WO2021118311A1 - 배터리 관리 시스템, 배터리 관리 방법, 배터리 팩 및 전기 차량 - Google Patents

배터리 관리 시스템, 배터리 관리 방법, 배터리 팩 및 전기 차량 Download PDF

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WO2021118311A1
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Definitions

  • the present invention relates to a technology for determining a state of health (SOH) of a battery while the battery is idle.
  • SOH state of health
  • the battery repeatedly goes through a cycle period in a cycle state and an idle period in the idle state.
  • the cycle state refers to a state in which charging and discharging of the battery proceeds.
  • the idle state refers to a state in which charging and discharging of the battery is blocked (interrupted), that is, a state in which battery current does not flow.
  • the state of charge (State Of Charge, hereinafter may be referred to as 'SOC') of the battery is essential.
  • a method based on the battery current such as a current integration method (which may also be referred to as 'ampere counting') or a Kalman filter is useful.
  • OCV- which is data that defines the correspondence between the open circuit voltage (hereinafter referred to as 'OCV') of the battery and the SOC, rather than the current integration method or Kalman filter. It is suitable to determine the SOC of the battery based on the SOC curve.
  • the OCV-SOC curve is for the case where the hysteresis of the battery is completely eliminated, in the related art, it is only after a certain period of time (eg, 2 hours) required for battery stabilization has elapsed from the transition from the cycle state to the idle state.
  • the SOC of the battery is determined using the OCV-SOC curve. Therefore, before a certain time elapses from the transition from the cycle state to the idle state, the SOC of the OCV-SOC curve Lover battery cannot be determined or the accuracy is inevitably reduced.
  • the battery voltage and the battery current which are information required for determining the SOC of the battery, are measured by the voltage sensor and the current sensor, respectively.
  • the accuracy of the SOC may be deteriorated.
  • the offset error of the current sensor is accumulated over time.
  • the present invention provides a method of accurately determining the SOH of a battery during idle by determining the SOC change from the end of the previous cycle period based on the time that the battery was maintained in the idle state at every predetermined time during idle time aim to
  • the present invention provides a cycle history (eg, cycle time, current integration value) in the previous cycle period during battery idling, each idling time of the previous idling period and the current idling period, offset error of the voltage sensor, and
  • An object of the present invention is to determine a weight for removing the error component of the SOH, which is determined for each predetermined time during idle, based on the offset error of the current sensor.
  • a battery management system includes: a current sensor configured to measure a battery current representing a current flowing through a battery; a voltage sensor configured to measure a battery voltage indicative of a voltage across the battery; and a control circuit coupled to the voltage sensor and the current sensor.
  • the control circuit When receiving a key-on signal at a first time point during a first idle period for the battery, the control circuit includes a fixed Open Circuit Voltage (OCV) that is the battery voltage at the first time point and a fixed Open Circuit Voltage (OCV) voltage at the first time point. and determine a fixed SOC that is a state of charge (SOC) of the battery and start a cycle period for the battery.
  • the control circuit is configured to determine a current integrated value of the battery current during the cycle period.
  • the control circuit is configured to, upon receiving a key-off signal at a second point in the cycle period, initiate a second rest period for the battery.
  • the control circuit is configured to determine, during the second idle period, an SOC of interest that is an SOC of the battery corresponding to the OCV of interest that is the battery voltage.
  • the control circuit is configured to determine the SOH of the battery based on the fixed SOC, the current total and the SOC of interest.
  • the control circuit is configured to: a fixed idle time that is a time from the start time point of the first idle period to the first time point; a cycle time that is a time from the start time point of the cycle period to the second time point; and further determine a dwell time of interest, which is an elapsed time from the starting point.
  • the control circuit may be configured to determine a first error factor based on the cycle time, the current integration value, and a current offset error.
  • the current offset error indicates an offset error of the current sensor.
  • the control circuit may be configured to determine a second error factor and a third error factor based on the fixed OCV, the fixed SOC, the OCV of interest, the SOC of interest, and a voltage offset error.
  • the voltage offset error indicates an offset error of the voltage sensor.
  • the control circuit may be configured to determine a fourth error factor based on the fixed dwell time.
  • the control circuit may be configured to determine a fifth error factor based on the dwell time of interest. and determine a representative error factor based on the first to fifth error factors.
  • the control circuit may be configured to determine a weight indicating reliability of the SOH based on the representative error factor.
  • the control circuit may be configured to determine the first error factor equal to a value obtained by dividing a product of the cycle time and the current offset error by the current integration value.
  • the control circuitry may be configured to determine an SOC variation indicative of a difference between the fixed SOC and the SOC of interest.
  • the control circuit may be configured to add or subtract the voltage offset error to the fixed OCV to determine a first corrected OCV.
  • the control circuit may be configured to determine, from a predetermined OCV curve, a first corrected SOC corresponding to the first corrected OCV.
  • the OCV curve may define a correspondence between the OCV and the SOC when the hysteresis of the battery is 0.
  • the control circuit may be configured to determine the second error factor equal to a value obtained by dividing a difference between the fixed SOC and the first corrected SOC by the change in the SOC.
  • the control circuit may be configured to add or subtract the voltage offset error to the OCV of interest to determine a second corrected OCV.
  • the control circuit may be configured to determine, from the OCV curve, a second corrected SOC corresponding to the second corrected OCV.
  • the control circuit may be configured to determine the third error factor equal to a value obtained by dividing a difference between the SOC of interest and the second corrected SOC by the change in the SOC.
  • the control circuit may be configured to determine, from a first error curve, the fourth error factor equal to a first error value corresponding to the fixed idle time.
  • the first error curve is data defining a correspondence relationship between an error value and an idle time with respect to a first reference SOC that is the SOC of the battery at the start of the first idle period.
  • the control circuit may be configured to determine, from a second error curve, the fifth error factor equal to a second error value corresponding to the idle time of interest.
  • the second error curve is data defining a correspondence relationship between an idle time and an error value with respect to a second reference SOC that is the SOC of the battery at the start of the second idle period.
  • the control circuit may be configured to determine the weight by using the following equation.
  • W SOH is the weight, M is a predetermined first conversion constant greater than 1, K is a predetermined second conversion constant greater than 0, F SOH is the representative error factor
  • control circuit is configured to determine, during the second rest period, an effective SOH that is a weighted average of the predetermined number of the SOHs based on a predetermined number of the SOH and the predetermined number of the weights in a most recently determined order can
  • a battery pack according to another aspect of the present invention includes the battery management system.
  • An electric vehicle includes the battery pack.
  • a battery management method according to another aspect of the present invention is executable by the battery management system.
  • the SOC change amount from the end of the previous cycle period is determined based on the time the battery is maintained in the idle state, It is possible to accurately determine the SOH of the battery.
  • the cycle history eg, cycle time, current integration value
  • each of the previous idle period and the current idle period is idle
  • the cycle history eg, cycle time, current integration value
  • the offset error of the voltage sensor, and the offset error of the current sensor it is possible to determine a weight for removing the error component of the SOH determined for each predetermined time during idle.
  • FIG. 1 is a view exemplarily showing the configuration of an electric vehicle according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram exemplarily showing an OCV-SOC curve.
  • FIG. 3 is a diagram exemplarily illustrating changes in SOC of the battery of FIG. 1 during a cycle period and an idle period.
  • FIG. 4 is a diagram exemplarily illustrating a change in a current integrated value due to an offset error of a current sensor during a cycle period of the battery of FIG. 1 .
  • FIG. 5 is a diagram exemplarily illustrating a change in a battery voltage when the battery of FIG. 1 is switched to a rest state during charging.
  • FIG. 6 is a diagram exemplarily illustrating a change in a battery voltage when the battery of FIG. 1 is switched to a rest state during discharging.
  • FIG. 7 is a diagram exemplarily illustrating a correspondence relationship between a pause time and an error value.
  • control unit> means a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a view exemplarily showing the configuration of an electric vehicle according to the present invention.
  • an electric vehicle 1 includes a vehicle controller 2 , a battery pack 20 , a switch 30 , an inverter 40 , and an electric motor 50 .
  • the vehicle controller 2 is configured to generate a key-on signal in response to a start button (not shown) provided on the electric vehicle 1 being switched to the ON-position by the user.
  • the vehicle controller 2 is configured to generate a key-off signal in response to the start button being switched to the OFF-position by the user.
  • the switch 30 is installed in the power line 3 for charging and discharging the battery pack 20 . That is, the switch 30 is connected in series to the battery B through the power line 3 . While the switch 30 is on, power can be transferred from one of the battery pack 20 and the inverter 40 to the other.
  • the switch 30 may be implemented by combining any one or two or more of known switching devices such as a relay, a Field Effect Transistor (FET), and the like.
  • the inverter 40 converts DC power supplied from the battery B into AC power and supplies it to the electric motor 50 .
  • the electric motor 50 converts AC power from the inverter 40 into kinetic energy for the electric vehicle 1 .
  • the battery pack 20 includes a battery B and a battery management system 100 .
  • the battery B includes at least one battery B cell.
  • the type of the battery (B) cell is not particularly limited as long as it can be repeatedly cycled, such as a lithium ion cell.
  • the battery management system 100 includes a voltage sensor 110 , a current sensor 120 , a memory 140 , and a control circuit 150 .
  • the battery management system 100 may further include at least one of a temperature sensor 130 and a communication circuit 160 .
  • the voltage sensor 110 is provided to be electrically connectable to the positive terminal and the negative terminal of the battery (B).
