WO2024058404A1 - 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 충전 시간 예측 방법 - Google Patents

배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 충전 시간 예측 방법 Download PDF

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WO2024058404A1
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mth
battery
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charging
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PCT/KR2023/010664
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김재구
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Definitions

  • the present invention relates to a technology for estimating the remaining charging time of a battery.
  • lithium batteries have almost no memory effect compared to nickel-based batteries, so they can be freely charged and discharged, and have a very high self-discharge rate. It is attracting attention due to its low and high energy density.
  • the charging rate (Current rate, also known as 'C-rate') of the charging current is small, a very long time is required to fully charge the battery.
  • the charging rate is too high, the side effect is that the battery deteriorates quickly. Therefore, during constant current charging, it is necessary to adjust the charging current step by step according to the state of the battery.
  • the charging rate (C-rate) is the charging current divided by the maximum capacity of the battery, and 'C' is used as the unit.
  • the 'multi-stage constant-current charging protocol' can be used to gradually change several predetermined charging rates for constant current charging.
  • a charging map can be created for each of a plurality of temperature sections, and each charging map is a table or function in which the relationship between a plurality of reference current values (charge rate) and a plurality of conversion conditions associated with a specific temperature section is recorded.
  • a specific transition condition e.g., SOC reaches 60%
  • the charging current of the next charging rate is applied to the battery. can be supplied.
  • the remaining charging time to the target SOC was predicted by assuming that the output power from the charger was sufficiently large so that the charging current at the charging rate according to the multi-stage constant current charging protocol could flow through the battery.
  • the maximum output power of the charger may sometimes be less than the charging power required for constant current charging of the battery, and in such cases, charging of the battery proceeds by constant power charging mode instead of constant current charging mode.
  • constant current charging mode There is a significant difference in battery charging speed depending on whether constant current charging mode or constant power charging mode is implemented. Therefore, in charging conditions where the output power of the charger is insufficient, there is a problem in that there is a large deviation between the predicted value of the remaining charging time and the actual charging time required.
  • the present invention was developed to solve the above problems, and is based on the results of comparing the charging power required for each stage (SOC range) and the maximum output power of the charger during battery charging according to the multi-stage constant current charging protocol.
  • a battery management system that can improve the prediction accuracy of the total remaining time until the SOC of the battery reaches the target SOC by repeating the process of predicting the time required for charging at the corresponding stage, the battery management system
  • the purpose is to provide a battery charging time prediction method that can be implemented in a battery pack including a battery pack, an electric vehicle including the battery pack, and the battery management system.
  • a battery management system includes a memory configured to store a plurality of reference charge maps associated with a plurality of temperature sections; A sensing unit configured to detect the voltage, current, and temperature of the battery; and a control unit configured to determine an estimated SOC value of the battery based on the voltage detection value and current detection value of the battery.
  • Each of the plurality of reference charging maps includes first to M reference current values and first to M reference power curves associated with the first to M SOC sections (M is a natural number of 2 or more).
  • the control unit determines the m-th reference power curve and the m-th reference associated with the m-th SOC section (m is a natural number less than or equal to M) to which the SOC estimate value belongs from the reference charge map associated with the temperature section to which the temperature detection value of the battery belongs. It may be configured to obtain a current value.
  • the control unit determines the difference between the end point of the mth SOC section and the SOC estimated value, and the mth reference current according to a result of comparing the maximum output power of the charger that supplies charging power to the battery and the mth reference power curve. Based on at least one of the value, the maximum output power, and the mth reference power curve, determine the mth charging time predicted value indicating the time required for the SOC of the battery to reach the end point of the mth SOC section. It can be configured.
  • the control unit in response to the maximum output power of the charger being greater than or equal to the maximum power value of the mth reference power curve, continues until the SOC of the battery reaches the end point of the mth SOC section from the SOC estimate value. It may be configured to determine the expected time required when implementing a constant current charging mode using a reference current value as the mth charging time predicted value.
  • the control unit in response to the maximum output power of the charger being less than or equal to the minimum power value of the mth reference power curve, outputs the maximum output until the SOC of the battery reaches the end point of the mth SOC section from the SOC estimate value. It may be configured to determine the expected time required when implementing a constant power charging mode using electric power as the mth charging time predicted value.
  • the control unit in response to the fact that the maximum output power of the charger is between the minimum power value and the maximum power value of the mth reference power curve, represents the SOC at the intersection of the mth reference power curve and the maximum output power.
  • Determine the SOC and calculate the mth charging time predicted value based on the SOC estimate, the intersection SOC, the end point of the mth SOC section, the mth reference current value, the maximum output power, and the mth reference power curve. It can be configured to decide.
  • the control unit determines the mth constant current charging time predicted value, which represents the expected time required when implementing the constant current charging mode using the mth reference current value until the SOC of the battery reaches the intersection SOC from the SOC estimate value. It can be configured to do so.
  • the control unit indicates the mth constant power charging time expected when implementing the constant power charging mode using the maximum output power until the SOC of the battery reaches the end point of the mth SOC section from the cross SOC. It may be configured to determine a time forecast.
  • the control unit may be configured to determine the mth charging time predicted value equal to the sum of the mth constant current charging time predicted value and the mth constant power charging time predicted value.
