOC의 반영 비율이 더욱 낮아지도록 할 수 있다. 현재 시점이 t=3.3s라면, 제1 SOC의 최신값 수신 시점(t=3.2s)과 제2 SOC의 최신값 수신 시점(t=3.0s) 사이의 시간차가 0.2s라 할 수 있다. 그리고, 현재 시점이 t=3.5s라면, 제1 SOC의 최신값 수신 시점(t=3.4s)과 제2 SOC의 최신값 수신 시점(t=3.0s) 사이의 시간차는 0.4s라 할 수 있다. 이 경우, 상기 업데이팅부(400)는, 업데이팅 SOC를 도출함에 있어, t=3.5인 시점에서 제2 SOC의 반영 비율은 t=3.3s인 시점에서 제2 SOC의 반영 비율보다 낮아지도록 할 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 가장 나중에 추정된 제2 SOC를 반영하여 업데이팅 SOC를 구성하되, 제2 SOC의 추정 시점에 따라 신뢰성을 다르게 부여함으로써, SOC가 보다 정확하게 추정되도록 할 수 있다.
한편, 도 3에서는, 제1 코어부(100)와 제2 코어부(200)의 입력값으로서, 전압(V), 전류(I), 온도(T) 등이 도시되어 있으나, 이는 일례에 의한 것일 뿐, 제1 코어부(100)와 제2 코어부(200)로는 배터리 모델링을 이용하여 SOC를 추정하기 위해, V, I, T 이외에 다른 다양한 입력 팩터가 입력될 수 있다. 예를 들어, 제2 코어부(200)가 전기 화학 모델을 이용하여 제2 SOC를 추정하는 경우, V, I, T 이외에, 단일 셀의 크기, 확산 계수, 초기 농도 등과 같은 초기값이 편미분 방정식을 계산하기 위해 입력될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 SOC 추정 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 메모리부(500)를 더 포함할 수 있다.
상기 메모리부(500)는, 본 발명에 따른 배터리 SOC 추정 장치의 각 구성요소가 동작하는데 필요한 여러 정보 또는 각 동작에 의해 도출된 정보 등을 저장할 수 있다. 예를 들어, 상기 메모리부(500)는, 제1 코어부(100)에 의한 제1 SOC 추정 결과, 제2 코어부(200)에 의한 제2 SOC 추정 결과, 측정부(300)에 의한 배터리 상태 정보 측정 결과 등을 저장할 수 있다. 또한, 상기 메모리부(500)는, 제1 코어부(100) 및/또는 제2 코어부(200)가 SOC를 도출하는데 필요한 각종 정보 등을 저장할 수 있다. 특히, 제1 코어부(100) 및 제2 코어부(200)는 서로 다른 배터리 모델링 방식을 통해 각각 SOC를 연산할 수 있는데, 상기 메모리부(500)는 이처럼 제1 코어부(100) 및 제2 코어부(200)가 SOC를 연산하기 위해 배터리 모델링을 수행하는데 필요한 각종 정보 등을 저장할 수 있다. 더욱이, 상기 메모리부(500)는, 배터리 SOC 추정 장치가 적용된 배터리의 각종 스펙 정보 등을 저장할 수 있다.
그리고, 메모리부(500)는, 이와 같이 저장된 정보를, 본 발명에 따른 배터리 SOC 추정 장치의 각 구성요소, 이를테면 제1 코어부(100), 제2 코어부(200) 및 업데이팅부(400)로 전송할 수 있다.