  • the voltage sensor 110 measures the voltage across both ends of the battery B (hereinafter, may be referred to as 'battery voltage') every predetermined time, and sends a signal representing the measured battery voltage to the control circuit 150 . configured to output.
  • the current sensor 120 is installed in the power line 3 and is connected in series to the battery B through the power line 3 .
  • a shunt resistor or a Hall effect element may be used as the current sensor 120 .
  • the current sensor 120 measures a current (hereinafter, may be referred to as 'battery current') flowing through the power line 3 every predetermined time, and sends a signal representing the measured battery current to the control circuit 150 . configured to output.
  • a battery current measured while the battery B is discharging may be referred to as a 'discharge current,' and a battery current measured while the battery B is being charged may be referred to as a 'charging current'.
  • the temperature sensor 130 is disposed in an area within a predetermined distance from the battery B.
  • a thermocouple or the like may be used as the temperature sensor 130 .
  • the temperature sensor 130 is configured to measure the temperature of the battery B (hereinafter, may be referred to as 'battery temperature') every predetermined time, and output a signal indicating the measured battery temperature to the control circuit 150 . do.
  • the memory 140 is configured to store programs and various data necessary for executing battery management methods according to embodiments to be described later.
  • the memory 140 is, for example, a flash memory type, a hard disk type, a solid state disk type (SSD), a silicon disk drive type (SDD), and a multimedia card micro type. micro type), random access memory (RAM), static random access memory (SRAM), read-only memory (ROM), electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), programmable read-only memory (PROM) It may include at least one type of storage medium.
  • the control circuit 150 is operable to the vehicle controller 2 , the switch 30 , the voltage sensor 110 , the temperature sensor 130 , the current sensor 120 , the memory 140 , and the communication circuit 160 . are combined When the two components are operatively coupled, it means that the two components are unidirectionally or bidirectionally connected to transmit/receive signals between the two components.
  • Control circuit 150 in hardware, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays), micro It may be implemented using at least one of a processor (microprocessors) and an electrical unit for performing other functions.
  • the communication circuit 160 may be communicatively coupled to the vehicle controller 2 .
  • the communication circuit 160 may transmit a message from the vehicle controller 2 to the control circuit 150 , and may transmit a message from the control circuit 150 to the vehicle controller 2 .
  • Communication between the communication circuit 160 and the vehicle controller 2 includes, for example, a local area network (LAN), a controller area network (CAN), a wired network such as a daisy chain, and/or a short distance such as Bluetooth, Zigbee, and Wi-Fi.
  • LAN local area network
  • CAN controller area network
  • wired network such as a daisy chain
  • a short distance such as Bluetooth, Zigbee, and Wi-Fi.
  • a wireless network may be utilized.
  • the control circuit 150 may determine the SOC of the battery B based on the battery voltage, the battery current, and/or the battery temperature. For the determination of the SOC during the cycle of the battery B, a known method such as a current integration method, a Kalman filter, or the like may be utilized. The determination of the SOC while the battery B is in the idle state will be specifically described below.
  • FIG. 2 is a diagram exemplarily showing an OCV-SOC curve
  • FIG. 3 is a diagram exemplarily showing a change in SOC of the battery B of FIG. 1 during the cycle period and the idle period.
  • FIG. 4 is a view exemplarily showing a change in a current integrated value due to an offset error of a current sensor during a cycle period of the battery B of FIG. 1
  • FIG. 5 is a state in which the battery B of FIG. 1 is in a rest state while charging It is a view exemplarily showing a change in battery voltage when switched to
  • FIG. 6 is a view exemplarily showing a change in battery voltage when the battery B of FIG. 1 is switched to a rest state during discharging
  • FIG. 7 is a diagram exemplarily illustrating a correspondence relationship between a pause time and an error value.
  • the OCV-SOC curve 200 is a data set that defines the correspondence between OCV and SOC when the hysteresis of the battery B is completely eliminated.
  • the OCV-SOC curve 200 shows that, in an environment maintained at a predetermined reference temperature (eg, 25° C.), the other battery(s) having the same specification as the battery B are fully discharged from when they are fully charged. It may be data obtained in advance from a result of a discharge test that repeats a constant current discharge over the first test time and a pause over a second test time (eg, 5 days).
  • the method of determining the OCV-SOC curve is not particularly limited. A plurality of OCV-SOC curves corresponding one-to-one to a plurality of temperature sections may be previously stored in the memory 140 .
  • the rest period will be referred to as '.
  • the first rest time ⁇ t R1 which is the duration of the first rest period t A0 to t A1 , is (t A1 - t A0 ), and the cycle time ⁇ t is the duration of the cycle period t A1 to t B0 .
  • the first idle time ⁇ t R1 is a fixed value.
  • the second idle time ⁇ t R2 is increasing. Accordingly, the first idle time ⁇ t R1 will be referred to as a 'fixed idle time' and the second idle time ⁇ t R2 will be referred to as a 'interest idle time'.
  • the control circuit 150 upon receiving the key-off signal during charging and discharging of the battery B, determines a reference SOC that is the SOC of the battery B at the time of receiving the key-off signal, and stops the battery B period can be started.
  • the start of the idle period means a transition from the cycle state to the idle state.
  • SOC A0 represents the reference SOC at the start time t A0 of the first idle period t A0 to t A1
  • SOC B0 is the second idle period t A0 to t A1 . It represents the reference SOC at the start time t B0 of the period t B0 to t B1 .
  • Control circuit 150 from the OCV-SOC curve (200), OCV reference corresponding to the reference SOC (SOC A0) (V A0) and the reference SOC may determine the reference OCV (V B0) corresponding to (SOC B0) have.
  • the control circuit 150 upon receiving the key-on signal while the battery B is idle, determines a fixed OCV and a fixed SOC representing each of the battery voltage and SOC upon reception of the key-on signal, and the battery B can start a cycle period of The start of the cycle period means the transition from the idle state to the cycle state.
  • V A1 and SOC A1 respectively represent a fixed OCV and a fixed SOC at the end time t A1 of the first idle period t A0 to t A1 .
  • the control circuit 150 may determine the OCV of interest, which is the battery voltage, every predetermined time (eg, 1 minute) while the battery B is idle. For example, in FIGS. 2 and 6 , V B1 represents the OCV of interest at time t B1 .
  • the control circuit 150 may determine, from the OCV-SOC curve 200 , the SOC of interest(SOC B1 ) corresponding to the OCV(V B1 ) of interest.
  • the control circuit 150 may determine an integrated current value of the battery current at every predetermined time during charging and discharging of the battery B.
  • curve 401 illustrates the change in actual battery current over the cycle period t A1 to t B0 .
  • the actual battery current is shown in FIG. 4 as a negative value.
  • the curve 402 illustrates a result of reflecting the current offset error ⁇ I OE of the current sensor 120 with respect to the curve 401 . For example, if the actual battery current is -10 A and ⁇ I OE is 0.06 A, the battery current measured by the current sensor 120 is between (-10-0.06) A and (-10+0.06) A.
  • the curve 411 illustrates a change in the current integration value according to the curve 401 .
  • the curve 412 illustrates the change in the current integration value according to the curve 402 .
  • the cycle period (t A1 ⁇ t B0) curve 401 and a current offset error between curve 402, if the held difference by ( ⁇ I OE), at the time t B0 curve 411 across the A difference by ⁇ Q OE ⁇ I OE ⁇ ⁇ t CD occurs between the curves 412 .
  • the fixed OCV (V A1 ) is the voltage offset error ( ⁇ V OE ) of the voltage sensor 110 with respect to the actual battery voltage (V A2 ) at time t A1 is generated in the negative direction. can be a value. Accordingly, a difference by ⁇ SOC OE1 may occur between the fixed SOC (SOC A1 ) and SOC A2.
  • the OCV of interest (V B1 ) may be a value in which a voltage offset error ( ⁇ V OE ) is generated in a positive direction with respect to the actual battery voltage (V B2 ) at a time point t B1 . Accordingly, a difference by ⁇ SOC OE2 may occur between the SOC of interest (SOC B1 ) and SOC B2.
  • a curve 701 represents the correspondence between the idle time and the error value for the reference SOC(SOC A0 ), which has been previously recorded in the memory 140 .
  • the curve 701 shows that, in an environment maintained at a predetermined reference temperature (eg, 25° C.), the reference SOC (SOC A0 ) from when the SOC is 100% for other battery(s) having the same specification as the battery B It may be data obtained in advance from a result of a pause test in which constant current discharge is performed until the battery voltage is discharged, and then the state is switched to an idle state, and the idle time and battery voltage are monitored.
  • the curve 701 may be individually written to the memory 140 for various values of the reference SOC.
  • the control circuit 150 may determine an error value E R1 corresponding to ⁇ t R1 from the curve 701 .
  • the error value E R1 may be expressed by Equation 1 below.
  • V test_int1 is the battery voltage first measured after the idle state is started by the idle test
  • V test_R1 is the battery voltage measured when the idle state is maintained over ⁇ t R1 by the idle test.
  • Curve 702 represents the correspondence between the idle time and the error value for the reference SOC(SOC B0 ), written to the memory 140 .
  • the curve 702 shows that, in an environment maintained at a predetermined reference temperature (eg, 25° C.), the reference SOC (SOC B0 ) is the reference SOC (SOC B0 ) from when the SOC is 100% for other battery(s) having the same specification as the battery B It may be data obtained in advance from the result of a pause test in which constant current discharge is performed until the battery is discharged, then switched to the idle state, and the idle time and battery voltage are monitored.
  • a predetermined reference temperature eg, 25° C.