  • the control unit further determines a temperature prediction value at the starting point of the (m+1)th SOC section when there is at least one SOC section following the mth SOC section among the first to Mth SOC sections. It can be configured to do so.
  • the control unit Based on the mth reference current value and the mth charging time predicted value, the control unit provides a predicted temperature change amount from the SOC of the battery until it reaches the starting point of the (m+1)th SOC section from the SOC estimate value. It can be configured to determine .
  • the control unit may be configured to determine the predicted temperature value at the starting point of the (m+1)th SOC section by adding the predicted temperature change from the SOC estimate to the end point of the mth SOC section to the temperature detection value. there is.
  • the control unit determines the temperature at the starting point of the k-th SOC section. It may be configured to obtain a kth reference power curve and a kth reference current value associated with the kth SOC section from a reference charge map associated with the temperature section to which the predicted value belongs. The control unit determines the size of the kth SOC section, the kth reference current value, the maximum output power, and the kth reference power curve according to a comparison result between the maximum output power of the charger and the kth reference power curve. Based on at least one of the above, the SOC of the battery may be configured to determine a k-th charging time predicted value indicating the time required for the SOC to reach the end point of the k-th SOC section.
  • the control unit in response to the completion of the determination of the charging time prediction value in the M-th SOC section, sums the m-th to M-th charging time prediction values determined for the m-th to M-th SOC sections, and SOC may be configured to determine the total remaining time from the SOC estimate until reaching the end point of the Mth SOC section.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention includes the battery management system.
  • An electric vehicle includes the battery pack.
  • a method for predicting a battery charging time includes determining an estimated SOC value of the battery based on a voltage detection value and a current detection value of the battery, a plurality of reference charging maps associated with a plurality of temperature sections - Each reference charging map includes first to M reference current values and first to M reference power curves associated with the first to M SOC sections (M is a natural number of 2 or more) - wherein the temperature detection value belongs.
  • the step of determining the m-th charging time predicted value may include, in response to the maximum output power of the charger being greater than or equal to the maximum power value of the m-th reference power curve, the SOC of the battery being determined from the SOC estimate value to the end point of the m-th SOC section.
  • the expected time required when implementing the constant current charging mode using the mth reference current value until it reaches can be determined by using the mth charging time predicted value.
  • Determining the m-th charging time predicted value may include, in response to the maximum output power of the charger being less than or equal to the minimum power value of the m-th reference power curve, the SOC of the battery being determined from the SOC estimate value to the end point of the m-th SOC section.
  • the expected time required when implementing the constant power charging mode using the maximum output power until it reaches can be determined by using the mth charging time predicted value.
  • Determining the m-th charging time predicted value may include, in response to the maximum output power of the charger being between the minimum power value and the maximum power value of the m-th reference power curve, the maximum output power from the m-th reference power curve. determining a cross SOC associated with the power value equal to the power; determining an mth constant current charging time predicted value indicating the time expected to take when implementing a constant current charging mode using the mth reference current value until the SOC of the battery reaches the intersection SOC from the SOC estimate value; Determine an mth constant power charging time predicted value indicating the expected time required when implementing the constant power charging mode using the maximum output power until the SOC of the battery reaches the end point of the mth SOC section from the cross SOC. steps; and determining the mth charging time predicted value to be equal to the sum of the mth constant current charging time predicted value and the mth constant power charging time predicted value.
  • the corresponding stage By repeating the process of predicting the time required for charging, the prediction accuracy of the total remaining time until the SOC of the battery reaches the target SOC can be improved.
  • a charging map is used to predict the amount of change in battery temperature in each stage and predict the charging time in the subsequent stage using the predicted amount of change in battery temperature. By selecting this, the prediction accuracy of the charging time for each stage can be improved.
  • the end point of the corresponding stage is adjusted according to the difference between the predicted temperature change amount for each stage and the actual temperature change amount, thereby improving the safety of the charging procedure to be resumed in the future. Battery life can be prolonged.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of an electric vehicle according to the present invention.
  • 2 to 4 are diagrams referenced in explaining exemplary reference charging maps used in a charging procedure using a multi-stage constant current charging protocol.
  • 5 is a diagram referenced to explain the influence of the maximum output power of the charger on the charging procedure using a multi-stage constant current charging protocol.
  • Figure 6 is a flowchart illustrating a method for predicting battery charging time according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart exemplarily showing subroutines of step S630 shown in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a flowchart exemplarily showing subroutines of step S750 shown in FIG. 7.
  • Figure 9 is a schematic diagram referenced to explain the first and second thermal models used to predict the amount of temperature change for each SOC section according to the multi-stage constant current charging protocol.
  • Figure 10 is a flowchart illustrating a method for predicting battery charging time according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 11 is a flowchart illustrating a method for predicting battery charging time according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of an electric vehicle according to the present invention.
  • the electric vehicle 1 includes a vehicle controller 2, a battery pack 10, a relay 20, an inverter 30, and an electric motor 40.
  • the charge/discharge terminals (P+, P-) of the battery pack 10 may be electrically coupled to the charger 3 through a charging cable or the like.
  • the charger 3 may be included in the electric vehicle 1 or may be provided at a charging station.
  • the vehicle controller 2 (e.g., ECU: Electronic Control Unit) responds to the start button (not shown) provided in the electric vehicle 1 being switched to the ON position by the user, and sends a key-on signal to the battery management. It is configured to transmit to the system 100.