한편, 상술한 실시예의 경우, 제1 배터리 모델링 방식으로서 전기 회로 모델이 사용되고, 제2 배터리 모델링 방식으로서 전기 화학 모델이 사용된 경우를 중심으로 설명되었으나, 제1 코어부(100)와 제2 코어부(200)는 다른 다양한 배터리 모델링 방식을 이용하여 SOC를 추정할 수 있다. 즉, 제1 코어부(100)와 제2 코어부(200)는, 제1 배터리 모델링 방식과 제2 배터리 모델링 방식으로서, 전기회로 모델, 전기화학 모델, 분석적 모델 및 화학적 모델 중 선택된 서로 다른 1개의 모델링 방식을 이용할 수 있다. 다만, 제2 코어부(200)는 제1 코어부(100)에 비해 연산이 복잡하여 연산에 소요되는 시간이 길더라도 정확성이 높은 배터리 모델링 방식을 이용할 수 있다. 예를 들어, 제1 코어부(100)는 제1 배터리 모델링 방식으로서 전기 회로 모델을 이용하고, 제2 코어부(200)는 제2 배터리 모델링 방식으로서 확률적 모델을 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 SOC 추정 장치는, 배터리 팩에 포함되는 배터리 관리 장치(BMS)에 포함될 수 있다. 즉, 본 발명에 다른 배터리 관리 장치는, 상술한 본 발명에 따른 배터리 SOC 추정 장치를 포함할 수 있다. 이 경우, BMS의 MCU는 적어도 2개의 코어를 구비한 멀티 코어로서 구성될 수 있으며, 상기 제1 코어부(100) 및 상기 제2 코어부(200)는 MCU의 서로 다른 코어에 의해 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 SOC 추정 장치를 포함할 수 있다. 이 경우, 배터리 SOC 추정 장치는, 배터리 팩에 포함된 BMS 또는 별도의 장치에 포함될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 SOC 추정 장치 이외에, 릴레이, 퓨즈 등 여러 전장품이 장착된 전장 플레이트, 다수의 이차 전지가 적층된 형태로 구성된 배터리 모듈 및 배터리 모듈과 전장 플레이트를 수납하는 팩 케이스 등을 구비할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동차는, 상술한 본 발명에 따른 배터리 SOC 추정 장치를 포함할 수 있다. 이 경우, 배터리 SOC 추정 장치는, 배터리 팩에 포함될 수 있다. 또는, 배터리 SOC 추정 장치의 적어도 일부는, 배터리 팩 외부에 구비된 다른 장치로서 구현될 수도 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 SOC 추정 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 도 5에서, 각 단계의 수행 주체는 상술한 배터리 SOC 추정 장치의 각 구성요소라 할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 SOC 추정 방법에 의하면, 먼저 배터리의 상태 정보가 측정될 수 있다(S110). 여기서, 배터리의 상태 정보에는, 배터리의 전류, 전압 및 온도 등이 포함될 수 있다.
그리고, 상기 S110 단계에서 측정된 배터리의 상태 정보를 기초로, 제1 배터리 모델링 방식을 적용하여 배터리의 제1 SOC를 추정할 수 있다(S120). 또한, 상기 S110 단계에서 측정된 배터리의 상태 정보를 기초로, 제2 배터리 모델링 방식을 적용하여 배터리의 제2 SOC를 추정할 수 있다(S130). 여기서, 제2 배터리 모델링 방식은 제1 배터리 모델링 방식과는 다른 종류의 배터리 모델을 이용하는 것일 수 있다.
특히, 제2 배터리 모델링 방식은, 제1 배터리 모델링 방식에 비해, 상대적으로 연산이 복잡하고 연산에 소요되는 시간이 오래 걸리지만, SOC 추정에 대한 정확성이 상대적으로 높은 방식일 수 있다. 예를 들어, 상기 S120 단계는 전기 회로 모델을 이용하여 제1 SOC를 추정할 수 있고, 상기 S130 단계는 전기 화학 모델을 이용하여 제2 SOC를 추정할 수 있다.
다음으로, 상기 S120 단계에서 추정된 제1 SOC 및 상기 S130 단계에서 추정된 제2 SOC 중 적어도 하나를 기초로 다음 단계의 제1 SOC를 추정할 수 있다(S140). 특히, 상기 S140 단계는, 상기 S130 단계에서 추정된 제2 SOC값을 주기적으로 전송받아 다음 단계의 제1 SOC를 추정하는데 이용할 수 있다.