  • the control circuit 150 may determine, from the curve 702 , an error value E R2 corresponding to ⁇ t R2 .
  • the error value E R2 may be expressed by Equation 2 below.
  • V test_int2 is the battery voltage first measured after the idle state is started by the idle test
  • V test_R2 is the battery voltage measured when the idle state is maintained over ⁇ t R2 by the idle test.
  • the memory unit 140 may record Equation 1 instead of the curve 701 and record Equation 2 instead of the curve 702 .
  • the control circuit 150 may determine the error value E R1 by substituting V A1 into V test_R1 of Equation 1, and substituting V B1 into V test_R2 of Equation 2 to obtain the error value E R2 . can decide
  • the control circuit 150 may execute the method of FIG. 8 in response to receiving a key-on signal from the vehicle controller while the battery B is idle.
  • the period from the time point t A0 to the time point t B0 shown in FIG. 3 will be described as the basis.
  • step S810 the control circuit 150 determines a fixed idle time ⁇ t R1 , a fixed OCV (V A1 ), and a fixed SOC (SOC A1 ). .
  • step S820 the control circuit 150 switches the battery B from the idle state to the cycle state. That is, the cycle period t A1 to t B0 starts.
  • step S830 the control circuit 150 determines the current integrated value of the battery current.
  • the current integrated value is a value obtained by adding the battery current measured by the current sensor 120 every predetermined time (eg, 0.1 second) from the start of the cycle period t A1 to t B0 , and the unit is ampere-hour (Ah, ampere). -hour).
  • step S840 the control circuit 150 determines whether a key-off signal has been received from the vehicle controller 2 .
  • Step S830 may be repeated every predetermined time (eg, 0.1 seconds) until a key-off signal is received.
  • step S910 the control circuit 150 determines a cycle time ⁇ t CD and a reference SOC (SOC B0 ).
  • step S920 the control circuit 150 switches the battery B from the cycle state to the idle state. That is, the second rest period t B0 to t B1 starts.
  • step S930 the control circuit 150 determines the dwell time of interest ⁇ t R2 , the OCV of interest(V B1 ) and the SOC of interest(SOC B1 ).
  • step S940 the control circuit 150 determines the SOH of the battery B.
  • SOH is battery B information indicating the ratio of the current maximum capacity to a predetermined reference capacity in the range of 0 to 1 or 0 to 100%.
  • the reference capacity indicates the maximum amount of electric charge that can be stored in the battery B in a state in which the battery B is not degraded (ie, new).
  • the control circuit 150 may determine the SOH by using Equation 3 below.
  • SOH R2 denotes the SOH when the resting time of interest ( ⁇ t R2 ) has elapsed from the start of the second resting period (t B0 to t B1 ), Q int denotes the reference dose, and ⁇ Q CD denotes the degree 8 represents the last-determined current integration value before the end, and ⁇ SOC CD represents the SOC variation representing the difference between the fixed SOC (SOC A1 ) and the SOC of interest (SOC B1 ).
  • the SOH determined in step S940 may be referred to as 'temporary SOH'.
  • step S950 the control circuit 150 determines a representative error factor.
  • the representative error factor represents the inaccuracy of the SOH determined in step S940.
  • the representative error factor corresponds to the difference between the actual SOH and the SOH determined in step S940. Determination of the representative error factor will be separately described below with reference to FIG. 10 .
  • step S960 the control circuit 150 determines a weight based on the representative error factor.
  • the weight indicates the reliability of the SOH determined in step S940.
  • the representative error factor and the weight have a relationship in which a decrease in one of them appears as an increase in the other.
  • the control circuit 150 may determine the weight by using Equation 4 below.
  • W SOH denotes a weight
  • M denotes a predetermined first conversion constant (eg, Euler number e) greater than 1
  • K denotes a predetermined second transformation constant (eg, 0.8) greater than 0
  • F SOH represents a representative error factor.
  • the values determined in steps S930 to S960 may be sequentially written to a predetermined number of buffers in the memory unit 140 according to the first-in-first-out rule.
  • a buffer is an information storage area.
  • step S970 the control circuit 150 increments the count index by one.
  • the count index indicates the number of times steps S930 to S960 are repeatedly executed during the second idle period t B0 to t B1 .
  • step S980 the control circuit 150 determines whether a key-on signal has been received from the vehicle controller.
  • the method of FIG. 9 may end, and the method of FIG. 8 may be started.
  • the count index may be reset to zero.
  • Steps S930 to S970 may be repeated every predetermined time (eg, 1 minute) until a key-on signal is received.
  • step S950 is a flowchart exemplarily illustrating sub-steps of step S950.
  • the control circuit 150 determines a first error factor based on the cycle time ⁇ t CD , the current integration value ⁇ Q CD , and the current offset error ⁇ I OE .
  • the first error factor may be equal to a value obtained by dividing a product of a cycle time ( ⁇ t CD ) and a current offset error ( ⁇ I OE ) by a current integration value ( ⁇ Q CD ).
  • the first error factor corresponds to an error component in the SOH determined in step S940 that has occurred due to the current offset error ⁇ I OE accumulated over the cycle period t A1 to t B0 .
  • step S1020 the control circuit 150 determines a second error factor and a third error factor based on the fixed OCV, the fixed SOC, the OCV of interest, the SOC of interest, and the voltage offset error.
  • the control circuit 150 determines the first corrected OCV by adding or subtracting the voltage offset error ⁇ V OE to the fixed OCV (V A1 ). In this case, the first corrected OCV is equal to (V A1 + ⁇ V OE ) or (V A1 - ⁇ V OE ). Next, the control circuit 150 determines, from the OCV-SOC curve 200 , a first corrected SOC corresponding to the first corrected OCV. Subsequently, the control circuit 150 may determine the second error factor equal to a value obtained by dividing the difference between the fixed SOC (SOC A1 ) and the first corrected SOC by the change in SOC ( ⁇ SOC CD ). Second error factor, corresponds to the error component in the SOH determined at the start because of the time (t A1) offset voltage error ( ⁇ V OE) in the cycle period (t t ⁇ A1 B0) occurs, in step S940.
  • the control circuit 150 adds or subtracts the voltage offset error ⁇ V OE to the OCV of interest (V B1 ) to determine a second corrected OCV.
  • the second corrected OCV is equal to (V B1 + ⁇ V OE ) or (V B1 - ⁇ V OE ).
  • the control circuit 150 determines, from the OCV-SOC curve 200 , a second corrected SOC corresponding to the second corrected OCV.
  • the control circuit 150 may determine the third error factor equal to a value obtained by dividing the difference between the SOC of interest (SOC B1 ) and the second corrected SOC by the change in SOC ( ⁇ SOC CD ).
  • Third error factor, and the second corresponds to the error due to the components in the idle duration time point (t B1) voltage offset error ( ⁇ V OE) in the in the (t B0 ⁇ t B1) occurs, as determined in step S940 SOH.
  • the control circuit 150 may determine a fourth error factor based on the fixed idle time ⁇ t R1 .
  • the fourth error factor may be the same as the error value E R1 according to Equation 1 .
  • the fourth error factor corresponds to an error component in the SOH determined in step S940 that has occurred due to the fixed dwell time ⁇ t R1 not being long enough.
  • the control circuit 150 may determine a fifth error factor based on the idle time of interest ⁇ t R2 .
  • the fifth error factor may be the same as the error value E R2 according to Equation 2 .
  • the fifth error factor corresponds to an error component in the SOH determined in step S940 that is caused due to the dwell time of interest ⁇ t R2 being not long enough.
  • steps S1010 to S1040 are sequentially executed in FIG. 10 , this is only exemplary, and the order thereof may be changed.
  • control circuit 150 may determine the representative error factor using Equation 5 below.
  • F SOH denotes a representative error factor
  • F i denotes an ith error factor
  • w i denotes an ith predetermined weight greater than zero.
  • w 1 , w 2 , w 3 , w 4 , and w 5 may each be 1.
  • the method of FIG. 11 may be initiated whenever step S970 is executed.
  • step S1110 the control circuit 150 determines whether the count index is equal to or greater than a predetermined value N (eg, 10). That is, the control circuit 150 determines whether at least N SOHs and at least N weights are sequentially stored in buffers in the memory unit 140 .
  • N eg, 10
  • the value of step S1110 is “Yes”, it means that steps S930 to S970 are executed at least N times during the second idle period t B0 to t B1 .
  • step S1120 the control circuit 150 acquires N SOHs from the memory unit 140 in a recently determined order. That is, the control circuit 150 obtains a data set representing the values of the N SOHs retrospectively from the SOH last written to the memory unit 140 .
  • control circuit 150 acquires N weights from the memory unit 140 in a recently determined order. That is, the control circuit 150 obtains a data set representing N weights retrospectively from the weights last written to the memory unit 140 .
  • step S1140 the control circuit 150 determines an effective SOH based on the N SOHs and the N weights.
  • the effective SOH may be a weighted average of N SOHs by N weights. For example, suppose that SOH R2 [1] to SOH R2 [N] are obtained as N SOHs , and W SOH [1] - W SOH [N] are obtained as N weights. Then, the control circuit 150 may determine the effective SOH by using Equation 6 below.
  • Equation 6 SOH eff represents the effective SOH.
  • the control circuit 150 may execute a predetermined protection operation when the effective SOH is equal to or less than a threshold (eg, 75%).
  • the protective operation is, for example, outputting an alarm message, turning off the switch 30, and the like.
  • the alarm message may be transmitted to the vehicle controller 2 through the communication unit 160 .