  • the vehicle controller 2 is configured to transmit a key-off signal to the battery management system 100 in response to the ignition button being switched to the OFF position by the user.
  • the charger 3 may communicate with the vehicle controller 2 and supply charging power of constant current or constant voltage through the charge/discharge terminals (P+, P-) of the battery pack 10.
  • the battery pack 10 includes a battery 11 and a battery management system 100.
  • the battery 11 includes a cell group 12 and a case 13.
  • the case 13 defines the overall appearance of the battery 11 and provides an internal space where the cell group 12 can be placed.
  • the case 13 is fixed to the battery room provided in the electric vehicle 1 using bolts or the like.
  • the cell group 12 is disposed (stored) in the internal space provided from the case 13 and includes at least one battery cell BC.
  • the type of battery cell BC is not particularly limited as long as it can be repeatedly charged and discharged, such as a lithium ion cell.
  • the cell group 12 includes a plurality of battery cells
  • these plurality of battery cells may be connected in series, parallel, or in a mixture of series and parallel.
  • the relay 20 is electrically connected in series to the battery 11 through a power path connecting the battery 11 and the inverter 30.
  • the relay 20 is illustrated as connected between the positive terminal and the charge/discharge terminal (P+) of the battery 11.
  • the relay 20 is controlled on and off in response to a switching signal from the battery management system 100.
  • the relay 20 may be a mechanical contactor turned on and off by the magnetic force of the coil, or a semiconductor switch such as a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the inverter 30 is provided to convert direct current from the cell group 12 to alternating current in response to commands from the battery management system 100 or the vehicle controller 2.
  • the electric motor 40 is driven using alternating current power from the inverter 30.
  • a three-phase alternating current motor 40 can be used.
  • the battery management system 100 includes a voltage sensor 111, a current sensor 113, a battery temperature sensor 115, and a control unit 130.
  • the battery management system 100 may further include an outdoor temperature sensor 117.
  • the battery management system 100 may further include a communication circuit 150.
  • the voltage sensor 111 is connected in parallel to the battery 11 and is configured to detect the battery voltage, which is the voltage across both ends of the battery 11, and generate a voltage signal representing the detected battery voltage.
  • the current sensor 113 is connected in series to the battery 11 through a current path between the battery 11 and the inverter 30.
  • Current sensor 113 is configured to detect battery current, which is the current flowing through battery 11, and generate a current signal representing the detected battery current.
  • the current sensor 113 may be implemented as one or a combination of two or more of known current detection elements such as a shunt resistor and a Hall effect element.
  • Battery temperature sensor 115 is configured to detect battery temperature and generate a temperature signal representative of the detected battery temperature.
  • the battery temperature sensor 115 may be disposed within the case 13 to detect a temperature close to the actual temperature of the battery 11.
  • the battery temperature sensor 115 may be attached to the surface of at least one battery cell BC included in the cell group 12, and may detect the surface temperature of the battery cell BC as the battery temperature.
  • the voltage sensor 111, current sensor 113, and battery temperature sensor 115 may be referred to as a 'sensing unit'.
  • the outdoor temperature sensor 117 is configured to detect the outdoor temperature (ambient temperature), which is the temperature of a predetermined position spaced apart from the battery 11, and generate a temperature signal representing the detected outdoor temperature.
  • the outside temperature sensor 117 may be placed at a predetermined location outside the case 13 where heat exchange between the battery 11 and the outside air occurs.
  • Each of the battery temperature sensor 115 and the outdoor temperature sensor 117 may be implemented as one or a combination of two or more of known temperature detection elements such as a thermocouple, thermistor, and bimetal.
  • the communication circuit 150 is configured to support wired or wireless communication between the control unit 130 and the vehicle controller 2.
  • Wired communication may be, for example, CAN (controller area network) communication
  • wireless communication may be, for example, ZigBee or Bluetooth communication.
  • the type of communication protocol is not particularly limited as long as it supports wired and wireless communication between the control unit 130 and the vehicle controller 2.
  • the communication circuit 150 may include an output device (eg, display, speaker) that provides information received from the control unit 130 and/or the vehicle controller 2 in a form recognizable to the user.
  • the control unit 130 is operably coupled to the relay 20, voltage sensor 111, current sensor 113, battery temperature sensor 115, outdoor temperature sensor 117, and communication circuit 150. That two components are operably combined means that the two components are directly or indirectly connected to enable transmission and reception of signals in one direction or two directions.
  • the control unit 130 receives a voltage signal from the voltage sensor 111, a current signal from the current sensor 113, a temperature signal from the battery temperature sensor 115 (which may be referred to as a 'battery temperature signal'), and/or A temperature signal (which may be referred to as an 'outside temperature signal') from the outside temperature sensor 117 may be collected.
  • the control unit 130 can convert and record each analog signal collected from the sensors 111, 113, 115, and 117 into digital values using an analog to digital converter (ADC) provided therein.
  • ADC analog to digital converter
  • the control unit 130 may be referred to as a 'control circuit' or a 'battery controller', and may be hardware-wise comprised of application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), and programmable logic (PLDs). devices), FPGAs (field programmable gate arrays), microprocessors, and other electrical units for performing functions.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • microprocessors and other electrical units for performing functions.