또한, 상기 S120 단계와 상기 S130 단계는 주기적으로 수행될 수 있다. 이때, S130 단계의 제2 SOC 추정 주기는 S120 단계의 제1 SOC 추정 주기보다 길게 구성될 수 있다.
그리고, 상기 S140 단계는, S120 단계에서 추정된 제1 SOC와 S130 단계에서 추정된 제2 SOC 중, 가장 나중에 추정된 값, 즉 가장 최신의 추정값을 이용하여 다음 단계의 제1 SOC를 추정할 수 있다.
이상과 같이, 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.
[부호의 설명]
100: 제1 코어부
200: 제2 코어부
300: 측정부
400: 업데이팅부
500: 메모리부

Claims (10)

  1. 배터리의 상태 정보를 측정하는 측정부;
    상기 측정부에 의해 측정된 배터리의 상태 정보를 기초로, 제1 배터리 모델링 방식을 적용하여 배터리의 제1 SOC를 추정하는 제1 코어부; 및
    상기 측정부에 의해 측정된 배터리의 상태 정보를 기초로, 상기 제1 배터리 모델링 방식과 다른 제2 배터리 모델링 방식을 적용하여 상기 배터리의 제2 SOC를 추정하는 제2 코어부
    를 포함하고,
    상기 제2 코어부는, 추정된 제2 SOC를 제1 코어부로 전송하고,
    상기 제1 코어부는, 상기 제2 코어부에 의해 전송된 제2 SOC를 반영하여 상기 배터리의 제1 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리 SOC 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제2 배터리 모델링 방식은, 상기 제1 배터리 모델링 방식에 비해 연산 소요 시간이 상대적으로 긴 것을 특징으로 하는 배터리 SOC 추정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    제1 배터리 모델링 방식은 전기 회로 모델링 방식이고, 제2 배터리 모델링 방식은 전기 화학 모델링 방식인 것을 특징으로 하는 배터리 SOC 추정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코어부는, 상기 제2 SOC를 주기적으로 전송받아, 제1 SOC 추정에 반영하는 것을 특징으로 하는 배터리 SOC 추정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 코어부와 상기 제2 코어부는, 각각 제1 SOC와 제2 SOC를 주기적으로 측정하되,
    상기 제2 코어부는, 상기 제1 코어부의 제1 SOC 추정 주기보다 긴 주기로 제2 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리 SOC 추정 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 코어부의 제2 SOC 추정 결과를 상기 제1 코어부의 입력값으로 주기적으로 전달하는 업데이팅부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 SOC 추정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 업데이팅부는, 상기 제1 코어부 및 상기 제2 코어부로부터 제1 SOC 추정 결과 및 제2 SOC 추정 결과를 수신하고, 가장 최근에 수신된 추정 결과를 제1 코어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 배터리 SOC 추정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는, 상기 배터리의 상태 정보로서, 상기 배터리의 전류, 전압 및 온도 중 적어도 하나를 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 SOC 추정 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 SOC 추정 장치를 포함하는 배터리 팩.
  10. 배터리의 상태 정보를 측정하는 단계;
    상기 측정된 배터리의 상태 정보를 기초로, 제1 배터리 모델링 방식을 적용하여 배터리의 제1 SOC를 추정하는 단계;
    상기 측정된 배터리의 상태 정보를 기초로, 상기 제1 배터리 모델링 방식과 다른 제2 배터리 모델링 방식을 적용하여 상기 배터리의 제2 SOC를 추정하는 단계; 및
    상기 제1 SOC 추정 단계에서 추정된 제1 SOC 및 상기 제2 SOC 추정 단계에서 추정된 제2 SOC 중 적어도 하나를 기초로, 다음 단계의 제1 SOC를 추정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 SOC 추정 방법.
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