  • the embodiment of the present invention described above is not implemented only through the apparatus and method, and may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded.
  • the implementation can be easily implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiments.

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리를 통해 흐르는 전류인 배터리 전류를 측정하는 전류 센서; 상기 배터리의 양단에 걸친 전압인 배터리 전압을 측정하는 전압 센서; 및 제어 회로를 포함한다. 상기 제어 회로는, 상기 배터리에 대한 제1 휴지 기간 중에 키-온 신호를 수신 시, 고정 휴지 시간, 고정 OCV 및 고정 SOC를 결정하고, 상기 배터리에 대한 사이클 기간 중 상기 배터리 전류의 전류 적산치를 결정한다. 상기 제어 회로는, 상기 사이클 기간 중에 키-오프 신호를 수신 시, 상기 배터리에 대한 제2 휴지 기간을 시작한다. 상기 제어 회로는, 상기 제2 휴지 기간 중, 상기 배터리 전압인 관심 OCV에 대응하는 관심 SOC를 결정한다. 상기 제어 회로는, 상기 고정 SOC, 상기 전류 적산치 및 상기 관심 SOC를 기초로, 상기 배터리의 SOH를 결정한다.

Description

배터리 관리 시스템, 배터리 관리 방법, 배터리 팩 및 전기 차량
본 발명은, 배터리의 휴지 중, 배터리의 건강 상태(SOH: State Of Heath)를 결정하는 기술에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 12월 11일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2019-0164891호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 차량, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 사이클이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 사이클이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
배터리는 사이클 상태에서의 사이클 기간과 휴지 상태에서의 휴지 기간을 반복적으로 겪는다. 사이클 상태는, 배터리의 충방전이 진행되는 상태를 칭한다. 휴지 상태는, 배터리의 충방전이 차단(중단)된 상태, 즉 배터리 전류가 흐르지 않는 상태를 칭한다.
배터리의 SOH(State Of Heath)를 결정하는 데에는 배터리의 충전 상태(State Of Chage, 이하 'SOC'라고 칭할 수 있음)가 필수적으로 요구된다. 사이클 상태에서 배터리의 SOC를 결정하기 위해서는, 전류 적산법('암페어 카운팅'이라고 칭할 수도 있음)이나 칼만 필터 등과 같이 배터리 전류에 기초하는 방식이 유용하다.
반면, 휴지 상태에서는, 배터리 전류가 흐르지 않기 때문에, 전류 적산법이나 칼만 필터보다는, 배터리의 개로 전압(Open Circuit Voltage, 이하 'OCV'라고 칭할 수 있음)과 SOC 간의 대응 관계를 규정하는 데이터인 OCV-SOC 커브를 기초로 배터리의 SOC를 결정하는 것이 적합하다.
배터리가 사이클 상태로부터 휴지 상태로 전환된 때로부터 충분히 긴 시간이 경과되기 전에는, 사이클 상태에서의 사이클 이력에 의해 발생된 히스테리시스로 인하여, 배터리의 SOC는 일정한 반면 배터리의 양단에 걸친 전압은 일정하게 유지되지 않는다.
그런데, OCV-SOC 커브는 배터리의 히스테리시스가 완전히 해소된 경우에 대한 것이기 때문에, 종래에는 사이클 상태로부터 휴지 상태로의 전환 시부터 배터리의 안정화에 요구되는 일정 시간(예, 2시간)이 경과한 후에야 OCV-SOC 커브를 활용하여 배터리의 SOC를 결정하고 있다. 따라서, 사이클 상태로부터 휴지 상태로의 전환 시부터 일정 시간이 경과하기 전에는, OCV-SOC 커브러브타 배터리의 SOC를 결정할 수 없거나 정확도가 떨어질 수 밖에 없다.
또한, 배터리의 SOC를 결정하는 데에 요구되는 정보인 배터리 전압과 배터리 전류는 각각 전압 센서와 전류 센서에 의해 측정된다. 그런데, 전압 센서와 전류 센서 각각은 오프셋 에러(실제값과 측정값 간의 차이에 대응)로 인해, SOC의 정확도가 저하될 수 있다. 특히, 전류 센서의 옵셋 에러는, 시간 경과에 따라 누적되는 문제가 있다.
본 발명은, 배터리의 휴지 중, 소정 시간마다, 배터리가 휴지 상태로 유지된 시간을 기초로, 전회의 사이클 기간의 종료 시점으로부터의 SOC 변화분을 결정함으로써, 휴지 중의 배터리의 SOH를 정확하게 결정하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 배터리의 휴지 중, 전회의 사이클 기간에서의 사이클 이력(예, 사이클 시간, 전류 적산치), 전회의 휴지 기간과 현회의 휴지 기간 각각의 휴지 시간, 전압 센서의 오프셋 에러 및 전류 센서의 오프셋 에러를 기초로, 휴지 중의 소정 시간마다 결정되는 SOH의 에러 성분을 제거하기 위한 가중치를 결정하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리를 통해 흐르는 전류를 나타내는 배터리 전류를 측정하도록 구성되는 전류 센서; 상기 배터리의 양단에 걸친 전압을 나타내는 배터리 전압을 측정하도록 구성되는 전압 센서; 및 상기 전압 센서 및 상기 전류 센서에 결합되는 제어 회로를 포함한다. 상기 제어 회로는, 상기 배터리에 대한 제1 휴지 기간 중의 제1 시점에서 키-온 신호를 수신 시, 상기 제1 시점에서의 상기 배터리 전압인 고정 OCV(Open Circuit Voltage) 및 상기 제1 시점에서의 상기 배터리의 SOC(State Of Charge)인 고정 SOC를 결정하고, 상기 배터리에 대한 사이클 기간을 시작하도록 구성된다. 상기 제어 회로는, 상기 사이클 기간 중, 상기 배터리 전류의 전류 적산치를 결정하도록 구성된다. 상기 제어 회로는, 상기 사이클 기간 중의 제2 시점에서 키-오프 신호를 수신 시, 상기 배터리에 대한 제2 휴지 기간을 시작하도록 구성된다. 상기 제어 회로는, 상기 제2 휴지 기간 중, 상기 배터리 전압인 관심 OCV에 대응하는 상기 배터리의 SOC인 관심 SOC를 결정하도록 구성된다. 상기 제어 회로는, 상기 고정 SOC, 상기 전류 적산치 및 상기 관심 SOC를 기초로, 상기 배터리의 SOH를 결정하도록 구성된다.
상기 제어 회로는, 상기 제1 휴지 기간의 시작 시점부터 상기 제1 시점까지의 시간인 고정 휴지 시간, 상기 사이클 기간의 시작 시점부터 상기 제2 시점까지의 시간인 사이클 시간, 상기 제2 휴지 기간의 시작 시점으로부터 경과된 시간인 관심 휴지 시간을 더 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어 회로는, 상기 사이클 시간, 상기 전류 적산치 및 전류 옵셋 에러를 기초로, 제1 에러 팩터를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 전류 옵셋 에러는 상기 전류 센서의 옵셋 에러를 나타낸다. 상기 제어 회로는, 상기 고정 OCV, 상기 고정 SOC, 상기 관심 OCV, 상기 관심 SOC 및 전압 옵셋 에러를 기초로, 제2 에러 팩터 및 제3 에러 팩터를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 전압 옵셋 에러는 상기 전압 센서의 옵셋 에러를 나타낸다. 상기 제어 회로는, 상기 고정 휴지 시간을 기초로, 제4 에러 팩터를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어 회로는, 상기 관심 휴지 시간을 기초로, 제5 에러 팩터를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 내지 제5 에러 팩터를 기초로, 대표 에러 팩터를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어 회로는, 상기 대표 에러 팩터를 기초로, 상기 SOH의 신뢰도를 나타내는 가중치를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어 회로는, 상기 사이클 시간과 상기 전류 옵셋 에러의 곱을 상기 전류 적산치로 나눈 값과 동일하게 상기 제1 에러 팩터를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어 회로는, 상기 고정 SOC와 상기 관심 SOC 간의 차이를 나타내는 SOC 변화분을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어 회로는, 상기 고정 OCV에 상기 전압 옵셋 에러를 가산 또는 감산하여, 제1 보정된 OCV를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어 회로는, 소정의 OCV 커브로부터, 상기 제1 보정된 OCV에 대응하는 제1 보정된 SOC를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 OCV 커브는, 상기 배터리의 히스테리스가 0인 경우의 OCV와 SOC 간의 대응 관계를 규정할 수 있다. 상기 제어 회로는, 상기 고정 SOC와 상기 제1 보정된 SOC 간의 차이를 상기 SOC 변화분으로 나눈 값과 동일하게, 상기 제2 에러 팩터를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어 회로는, 상기 관심 OCV에 상기 전압 옵셋 에러를 가산 또는 감산하여, 제2 보정된 OCV를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어 회로는, 상기 OCV 커브로부터, 상기 제2 보정된 OCV에 대응하는 제2 보정된 SOC를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어 회로는, 상기 관심 SOC와 상기 제2 보정된 SOC 간의 차이를 상기 SOC 변화분으로 나눈 값과 동일하게, 상기 제3 에러 팩터를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어 회로는, 제1 에러 커브로부터, 상기 고정 휴지 시간에 대응하는 제1 에러값과 동일하게 상기 제4 에러 팩터를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 에러 커브는, 상기 제1 휴지 기간의 시작 시점에서의 상기 배터리의 SOC인 제1 기준 SOC에 대한 휴지 시간과 에러값 간의 대응 관계를 규정하는 데이터이다.