  • the memory 140 may be, for example, a flash memory type, a hard disk type, a solid state disk type, an SDD type (Silicon Disk Drive type), or 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 memory 140 can store data and programs required for calculation operations by the control unit 130.
  • the memory 140 can store data representing the results of calculation operations by the control unit 130.
  • the memory 140 is shown in FIG. 1 as being physically independent from the control unit 130, it may also be built into the control unit 130.
  • Memory 140 may store at least one reference charging map associated with a multi-stage constant current charging protocol for battery 11 . Each reference charging map will be described in more detail below.
  • the control unit 130 may turn on the relay 20 in response to the key-on signal.
  • the control unit 130 may turn off the relay 20 in response to the key-off signal.
  • the key-off signal indicates a transition from an active state to an idle state.
  • the vehicle controller 2 may be responsible for on-off control of the relay 20 instead of the control unit 130.
  • the use state is a state in which the battery 11 is being charged and discharged, and may also be referred to as a 'cycle state'.
  • the dormant state is a state in which charging and discharging of the battery 11 is stopped, and may also be referred to as a 'calendar state'.
  • the control unit 130 detects a voltage detection value, a current detection value, a battery temperature detection value, and an external temperature signal based on a voltage signal, a current signal, a battery temperature signal, and an external temperature signal.
  • the state of charge (SOC) of the battery 11 may be determined (estimated) based on the voltage detection value, current detection value, and/or battery temperature detection value.
  • SOC is the ratio of the remaining capacity to the fully charged capacity (maximum capacity) of the battery 11, and is usually processed in the range of 0 to 1 or 0 to 100%.
  • known methods such as ampere counting, OCV (Open Circuit Voltage)-SOC curve, and/or Kalman filter may be used. For reference, simply referring to 'temperature detection value' in this specification may refer to the battery temperature detection value.
  • the maximum capacity of the battery 11 can be estimated using any one or a combination of two or more of various known methods.
  • the control unit 130 calculates the accumulated current amount over the period from when the SOC of the battery 11 is at the first value until it reaches the second value.
  • the current maximum capacity of the battery 11 can be calculated by dividing by the difference of 2 values.
  • the control unit 130 multiplies the state of health (SOH) calculated through any one of various known methods or a combination of two or more by a predetermined design capacity (maximum capacity of a new battery) to obtain the current maximum capacity of the battery 11. Capacity can also be determined.
  • 2 to 4 are diagrams referenced in explaining exemplary reference charging maps used in a charging procedure using a multi-stage constant current charging protocol.
  • a plurality of reference charging maps may be stored in the memory 151 .
  • a plurality of reference charging maps may be one-to-one related to a plurality of temperature ranges (CM 1 to CM N, where N is a natural number of 2 or more).
  • CM n is a natural number less than or equal to N
  • CM 1 to CM N is a natural number less than 25°C
  • the graph shown in Figure 2 illustrates a baseline current profile 200 showing the change in charge current for a SOC over the entire SOC range.
  • the entire SOC range is divided into the first to Mth SOC sections (Z[1] to Z[M], where M is a natural number of 2 or more).
  • M 4 is illustrated in FIGS. 2 to 4.
  • the starting point of the first SOC section (Z[1]) is the same as the starting point of the entire SOC range (e.g., SOC 0%)
  • the end point of the M SOC section (Z[M]) is the same as the end point of the entire SOC range (e.g., SOC 100%).
  • the endpoint of the entire SOC range can be preset as the target SOC.
  • the end point of the preceding section may coincide with the starting point of the following section.
  • the end point (eg, 50%) of the first SOC section (Z[1]) coincides with the start point (eg, 50%) of the second SOC section (Z[2]).
  • the first to Mth SOC sections (Z[1] to Z[M]) are associated with the first to Mth reference current values (I#1 to I#M) on a one-to-one basis, and each reference The current value represents the charging current for constant current charging in the SOC section associated with it.
  • the reference current profile 200 the reference current value for a specific SOC section is single, which indicates that the reference current value is for constant current charging in the SOC section associated with it. That is, if the charger 3 can supply sufficiently large output power, the battery 11 can be charged at a constant current by a charging current according to the reference current profile 200.
  • the first to fourth reference current values (I#1 to I#4) have increased SOC, such as 8 [A], 6 [A], 4 [A], and 2 [A]. It can be predetermined to gradually decrease as time goes by.
  • the graph shown in FIG. 3 illustrates a reference voltage profile 300 showing the change in battery voltage for SOC over the entire SOC range.
  • the reference voltage profile 300 repeats a charging test of periodically measuring the voltage of each sample battery while charging at least one sample battery having the same specifications as the battery 11 according to the reference current profile 200. It may have been obtained in advance from the results of the implementation.
  • Reference voltage profile 300 may be recorded in memory 151 as a time series or multi-order function of battery voltage relative to SOC.
  • the graph shown in FIG. 4 illustrates a reference power profile 400 showing the change in charging power for a SOC over the entire SOC range.
  • the reference power profile 400 periodically measures the charging power supplied to each sample battery while charging at least one sample battery having the same specifications as the battery 11 according to the reference current profile 200. It may have been obtained in advance from the results of repeated tests.
  • the reference power profile 400 may be recorded in the memory 151 as a time series or multi-order function of charging power for the SOC.