상기 제어 회로는, 제2 에러 커브로부터, 상기 관심 휴지 시간에 대응하는 제2 에러값과 동일하게 상기 제5 에러 팩터를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 에러 커브는, 상기 제2 휴지 기간의 시작 시점에서의 상기 배터리의 SOC인 제2 기준 SOC에 대한 휴지 시간과 에러값 간의 대응 관계를 규정하는 데이터이다.
상기 제어 회로는, 하기의 수식을 이용하여, 상기 가중치를 결정하도록 구성될 수 있다.
<수식>
Figure PCTKR2020018204-appb-img-000001
(W SOH는 상기 가중치, M은 1보다 큰 소정의 제1 변환 상수, K는 0보다 큰 소정의 제2 변환 상수, F SOH는 상기 대표 에러 팩터)
상기 제어 회로는, 상기 제2 휴지 기간 중, 최근에 결정된 순서로 소정 개수의 상기 SOH과 상기 소정 개수의 상기 가중치를 기초로, 상기 소정 개수의 상기 SOH의 가중 평균인 유효 SOH을 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 관리 시스템을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전기 차량은, 상기 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 관리 방법은, 상기 배터리 관리 시스템에 의해 실행 가능하다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리의 휴지 중, 소정 시간마다, 배터리가 휴지 상태로 유지된 시간을 기초로, 전회의 사이클 기간의 종료 시점으로부터의 SOC 변화분을 결정함으로써, 휴지 중의 배터리의 SOH를 정확하게 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리의 휴지 중, 전회의 사이클 기간에서의 사이클 이력(예, 사이클 시간, 전류 적산치), 전회의 휴지 기간과 현회의 휴지 기간 각각의 휴지 시간, 전압 센서의 오프셋 에러 및 전류 센서의 오프셋 에러를 기초로, 휴지 중의 소정 시간마다 결정되는 SOH의 에러 성분을 제거하기 위한 가중치를 결정할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 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 발명에 따른 전기 차량의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 OCV-SOC 커브를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 배터리가 사이클 기간과 휴지 기간을 거치는 동안의 배터리의 SOC의 변화를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 배터리의 사이클 기간 중, 전류 센서의 옵셋 에러에 의한 전류 적산치의 변화를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 배터리가 충전 중에 휴지 상태로 전환된 경우의 배터리 전압의 변화를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 배터리가 방전 중에 휴지 상태로 전환된 경우의 배터리 전압의 변화를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 휴지 시간과 에러값 간의 대응 관계를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 11은 도 1의 배터리 관리 시스템을 이용한 배터리 관리 방법들 각각의 순서도이다.
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.
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 <제어부>와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 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 발명에 따른 전기 차량의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 전기 차량(1)은, 차량 컨트롤러(2), 배터리 팩(20), 스위치(30), 인버터(40) 및 전기 모터(50)를 포함한다.
차량 컨트롤러(2)는, 전기 차량(1)에 마련된 시동 버튼(미도시)이 사용자에 의해 ON-위치로 전환된 것에 응답하여, 키-온 신호를 생성하도록 구성된다. 차량 컨트롤러(2)는, 시동 버튼이 사용자에 의해 OFF-위치로 전환된 것에 응답하여, 키-오프 신호를 생성하도록 구성된다.
스위치(30)는, 배터리 팩(20)의 충방전을 위한 전력 라인(3)에 설치된다. 즉, 스위치(30)는, 전력 라인(3)을 통해 배터리(B)에 직렬 연결된다. 스위치(30)가 온되어 있는 동안, 배터리 팩(20)과 인버터(40) 중 어느 하나로부터 다른 하나로의 전력 전달이 가능하다. 스위치(30)는, 릴레이, 전계효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor) 등과 같은 공지의 스위칭 기기들 중 어느 하나 또는 둘 이상을 조합함으로써 구현될 수 있다.
인버터(40)는, 배터리(B)로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전기 모터(50)에게 공급한다. 전기 모터(50)는, 인버터(40)로부터의 교류 전력을 전기 차량(1)을 위한 운동 에너지로 변환한다.
배터리 팩(20)은, 배터리(B) 및 배터리 관리 시스템(100)을 포함한다.
배터리(B)는, 적어도 하나의 배터리(B) 셀을 포함한다. 배터리(B) 셀은, 예컨대 리튬 이온 셀과 같이, 반복적인 사이클이 가능한 것이라면, 그 종류는 특별히 한정되지 않는다.
배터리 관리 시스템(100)은, 전압 센서(110), 전류 센서(120), 메모리(140) 및 제어 회로(150)를 포함한다. 배터리 관리 시스템(100)은, 온도 센서(130) 및 통신 회로(160) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
전압 센서(110)는, 배터리(B)의 양극 단자와 음극 단자에 전기적으로 연결 가능하도록 제공된다. 전압 센서(110)는, 소정 시간마다, 배터리(B)의 양단에 걸친 전압(이하, '배터리 전압'이라고 칭할 수 있음)을 측정하고, 측정된 배터리 전압을 나타내는 신호를 제어 회로(150)에게 출력하도록 구성된다.
전류 센서(120)는, 전력 라인(3)에 설치되고, 전력 라인(3)을 통해 배터리(B)에 직렬 연결된다. 예컨대, 션트 저항이나 홀 효과 소자 등이 전류 센서(120)로서 이용될 수 있다. 전류 센서(120)는, 소정 시간마다, 전력 라인(3)을 통해 흐르는 전류(이하, '배터리 전류'이라고 칭할 수 있음)를 측정하고, 측정된 배터리 전류를 나타내는 신호를 제어 회로(150)에게 출력하도록 구성된다. 배터리(B)가 방전 중에 측정되는 배터리 전류를 '방전 전류'로, 배터리(B)가 충전 중에 측정되는 배터리 전류를 '충전 전류'로 칭할 수 있다.
온도 센서(130)는, 배터리(B)로부터 소정 거리 내의 영역에 배치된다. 예컨대, 열전대 등이 온도 센서(130)로서 이용될 수 있다. 온도 센서(130)는, 소정 시간마다, 배터리(B)의 온도(이하, '배터리 온도'이라고 칭할 수 있음)를 측정하고, 측정된 배터리 온도를 나타내는 신호를 제어 회로(150)에게 출력하도록 구성된다.
메모리(140)는, 후술할 실시예들에 따른 배터리 관리 방법들을 실행하는 데에 필요한 프로그램 및 각종 데이터를 저장하도록 구성된다. 메모리(140)는, 예컨대 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
제어 회로(150)는, 차량 컨트롤러(2), 스위치(30), 전압 센서(110), 온도 센서(130), 전류 센서(120), 메모리(140) 및 통신 회로(160)에 동작 가능하게 결합된다. 두 구성이 동작 가능하게 결합된다는 것은, 두 구성 간에 단방향 또는 양방향으로 신호를 송수신 가능하게 연결되어 있음을 의미한다. 제어 회로(150)는, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
통신 회로(160)는, 차량 컨트롤러(2)와 통신 가능하게 결합될 수 있다. 통신 회로(160)는, 차량 컨트롤러(2)로부터의 메시지를 제어 회로(150)로 전송하고, 제어 회로(150)로부터의 메시지를 차량 컨트롤러(2)로 전송할 수 있다. 통신 회로(160)와 차량 컨트롤러(2) 간의 통신에는, 예를 들어, LAN(local area network), CAN(controller area network), 데이지 체인과 같은 유선 네트워크 및/또는 블루투스, 지그비, 와이파이 등의 근거리 무선 네트워크가 활용될 수 있다.
제어 회로(150)는, 배터리 전압, 배터리 전류 및/또는 배터리 온도를 기초로, 배터리(B)의 SOC를 결정할 수 있다. 배터리(B)의 사이클 중의 SOC의 결정은, 전류 적산법, 칼만 필터 등과 같은 공지의 방식이 활용될 수 있다. 배터리(B)가 휴지 상태로 있는 동안의 SOC의 결정에 관하여는, 이하에서 구체적으로 설명된다.
도 2는 OCV-SOC 커브를 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1의 배터리(B)가 사이클 기간과 휴지 기간을 거치는 동안의 배터리(B)의 SOC의 변화를 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 1의 배터리(B)의 사이클 기간 중, 전류 센서의 옵셋 에러에 의한 전류 적산치의 변화를 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 도 1의 배터리(B)가 충전 중에 휴지 상태로 전환된 경우의 배터리 전압의 변화를 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 6은 도 1의 배터리(B)가 방전 중에 휴지 상태로 전환된 경우의 배터리 전압의 변화를 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 7은 휴지 시간과 에러값 간의 대응 관계를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, OCV-SOC 커브(200)는, 배터리(B)의 히스테리시스가 완전히 해소된 때의 OCV와 SOC 간의 대응 관계를 규정하는 데이터 세트이다. 예를 들어, OCV-SOC 커브(200)는, 소정의 기준 온도(예, 25℃)로 유지되는 환경에서, 배터리(B)와 동일 사양인 다른 배터리(들)이 완전 충전된 때로부터 완전 방전될 때까지, 제1 테스트 시간에 걸친 정전류 방전과 제2 테스트 시간(예, 5일)에 걸친 휴지를 반복하는 방전 테스트의 결과로부터 미리 얻어진 데이터일 수 있다. 물론, OCV-SOC 커브를 결정하는 방식은 특별히 제한되는 것은 아니다. 메모리(140)에는, 다수의 온도 구간에 일대일 대응하는 다수의 OCV-SOC 커브가 미리 저장되어 있을 수 있다.
도 3은, 배터리(B)가 시점 t A0에서 충전으로부터 휴지 상태로 전환된 다음 시점 t A1에서 휴지 상태로부터 방전으로 전환되고, 시점 t B0에서 방전으로부터 휴지 상태로 전환되어 시점 t B1까지 휴지 상태로 유지되는 동안의 배터리(B)의 SOC의 시계열적 변화를 예시한다.
시점 t A0부터 시점 t A1까지를 '제1 휴지 기간'으로, 시점 t A1부터 시점 t B0까지를 '사이클 기간(도 3에서는 방전 기간)'으로, 시점 t B0부터 시점 t B1까지를 '제2 휴지 기간'으로 지칭하기로 한다. 제1 휴지 기간(t A0 ~ t A1)의 지속 시간인 제1 휴지 시간(Δt R1)은 (t A1 - t A0)이고, 사이클 기간(t A1 ~ t B0)의 지속 시간인 사이클 시간(Δt CD)은 (t B0 - t A1)이고, 제2 휴지 기간(t B0 ~ t B1)의 지속 시간인 제2 휴지 시간(Δt R2)은 (t B1 - t B0)이다. 시점 t B1을 기준으로, 제1 휴지 기간(t A0 ~ t A1)은 이미 종료되었기 때문에, 제1 휴지 시간(Δt R1)은 고정된 값이다. 반면, 시점 t B1을 기준으로, 제2 휴지 기간(t B0 ~ t B1)은 진행 중이기 때문에, 제2 휴지 시간(Δt R2)은 증가 중이다. 이에, 제1 휴지 시간(Δt R1)을 '고정 휴지 시간'으로, 제2 휴지 시간(Δt R2)을 '관심 휴지 시간'으로 각각 칭하기로 한다.
제어 회로(150)는, 배터리(B)의 충방전 중에 키-오프 신호를 수신 시, 키-오프 신호의 수신 시의 배터리(B)의 SOC인 기준 SOC를 결정하고, 배터리(B)의 휴지 기간을 시작할 수 있다. 휴지 기간의 시작은, 사이클 상태로부터 휴지 상태로의 전환을 의미한다. 예를 들어, 도 2, 도 3, 도 5 및 도 6에 있어서, SOC A0는 제1 휴지 기간(t A0 ~ t A1)의 시작 시점 t A0에서의 기준 SOC를 나타내고, SOC B0는 제2 휴지 기간(t B0 ~ t B1)의 시작 시점 t B0에서의 기준 SOC를 나타낸다. 제어 회로(150)는, OCV-SOC 커브(200)로부터, 기준 SOC(SOC A0)에 대응하는 기준 OCV(V A0) 및 기준 SOC(SOC B0)에 대응하는 기준 OCV(V B0)를 결정할 수 있다.
제어 회로(150)는, 배터리(B)의 휴지 중에 키-온 신호를 수신 시, 키-온 신호의 수신 시의 배터리 전압 및 SOC 각각을 나타내는 고정 OCV 및 고정 SOC를 결정하고, 배터리(B)의 사이클 기간을 시작할 수 있다. 사이클 기간의 시작은, 휴지 상태로부터 사이클 상태로의 전환을 의미한다. 예를 들어, 도 2에 있어서, V A1과 SOC A1는 각각 제1 휴지 기간(t A0 ~ t A1)의 종료 시점 t A1에서의 고정 OCV 및 고정 SOC를 나타낸다.
제어 회로(150)는, 배터리(B)의 휴지 중, 소정 시간(예, 1분)마다, 배터리 전압인 관심 OCV를 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 6에 있어서, V B1는 시점 t B1에서의 관심 OCV를 나타낸다. 제어 회로(150)는, OCV-SOC 커브(200)로부터, 관심 OCV(V B1)에 대응하는 관심 SOC(SOC B1)를 결정할 수 있다.
제어 회로(150)는, 배터리(B)의 충방전 중, 소정 시간마다, 배터리 전류의 전류 적산치를 결정할 수 있다. 도 4를 참조하면, 커브(401)는, 사이클 기간(t A1 ~ t B0)에 걸친 실제 배터리 전류의 변화를 예시한다. 도 2에서는, 사이클 기간(t A1 ~ t B0)에 걸쳐 배터리(B)가 방전되므로, 실제 배터리 전류를 음의 값으로 도 4에 도시하였다. 커브(402)는, 커브(401)에 대해 전류 센서(120)의 전류 옵셋 에러(ΔI OE)를 반영한 결과를 예시한다. 예컨대, 실제 배터리 전류가 -10 A이고, ΔI OE가 0.06 A인 경우, 전류 센서(120)에 의해 측정된 배터리 전류는 (-10-0.06) A와 (-10+0.06) A 사이이다.
커브(411)는, 커브(401)에 따른 전류 적산치의 변화를 예시한다. 커브(412)는, 커브(402)에 따른 전류 적산치의 변화를 예시한다. 도시된 바와 같이, 사이클 기간(t A1 ~ t B0)에 걸쳐 커브(401)와 커브(402) 간에 전류 옵셋 에러(ΔI OE)만큼의 차이가 유지될 경우, 시점 t B0에서는 커브(411)와 커브(412) 간에는 ΔQ OE = ΔI OE × Δt CD 만큼의 차이가 발생하게 된다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 고정 OCV(V A1)은, 시점 t A1에서의 실제 배터리 전압(V A2)에 대해 전압 센서(110)의 전압 옵셋 에러(ΔV OE)가 마이너스 방향으로 발생된 값일 수 있다. 이에 따라, 고정 SOC(SOC A1)와 SOC A2 간에는 ΔSOC OE1만큼의 차이가 발생할 수 있다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 관심 OCV(V B1)은, 시점 t B1에서의 실제 배터리 전압(V B2)에 대해 전압 옵셋 에러(ΔV OE)가 플러스 방향으로 발생된 값일 수 있다. 이에 따라, 관심 SOC(SOC B1)와 SOC B2 간에는 ΔSOC OE2만큼의 차이가 발생할 수 있다.
도 7에 있어서, 커브(701)는, 메모리(140)에 미리 기록된, 기준 SOC(SOC A0)에 대한 휴지 시간과 에러값 간의 대응 관계를 나타낸다. 커브(701)는, 소정의 기준 온도(예, 25℃)로 유지되는 환경에서, 배터리(B)와 동일 사양인 다른 배터리(들)을 SOC가 100%인 때부터 기준 SOC(SOC A0)가 될 때까지 정전류 방전을 진행한 다음, 휴지 상태로 전환하고, 휴지 시간과 배터리 전압을 모니터링하는 휴지 테스트의 결과로부터 미리 얻어진 데이터일 수 있다. 커브(701)는, 다양한 값들의 기준 SOC에 대하여 개별적으로 메모리(140)에 기록되어 있을 수 있다.
도 2, 도 5 및 도 7을 참조하면, Δt R1이 길수록 V A1이 V A0에 가까워지므로, SOC A0와 SOC A1의 차이인 ΔSOC RT1의 절대값이 감소한다. 제어 회로(150)는, 커브(701)로부터, Δt R1에 대응하는 에러값(E R1)을 결정할 수 있다. 에러값(E R1)은, 다음의 수식 1로 표현될 수 있다.
<수식 1>
Figure PCTKR2020018204-appb-img-000002
수식 1에서, V test_int1은 휴지 테스트에 의해 휴지 상태가 시작된 후에 최초로 측정된 배터리 전압, V test_R1은 휴지 테스트에 의해 휴지 상태가 Δt R1에 걸쳐 유지된 때에 측정된 배터리 전압이다.
커브(702)는, 메모리(140)에 기록된, 기준 SOC(SOC B0)에 대한 휴지 시간과 에러값 간의 대응 관계를 나타낸다. 커브(702)는, 소정의 기준 온도(예, 25℃)로 유지되는 환경에서, 배터리(B)와 동일 사양인 다른 배터리(들)을 SOC가 100%인 때부터 기준 SOC(SOC B0)가 될 때까지 정전류 방전을 진행한 다음, 휴지 상태로 전환하고, 휴지 시간과 배터리 전압을 모니터링하는 휴지 테스트의 결과로부터 미리 얻어진 데이터일 수 있다.
도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면, Δt R2이 길수록 V B1이 V B0에 가까워지므로, SOC B0와 SOC B1의 차이인 ΔSOC RT2의 절대값이 감소한다. 제어 회로(150)는, 커브(702)로부터, Δt R2에 대응하는 에러값(E R2)을 결정할 수 있다. 에러값(E R2)은, 다음의 수식 2로 표현될 수 있다.
<수식 2>
Figure PCTKR2020018204-appb-img-000003
수식 2에서, V test_int2은 휴지 테스트에 의해 휴지 상태가 시작된 후에 최초로 측정된 배터리 전압, V test_R2은 휴지 테스트에 의해 휴지 상태가 Δt R2에 걸쳐 유지된 때에 측정된 배터리 전압이다.
대안적으로, 메모리부(140)는, 커브(701) 대신 수식 1를 기록하고 있고, 커브(702) 대신 수식 2를 기록하고 있을 수 있다. 이 경우, 제어 회로(150)는, 수식 1의 V test_R1에 V A1를 대입하여 에러값(E R1)을 결정할 수 있고, 수식 2의 V test_R2에 V B1를 대입하여 에러값(E R2)을 결정할 수 있다.