  • Reference power profile 400 is substantially equal to the product of reference current profile 200 and reference voltage profile 300 over the entire SOC range. That is, the charging power on the reference power profile 400 in a specific SOC is equal to the product of the voltage value on the reference voltage profile 300 and the current value on the reference current profile 200 in the specific SOC. What is noteworthy is that in each SOC section, the voltage of the battery 11 increases while the reference current value is constant, so the charging power gradually increases.
  • a portion of the reference power profile 400 which represents the change in power in a specific SOC section, will hereinafter be referred to as a 'reference power curve'. That is, the reference power profile 400 includes consecutive first to fourth reference power curves (P#1 to P#4). For reference, in the reference current profile 200 shown in FIG.
  • the reference charging map (CM n ) associated with a specific temperature section includes a reference current profile 200, a reference voltage profile 300, and a reference power profile 400, which were previously acquired through testing in the same temperature section. can do.
  • At least one reference charging map among the plurality of reference charging maps is one-to-one related to the first to M SOC sections (Z[1] to Z[M]). It includes first to Mth reference power curves (P#1 to P#M) and first to Mth reference current values (I#1 to I#M).
  • the reference power curve of the reference charging map associated with one temperature section (e.g., 0°C or more but less than 10°C) is different from the reference power curve of another reference charge map associated with a different temperature section (e.g., 10°C or more but less than 25°C). It may be different from the reference power curve.
  • the reference current value recorded in the reference charging map associated with one temperature section e.g., 0°C or more and less than 10°C
  • another temperature section e.g., 10°C or more and less than 25°C. It may be different from the reference current value recorded in other reference charging maps.
  • FIGS. 2 to 4 should be understood as a simple example when explaining the present invention.
  • the upper limit of the entire SOC range i.e., target SOC
  • the upper limit of the entire SOC range may be set to a value less than 100% (e.g., 98%).
  • the battery 11 may be charged in the constant voltage charging mode instead of the constant current charging mode or the constant power charging mode.
  • m is a natural number less than or equal to M.
  • m is used as a section index of the SOC section to which the current SOC of the battery 11 belongs.
  • the symbol P#m used in this specification refers to the first to M reference power curves (P#1 to P) recorded in the reference charging map (CM n ) associated with the temperature section to which the battery temperature (detection value or predicted value) belongs #M) can represent the reference power curve related to the SOC section (Z[m]).
  • symbol I#m may represent a reference current value associated with the SOC section (Z[m]).
  • Each reference current value irreversibly controls the battery 11 from the start point (e.g., 0%) to the end point (e.g., 50%) of the SOC section (e.g., Z[1]) associated with it. It may be a predetermined value that represents the maximum charging current allowed for charging without damage.
  • the size (width) of the SOC section (Z[x]) is the difference between the start and end points of the SOC section (Z[x]), and the symbol ⁇ Z[x] is used. . 2 to 4, the sizes of the first to fourth SOC sections (Z[1] to Z[4]) are illustrated as 50%, 20%, 15%, and 15% in that order.
  • the first to M SOC sections (Z[1] to Z[M]) may have the same size or may be determined differently from FIG. 2.
  • 5 is a diagram referenced to explain the influence of the maximum output power of the charger on the charging procedure using a multi-stage constant current charging protocol.
  • Figure 5 shows three horizontal lines 510, 520, and 530 along with the reference power profile 400 of Figure 4. Any one of these three horizontal lines (510, 520, 530) represents the maximum output power (P MAX ) that can be supplied from the charger 3 to the battery 11.
  • the control unit 130 may identify the maximum output power (P MAX ) of the charger 3 from the vehicle controller 2 and/or the charger 3 through the communication circuit 150 .
  • the voltage of the battery 11 gradually increases during charging by the corresponding charging mode in each SOC section.
  • the horizontal line 510 illustrates that the maximum output power (P MAX ) that can be supplied from the charger 3 to the battery 11 is greater than or equal to the maximum charging power required in the entire SOC section.
  • P MAX maximum output power
  • FIG 5 it is shown that the maximum charging power is required at the end point of the SOC section (Z[1]).
  • the SOC section (Z[x]) the battery 11 is charged at a constant current with a charging current of the reference current value (I[x]), so the temporal change in the charging power supplied to the battery 11 is the reference power profile. It can be processed as matching (400).
  • the horizontal line 520 illustrates that the maximum output power (P MAX ) of the charger 3 is less than or equal to the minimum charging power required in the entire SOC section.
  • P MAX maximum output power
  • FIG 5 it is shown that the minimum charging power is required at the starting point of the SOC section (Z[1]).
  • the charging power supplied to the battery 11 over the entire SOC section is limited to the maximum output power (P MAX ) of the charger 3. That is, instead of sequentially switching different charging currents according to the multi-stage constant current charging protocol, only the constant power charging mode based on the maximum output power (P MAX ) will be implemented from the starting point to the ending point of the entire SOC section.
  • the horizontal line 530 illustrates a situation where the maximum output power (P MAX ) of the charger 3 is greater than the minimum charging power required in the entire SOC section and less than the maximum charging power.