도 8 내지 도 11은 도 1의 배터리 관리 시스템을 이용한 배터리 관리 방법들 각각의 순서도이다. 제어 회로(150)는, 배터리(B)의 휴지 중에 차량 컨트롤러로부터 키-온 신호를 수신한 것에 응답하여, 도 8의 방법을 실행 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 3에 도시된 시점 t A0부터 시점 t B0까지의 기간을 기준으로 설명한다.
도 1, 도 2 내지 도 6 및 도 8을 참조하면, 단계 S810에서, 제어 회로(150)는, 고정 휴지 시간(Δt R1), 고정 OCV(V A1) 및 고정 SOC(SOC A1)를 결정한다.
단계 S820에서, 제어 회로(150)는, 배터리(B)를 휴지 상태로부터 사이클 상태로 전환한다. 즉, 사이클 기간(t A1 ~ t B0)이 시작된다.
단계 S830에서, 제어 회로(150)는, 배터리 전류의 전류 적산치를 결정한다. 전류 적산치는, 전류 센서(120)에 의해 측정되는 배터리 전류를 사이클 기간(t A1 ~ t B0)의 시작 시점부터 소정 시간(예, 0.1초)마다 합산한 값으로서, 단위는 암페어시(Ah, ampere-hour)이다.
단계 S840에서, 제어 회로(150)는, 차량 컨트롤러(2)로부터 키-오프 신호가 수신되었는지 여부를 판정한다. 단계 S830은, 키-오프 신호가 수신될 때까지, 소정 시간(예, 0.1초)마다 반복될 수 있다.
도 8의 방법이 실행되는 중에 키-오프 신호가 수신된 경우, 도 8의 방법은 종료되고, 도 9의 방법이 개시될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 시점 t B0부터의 기간을 기준으로 설명한다.
도 1, 도 2 내지 도 6 및 도 9를 참조하면, 단계 S910에서, 제어 회로(150)는, 사이클 시간(Δt CD) 및 기준 SOC(SOC B0)를 결정한다.
단계 S920에서, 제어 회로(150)는, 배터리(B)를 사이클 상태로부터 휴지 상태로 전환한다. 즉, 제2 휴지 기간(t B0 ~ t B1)이 시작된다.
단계 S930에서, 제어 회로(150)는, 관심 휴지 시간(Δt R2), 관심 OCV(V B1) 및 관심 SOC(SOC B1)를 결정한다.
단계 S940에서, 제어 회로(150)는, 배터리(B)의 SOH를 결정한다. SOH는, 소정의 기준 용량에 대한 현재의 최대 용량의 비율을 0~1 또는 0~100%의 범위로 나타내는 배터리(B) 정보이다. 기준 용량은, 배터리(B)가 퇴화되지 않은 상태(즉, 신품)에서 배터리(B)에 최대로 저장 가능한 전하량을 나타낸다. 제어 회로(150)는, 다음의 수식 3을 이용하여, SOH를 결정할 수 있다.
<수식 3>
Figure PCTKR2020018204-appb-img-000004
수식 3에서, SOH R2는 제2 휴지 기간(t B0 ~ t B1)의 시작 시로부터 관심 휴지 시간(Δt R2)이 경과된 때의 SOH를 나타내고, Q int은 기준 용량을 나타내고, ΔQ CD은 도 8의 종료 전에 마지막으로 결정된 전류 적산치를 나타내고, ΔSOC CD는 고정 SOC(SOC A1)와 관심 SOC(SOC B1) 간의 차이를 나타내는 SOC 변화분을 나타낸다. 단계 S940에서 결정되는 SOH를 '임시 SOH'라고 칭할 수도 있다.
단계 S950에서, 제어 회로(150)는, 대표 에러 팩터를 결정한다. 대표 에러 팩터는, 단계 S940에서 결정된 SOH의 부정밀성을 나타내는 것이다. 대표 에러 팩터는, 실제 SOH와 단계 S940에서 결정된 SOH 간의 차이에 대응한다. 대표 에러 팩터의 결정에 관하여는, 도 10을 참조하여 이하에서 별도로 설명하겠다.
단계 S960에서, 제어 회로(150)는, 대표 에러 팩터를 기초로, 가중치를 결정한다. 가중치는, 단계 S940에서 결정된 SOH의 신뢰도를 나타낸다. 대표 에러 팩터가 클수록 단계 S940에서 결정된 SOH의 신뢰도는 낮아진다. 따라서, 대표 에러 팩터와 가중치는, 둘 중 하나의 감소가 다른 하나의 증가로 나타나는 관계를 가진다. 예를 들어, 제어 회로(150)는, 다음의 수식 4를 이용하여, 가중치를 결정할 수 있다.
<수식 4>
Figure PCTKR2020018204-appb-img-000005
수식 4에서, W SOH는 가중치를 나타내고, M은 1보다 큰 소정의 제1 변환 상수(예, 오일러 수 e)를 나타내고, K는 0보다 큰 소정의 제2 변환 상수(예, 0.8)를 나타내고, F SOH는 대표 에러 팩터를 나타낸다.
단계 S930~단계 S960에 의해 결정되는 값들은, 선입선출 규칙에 따라, 메모리부(140) 내의 소정 개수의 버퍼들에 순차적으로 기록될 수 있다. 버퍼란, 정보의 저장 영역이다.
단계 S970에서, 제어 회로(150)는, 카운트 인덱스를 1만큼 증가시킨다. 카운트 인덱스는, 제2 휴지 기간(t B0 ~ t B1) 동안 단계 S930~단계 S960가 반복 실행된 횟수를 나타낸다.
단계 S980에서, 제어 회로(150)는, 차량 컨트롤러로부터 키-온 신호가 수신되었는지 여부를 판정한다. 도 9의 방법이 실행되는 중에 키-온 신호가 수신된 경우, 도 9의 방법은 종료되고, 도 8의 방법이 개시될 수 있다. 도 9의 방법이 종료 시, 카운트 인덱스는 0으로 리셋될 수 있다.
단계 S930~단계 S970은, 키-온 신호가 수신될 때까지, 소정 시간(예, 1분)마다 반복될 수 있다.
도 10은 단계 S950의 서브 단계들을 예시적으로 나타낸 순서도이다.
도 10을 참조하면, 단계 S1010에서, 제어 회로(150)는, 사이클 시간(Δt CD), 전류 적산치(ΔQ CD) 및 전류 옵셋 에러(ΔI OE)를 기초로, 제1 에러 팩터를 결정한다. 제1 에러 팩터는, 사이클 시간(Δt CD)과 전류 옵셋 에러(ΔI OE)의 곱을 전류 적산치(ΔQ CD)로 나눈 값과 동일할 수 있다. 제1 에러 팩터는, 사이클 기간(t A1 ~ t B0)에 걸쳐 누적된 전류 옵셋 에러(ΔI OE)로 인해 발생된, 단계 S940에서 결정된 SOH 내의 에러 성분에 대응한다.
단계 S1020에서, 제어 회로(150)는, 고정 OCV, 고정 SOC, 관심 OCV, 관심 SOC 및 전압 옵셋 에러를 기초로, 제2 에러 팩터 및 제3 에러 팩터를 결정한다.
제2 에러 팩터의 결정에 대해서 설명한다. 제어 회로(150)는, 고정 OCV(V A1)에 전압 옵셋 에러(ΔV OE)를 가산 또는 감산하여, 제1 보정된 OCV를 결정한다. 이 경우, 제1 보정된 OCV는, (V A1+ΔV OE) 또는 (V A1-ΔV OE)와 동일하다. 다음, 제어 회로(150)는, OCV-SOC 커브(200)로부터, 제1 보정된 OCV에 대응하는 제1 보정된 SOC를 결정한다. 이어서, 제어 회로(150)는, 고정 SOC(SOC A1)와 제1 보정된 SOC 간의 차이를 SOC 변화분(ΔSOC CD)으로 나눈 값과 동일하게, 제2 에러 팩터를 결정할 수 있다. 제2 에러 팩터는, 사이클 기간(t A1 ~ t B0)의 시작 시점(t A1)에서의 전압 옵셋 에러(ΔV OE)로 인해 발생된, 단계 S940에서 결정된 SOH 내의 에러 성분에 대응한다.
제3 에러 팩터의 결정에 대해서 설명한다. 제어 회로(150)는, 관심 OCV(V B1)에 전압 옵셋 에러(ΔV OE)를 가산 또는 감산하여, 제2 보정된 OCV를 결정한다. 이 경우, 제2 보정된 OCV는, (V B1+ΔV OE) 또는 (V B1-ΔV OE)와 동일하다. 다음, 제어 회로(150)는, OCV-SOC 커브(200)로부터, 제2 보정된 OCV에 대응하는 제2 보정된 SOC를 결정한다. 이어서, 제어 회로(150)는, 관심 SOC(SOC B1)와 제2 보정된 SOC 간의 차이를 SOC 변화분(ΔSOC CD)으로 나눈 값과 동일하게, 제3 에러 팩터를 결정할 수 있다. 제3 에러 팩터는, 제2 휴지 기간(t B0 ~ t B1) 중의 시점(t B1)에서의 전압 옵셋 에러(ΔV OE)로 인해 발생된, 단계 S940에서 결정된 SOH 내의 에러 성분에 대응한다.
단계 S1030에서, 제어 회로(150)는, 고정 휴지 시간(Δt R1)을 기초로, 제4 에러 팩터를 결정할 수 있다. 도 7을 참조하면, 제4 에러 팩터는, 수식 1에 따른 에러값(E R1)과 동일할 수 있다. 제4 에러 팩터는, 고정 휴지 시간(Δt R1)이 충분히 길지 않음으로 인해 발생된, 단계 S940에서 결정된 SOH 내의 에러 성분에 대응한다.
단계 S1040에서, 제어 회로(150)는, 관심 휴지 시간(Δt R2)을 기초로, 제5 에러 팩터를 결정할 수 있다. 도 7을 참조하면, 제5 에러 팩터는, 수식 2에 따른 에러값(E R2)과 동일할 수 있다. 제5 에러 팩터는, 관심 휴지 시간(Δt R2)이 충분히 길지 않음으로 인해 발생된, 단계 S940에서 결정된 SOH 내의 에러 성분에 대응한다.
도 10에는, 단계 S1010부터 단계 S1040이 순차적으로 실행되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적일 뿐이며, 이들의 순서가 변경되더라도 무방하다.
대표 에러 팩터는, 제어 회로(150)는, 하기의 수식 5를 이용하여, 대표 에러 팩터를 결정할 수 있다.
<수식 5>
Figure PCTKR2020018204-appb-img-000006
수식 5에서, F SOH는 대표 에러 팩터, F i는 제i 에러 팩터, w i는 0보다 큰 제i 소정의 가중치를 나타낸다. 예컨대, w 1, w 2, w 3, w 4 및 w 5는 각각 1일 수 있다.
도 11의 방법은, 단계 S970가 실행될 때마다 개시될 수 있다.
단계 S1110에서, 제어 회로(150)는, 카운트 인덱스가 소정값 N(예, 10) 이상인지 여부를 판정한다. 즉, 제어 회로(150)는, 적어도 N개의 SOH와 적어도 N개의 가중치가 메모리부(140) 내의 버퍼들에 순차적으로 저장되었는지 여부를 판정한다. 단계 S1110의 값이 "예"인 것은, 단계 S930~단계 S970가 제2 휴지 기간(t B0 ~ t B1) 동안 적어도 N번 실행된 것을 의미한다.
단계 S1120에서, 제어 회로(150)는, 메모리부(140)로부터, 최근에 결정된 순서로 N개의 SOH을 획득한다. 즉, 제어 회로(150)는, 메모리부(140)에 마지막으로 기록된 SOH부터 소급하여 N개의 SOH의 값을 나타내는 데이터 세트를 획득한다.
단계 S1130에서, 제어 회로(150)는, 메모리부(140)로부터, 최근에 결정된 순서로 N개의 가중치를 획득한다. 즉, 제어 회로(150)는, 메모리부(140)에 마지막으로 기록된 가중치부터 소급하여 N개의 가중치를 나타내는 데이터 세트를 획득한다.
단계 S1140에서, 제어 회로(150)는, N개의 SOH 및 N개의 가중치를 기초로, 유효 SOH를 결정한다. 유효 SOH는, N개의 가중치에 의한 N개의 SOH의 가중 평균일 수 있다. 예컨대, N개의 SOH로서 SOH R2[1] ~ SOH R2[N]가 획득되고, N개의 가중치로서 W SOH[1]~ W SOH[N]가 획득되었다고 해보자. 그러면, 제어 회로(150)는, 하기의 수식 6을 이용하여, 유효 SOH를 결정할 수 있다.
<수식 6>
Figure PCTKR2020018204-appb-img-000007
수식 6에서, SOH eff는 유효 SOH를 나타낸다.
제어 회로(150)는, 유효 SOH가 임계치(예, 75%) 이하인 경우, 소정의 보호 동작을 실행할 수 있다. 보호 동작은, 예컨대 알람 메시지의 출력, 스위치(30)의 오프 등이다. 알람 메시지는 통신부(160)를 통해 차량 컨트롤러(2)에 전송될 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 (13)

  1. 배터리를 통해 흐르는 전류를 나타내는 배터리 전류를 측정하도록 구성되는 전류 센서;
    상기 배터리의 양단에 걸친 전압을 나타내는 배터리 전압을 측정하도록 구성되는 전압 센서; 및
    상기 전압 센서 및 상기 전류 센서에 결합되는 제어 회로를 포함하되,
    상기 제어 회로는,
    상기 배터리에 대한 제1 휴지 기간 중의 제1 시점에서 키-온 신호를 수신 시, 상기 제1 시점에서의 상기 배터리 전압인 고정 OCV(Open Circuit Voltage) 및 상기 제1 시점에서의 상기 배터리의 SOC(State Of Charge)인 고정 SOC를 결정하고, 상기 배터리에 대한 사이클 기간을 시작하고,
    상기 사이클 기간 중, 상기 배터리 전류의 전류 적산치를 결정하고,
    상기 사이클 기간 중의 제2 시점에서 키-오프 신호를 수신 시, 상기 배터리에 대한 제2 휴지 기간을 시작하고,
    상기 제2 휴지 기간 중, 상기 배터리 전압인 관심 OCV에 대응하는 상기 배터리의 SOC인 관심 SOC를 결정하고,
    상기 고정 SOC, 상기 전류 적산치 및 상기 관심 SOC를 기초로, 상기 배터리의 SOH(State Of Heath)를 결정하도록 구성되는 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 제1 휴지 기간의 시작 시점부터 상기 제1 시점까지의 시간인 고정 휴지 시간, 상기 사이클 기간의 시작 시점부터 상기 제2 시점까지의 시간인 사이클 시간, 상기 제2 휴지 기간의 시작 시점으로부터 경과된 시간인 관심 휴지 시간을 더 결정하도록 구성되는 배터리 관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 사이클 시간, 상기 전류 적산치 및 전류 옵셋 에러를 기초로, 제1 에러 팩터를 결정하되, 상기 전류 옵셋 에러는 상기 전류 센서의 옵셋 에러를 나타내고,
    상기 고정 OCV, 상기 고정 SOC, 상기 관심 OCV, 상기 관심 SOC 및 전압 옵셋 에러를 기초로, 제2 에러 팩터 및 제3 에러 팩터를 결정하되, 상기 전압 옵셋 에러는 상기 전압 센서의 옵셋 에러를 나타내고,
    상기 고정 휴지 시간을 기초로, 제4 에러 팩터를 결정하고,
    상기 관심 휴지 시간을 기초로, 제5 에러 팩터를 결정하고,
    상기 제1 내지 제5 에러 팩터를 기초로, 대표 에러 팩터를 결정하고,
    상기 대표 에러 팩터를 기초로, 상기 SOH의 신뢰도를 나타내는 가중치를 결정하도록 구성되는 배터리 관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 사이클 시간과 상기 전류 옵셋 에러의 곱을 상기 전류 적산치로 나눈 값과 동일하게 상기 제1 에러 팩터를 결정하도록 구성되는 배터리 관리 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 고정 SOC와 상기 관심 SOC 간의 차이를 나타내는 SOC 변화분을 결정하고,
    상기 고정 OCV에 상기 전압 옵셋 에러를 가산 또는 감산하여, 제1 보정된 OCV를 결정하되,
    소정의 OCV 커브로부터, 상기 제1 보정된 OCV에 대응하는 제1 보정된 SOC를 결정하되, 상기 OCV 커브는 상기 배터리의 히스테리스가 0인 경우의 OCV와 SOC 간의 대응 관계를 규정하고,
    상기 고정 SOC와 상기 제1 보정된 SOC 간의 차이를 상기 SOC 변화분으로 나눈 값과 동일하게, 상기 제2 에러 팩터를 결정하도록 구성되는 배터리 관리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 관심 OCV에 상기 전압 옵셋 에러를 가산 또는 감산하여, 제2 보정된 OCV를 결정하고,
    상기 OCV 커브로부터, 상기 제2 보정된 OCV에 대응하는 제2 보정된 SOC를 결정하고,
    상기 관심 SOC와 상기 제2 보정된 SOC 간의 차이를 상기 SOC 변화분으로 나눈 값과 동일하게, 상기 제3 에러 팩터를 결정하도록 구성되는 배터리 관리 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    제1 에러 커브로부터, 상기 고정 휴지 시간에 대응하는 제1 에러값과 동일하게 상기 제4 에러 팩터를 결정하도록 구성되되,
    상기 제1 에러 커브는, 상기 제1 휴지 기간의 시작 시점에서의 상기 배터리의 SOC인 제1 기준 SOC에 대한 휴지 시간과 에러값 간의 대응 관계를 규정하는 데이터인 배터리 관리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    제2 에러 커브로부터, 상기 관심 휴지 시간에 대응하는 제2 에러값과 동일하게 상기 제5 에러 팩터를 결정하도록 구성되되,
    상기 제2 에러 커브는, 상기 제2 휴지 기간의 시작 시점에서의 상기 배터리의 SOC인 제2 기준 SOC에 대한 휴지 시간과 에러값 간의 대응 관계를 규정하는 데이터인 배터리 관리 시스템.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    하기의 수식을 이용하여, 상기 가중치를 결정하도록 구성되는 배터리 관리 시스템.
    <수식>
    Figure PCTKR2020018204-appb-img-000008
    (W SOH는 상기 가중치, M은 1보다 큰 소정의 제1 변환 상수, K는 0보다 큰 소정의 제2 변환 상수, F SOH는 상기 대표 에러 팩터)
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 제2 휴지 기간 중, 최근에 결정된 순서로 소정 개수의 상기 SOH과 상기 소정 개수의 상기 가중치를 기초로, 상기 소정 개수의 상기 SOH의 가중 평균인 유효 SOH을 결정하도록 구성되는 배터리 관리 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 따른 상기 배터리 팩을 포함하는 전기 차량.
  13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 관리 시스템에 의해 실행 가능한 배터리 관리 방법.
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