  • the maximum output power (P MAX ) is on the upper side of the reference power curve (P#1) at the beginning of the SOC section (Z[1]), and then falls below the reference power curve from a specific SOC ( Z It is located on the lower side of (P#1). That is, there is an intersection (X) between the horizontal line 530 and the reference power curve (P#1) within the SOC section (Z[1]). This intersection (X) is a transition point from the constant current charging mode based on the reference current value (I#1) to the constant power charging mode based on the maximum output power (P MAX ).
  • the maximum output power (P MAX ) is below the reference power curve (P#1), while in the SOC section (Z[3]) and SOC section (Z[4]) The maximum output power (P MAX ) is above the reference power curve (P#3) and the reference power curve (P#4). Therefore, in the SOC section (Z[2]), the battery 11 is charged in constant power charging mode by the maximum output power (P MAX ), and in the SOC section (Z[3]) and the SOC section (Z[4]) In , the battery 11 is charged in a constant current charging mode using the reference current value (I#3) and the reference current value (I#4).
  • FIG. 6 is a flowchart exemplarily showing a method for predicting battery charging time according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a flowchart exemplarily showing subroutines of step S630 shown in FIG. 6
  • FIG. 8 is FIG. This is a flowchart illustrating the subroutines of step S750 shown in Figure 7.
  • the method of FIG. 6 may be executed by the battery management system 100 at set times while charging the battery 11 using a multi-stage constant current charging protocol.
  • step S610 the control unit 130 determines an estimated SOC value of the battery 11 based on the voltage detection value and current detection value of the battery 11.
  • the battery temperature detection value may be additionally used to determine the SOC estimate.
  • the voltage detection value, current detection value, temperature detection value, and SOC estimate value in step S610 may respectively represent the current voltage, current, temperature, and SOC of the battery 11.
  • the control unit 130 records the voltage detection value, current detection value, temperature detection value, and SOC estimate value determined at each set time in the memory 140.
  • an outdoor temperature detection value T ATM , see FIG. 9) indicating the current outdoor temperature may be additionally determined.
  • step S620 the control unit 130 determines the SOC estimate value determined in step S610 from the reference charging map (CM n ) associated with the temperature section to which the temperature detection value belongs, among a plurality of reference charging maps (CM 1 to CM N ).
  • CM 1 to CM N a plurality of reference charging maps
  • CM 1 to CM N a plurality of reference charging maps
  • mth SOC section (Z[m]) may refer to the SOC section to which the current SOC of the battery 11 belongs.
  • step S630 the control unit 130 determines the SOC estimate value and the end point of the mth SOC section (Z[m]) according to the comparison result of the maximum output power (P MAX ) and the mth reference power curve (P#m). Based on, and further based on at least one of the mth reference current value (I#m), maximum output power ( PMAX ), and mth reference power curve (P#m), the SOC of battery 11 is calculated in step S610. From the SOC estimate value determined in , the mth charging time prediction value indicating the time required to reach the end point of the mth SOC section (Z[m]) is determined.
  • Step S630 includes steps S710 to S750 as its subroutines.
  • step S710 the control unit 130 determines whether the maximum output power (P MAX ) of the charger 3 is greater than or equal to the maximum power value of the mth reference power curve (P#m). For example, if the horizontal line 510 in FIG. 5 represents the maximum output power (P MAX ), the value of step S710 is “Yes.” On the other hand, if the horizontal line 520 or the number average 530 of FIG. 5 represents the maximum output power (P MAX ), the value of step S710 is “No”. If the value of step S710 is “Yes,” the process proceeds to step S720. If the value of step S710 is “No”, the process proceeds to step S730.
  • P MAX maximum output power
  • step S720 the control unit 130 determines the mth charging time predicted value based on the SOC estimate value, the end point of the mth SOC section (Z[m]), and the mth reference current value (I#m).
  • the SOC difference ( ⁇ Z[m]) is a value obtained by subtracting the SOC estimate from the end point of the mth SOC section (Z[m]).
  • the mth charging time prediction value determined through step S720 may represent the charging time by the constant current charging mode.
  • the control unit 130 calculates the required charging capacity corresponding to the SOC difference ( ⁇ Z[m]), and then divides the calculated required charging capacity by the mth reference current value (I#m) to obtain the mth charging time predicted value. can be decided.
  • Equation 1 is an example of a function that can be used to determine the charging time by constant current charging mode.
  • Equation 1 is expressed using three equal signs to aid understanding, but it can be stored in the memory 151 to include only the rightmost term among the three terms on the right.
  • step S730 the control unit 130 determines whether the maximum output power (P MAX ) of the charger 3 is less than or equal to the minimum power value of the mth reference power curve (P#m). For example, if the horizontal line 520 in FIG. 5 represents the maximum output power (P MAX ), the value of step S730 is “Yes.” On the other hand, if the horizontal line 530 in FIG. 5 represents the maximum output power (P MAX ), the value of step S730 is “No”. If the value of step S730 is “Yes,” the process proceeds to step S740.
  • step S730 being “No” means that the maximum output power (P MAX ) of the charger 3 is between the minimum and maximum power values of the mth reference power curve (P#m). If the value of step S730 is “No”, the process proceeds to step S750.
  • step S740 the control unit 130, based on the SOC estimate value, the end point of the mth SOC section (Z[m]), the maximum output power (P MAX ), and the mth reference power curve (P#m), Determine the charging time estimate.
  • the mth charging time predicted value determined through step S740 may be the charging time by the constant power charging mode. Equation 2 below is an example of a function that can be used to determine the charging time by constant power charging mode.
  • P CHG (z) charging power at z during constant current charging with I CHG
  • P CP charging power actually supplied (constant power)
  • ⁇ Wh CP energy required for charging
  • ⁇ Q required capacity for charging
  • ⁇ t CP charging time.
  • the unit of ⁇ Wh CP may be Wh (Watt-hour).
  • Equation 2 is expressed using four equal signs to aid understanding, but it can be stored in the memory 151 to include only the rightmost term among the four terms on the right.
  • step S750 the control unit 130 determines the SOC estimate value, the end point of the mth SOC section (Z[m]), the mth reference current value (I#m), the maximum output power (P MAX ), and the mth reference power curve. Based on (P#m), the mth charging time prediction value ( ⁇ t#m) is determined.
  • Step S750 includes steps S810 to S850 as its subroutines.
  • step S810 the control unit 130 determines an intersection SOC indicating the SOC at the intersection of the mth reference power curve (P#m) and the maximum output power (P MAX ).
  • P#m mth reference power curve
  • P MAX maximum output power
  • step S820 the control unit 130 determines whether the intersection SOC ( Z If the value of step S820 is “Yes,” the process proceeds to steps S830 and S840.
  • the value of step S820 being “No” means that only the constant power charging mode, in which the charging power is limited to the maximum output power (P MAX ), will be implemented from now until the end of the mth SOC section (Z[m]). do. If the value of step S820 is “No,” the process may proceed to step S740 of FIG. 7 .
  • step S830 the control unit 130 determines the SOC of the battery 11 based on the SOC estimate, the intersection SOC( Z Determine the mth constant current charging time prediction value, which represents the time required to reach .
  • the above-described Equation 1 can be used to determine the mth constant current charging time prediction value. In other words, assuming that the current SOC is 2 %, ⁇ t CC when the intersection SOC ( Z It is determined by time prediction.
  • step S840 the control unit 130 determines the intersection SOC ( Z In this way, the mth constant power charging time predicted value indicating the time required for the SOC of the battery 11 to reach the end point of the mth SOC section (Z[ m ]) from the intersection SOC (Z
  • Equation 2 can be used to determine the mth constant power charging time prediction value. That is , when Z
  • step S850 the control unit 130 determines the mth charging time predicted value equal to the sum of the mth constant current charging time predicted value determined in step S830 and the mth constant power charging time predicted value determined in step S840.
  • Step S640 described from now on, can be executed on the condition that m is less than M.
  • step S640 the control unit 130, based on the battery temperature detection value and the mth charging time predicted value ( ⁇ t#m), and at least one of the mth reference current value (I#m) and maximum output power ( PMAX ) Based on one more, the predicted temperature value at the starting point of the (m+1)th SOC section (Z[m+1]) is determined.
  • the predicted temperature value at the starting point of the (m+1)th SOC section (Z[m+1]) represents the temperature of the battery 11 at the ending point of the mth SOC section (Z[m]).
  • step S640 the (m+1)th SOC section (Z[m+1]) is further based on the outside temperature detection value (T ATM ). A temperature prediction at a starting point can be determined.
  • Step S640 may include steps S642 and S644.
  • step S642 the control unit 130 determines the temperature during the period from the SOC estimate value indicating the current SOC of the battery 11 until reaching the start point of the (m+1)th SOC section (Z[m+1]). Determine the predicted amount of change. At least one of the first thermal model and the second thermal model described later may be used to determine the temperature change prediction amount.
  • step S644 the control unit 130 is equal to the sum of the temperature change prediction amount determined in step S642 (e.g., ⁇ T CC , ⁇ T CP , or ⁇ T CC + ⁇ T CP in FIG. 9 ) and the temperature detection value obtained in step S610. , determine the predicted temperature value at the starting point of the (m+1)th SOC section (Z[m+1]).
  • the temperature change prediction amount determined in step S642 e.g., ⁇ T CC , ⁇ T CP , or ⁇ T CC + ⁇ T CP in FIG. 9
  • Figure 9 is a schematic diagram referenced to explain the first and second thermal models used to predict the amount of temperature change for each SOC section according to the multi-stage constant current charging protocol.
  • T BAT is the battery temperature (detected value or predicted value)
  • ⁇ t is the charging time
  • I CC is the constant current
  • P CP is the maximum output power of the charger 3 (P MAX )
  • T ATM is the ambient temperature detected value.
  • the control unit 130 uses at least one of the first thermal model and the second thermal model to set a temperature that represents the amount of temperature change until the SOC of the battery 11 within a specific SOC section reaches the end point of the corresponding SOC section.
  • the predicted amount of change can be calculated.
  • the first thermal model is configured to output a temperature change amount ( ⁇ T CC ) due to the constant current charging mode in response to the values of the input variables (T BAT , ⁇ t, I CC , T ATM ) being assigned by the control unit 130.
  • ⁇ T CC temperature change amount
  • Equation 3 illustrated below can be used as the first thermal model.
  • T ATM may be a predetermined value (eg, 25°C) instead of the detected outside temperature value.
  • Equation 3 is only an example of the first thermal model, and the first thermal model is not limited to Equation 3 above. That is, in accordance with the heat generation characteristics of the battery 11 in constant current charging mode, if a positive correlation is given between the input variables I CC , ⁇ t, and the difference between T ATM and T BAT and the output variable ⁇ T CC , A function or algorithm other than Equation 3 may be used as the first thermal model.
  • the second thermal model outputs the temperature change amount ( ⁇ T CP ) due to the constant power charging mode in response to the values of the input variables (T BAT , ⁇ t, P CP , T ATM ) being assigned by the control unit 130.
  • Equation 4 illustrated below can be used as the second thermal model.
  • Equation 4 ⁇ is the adjustment coefficient (predetermined), and the remaining variables and coefficients are the same as Equation 3.
  • Equation 4 is only an example of the second thermal model, and the second thermal model is not limited to Equation 4 above. That is, in accordance with the heat generation characteristics of the battery 11 in constant power charging mode, if a positive correlation is given between the input variables P CP , ⁇ t, and the difference between T ATM and T BAT and the output variable ⁇ T CP , a function or algorithm other than Equation 4 may be used as the second thermal model.
  • steps S720, S740, and S750 are performed alternatively.
  • step S720 the control unit 130 sets the battery temperature detection value, the mth charging time predicted value, and the mth reference current value (I#) to the input variables (T BAT , ⁇ t, I CC ) of the first thermal model, respectively.
  • m is assigned, and the temperature detection value is added to the temperature change amount ( ⁇ T CC ) output from the first thermal model to obtain the temperature predicted value at the starting point of the (m+1)th SOC section (Z[m+1]). You can decide.
  • step S740 the control unit 130 sets the battery temperature detection value, the mth charging time predicted value, and the maximum output power (P MAX ) to the input variables (T BAT , ⁇ t, P CP ) of the second thermal model, respectively.
  • P MAX maximum output power
  • step S750 the control unit 130 adds a battery temperature detection value, an mth constant current charging time predicted value ( ⁇ t CC in Equation 1), and a battery temperature detection value to the input variables (T BAT , ⁇ t, I CC ) of the first thermal model, respectively.
  • the control unit 130 adds a battery temperature detection value, an mth constant current charging time predicted value ( ⁇ t CC in Equation 1), and a battery temperature detection value to the input variables (T BAT , ⁇ t, I CC ) of the first thermal model, respectively.
  • the predicted temperature value at the intersection SOC Z .
  • the input variables (T BAT , ⁇ t, P CP ) of the second thermal model are respectively the temperature predicted value at the intersection SOC ( Z Assign the current value (I#m), add the predicted temperature value at the intersection SOC ( Z m+1]), the temperature prediction value at the starting point can be determined.
  • the operation of calculating the predicted temperature change for the SOC section (Z[k], k is a natural number greater than m and less than M) following the current SOC section (Z[m]) is performed using the following SOC section (Z[k]).
  • ) is assigned as T BAT in FIG. 9
  • the reference current value (I#k) associated with the following SOC section (Z[k]) is assigned as I CC in FIG. 9. Except for this, it is common to the calculation operation of the temperature change prediction amount in the SOC section (Z[m]) described above.
  • the temperature predicted value at the starting point of the SOC section specifies one of a plurality of reference charging maps (CM 1 to CM N ) (CM u , u is a natural number of N or less), It is used to obtain the kth reference power curve (P#k) and the kth reference current value (I#k) from the specified reference charging map (CM u ).
  • the control unit 130 may perform the above-described process for each SOC section until the charging time prediction value for the last SOC section (eg, Z[M]) to which the target SOC belongs is determined. Accordingly, the charging time prediction values for each of the current SOC section (Z[m]) to the last SOC section (Z[M]) may be sequentially determined. Therefore, by adding up all the charging time predictions determined for the current SOC section (Z[m]) to the last SOC section (Z[M]), the total remaining time required to reach the target SOC from the current SOC can be determined. .
  • Figure 10 is a flowchart illustrating a method for predicting battery charging time according to a second embodiment of the present invention.
  • the method of Figure 10 can be run subsequent to the method of Figure 5, provided that m is less than M. If m is less than M, there is at least one SOC section following the mth SOC section (Z[m]) to which the current SOC belongs among the first to Mth SOC sections (Z[1] to Z[M]). It means that
  • step S1010 the control unit 130 sets the section index k equal to (m+1).
  • step S1020 the control unit 130 determines whether the determination of the temperature prediction value at the starting point of the kth SOC section (Z[k]) has been completed. If the value of step S1020 is “Yes,” the process proceeds to step S1030. If the value of step S1020 is "No", the process may wait until the value of step S1020 becomes "Yes”.
  • step S1030 the control unit 130 generates a plurality of reference charging maps (CM 1 to CM) associated with one of the plurality of temperature intervals to which the temperature prediction value at the starting point of the k-th SOC interval (Z[k]) belongs. From one of N ), the kth reference power curve (P#k) and the kth reference current value (I# k ) associated with the kth SOC section (Z[k]) are determined. .
  • step S1040 the control unit 130, based on the size ( ⁇ Z) of the k-th SOC section (Z[k]), the k-th reference current value (I#k), the maximum output power (P Further based on at least one of the k reference power curves (P#k), the SOC of the battery 11 varies from the start point of the kth SOC section (Z[k]) to the end point of the kth SOC section (Z[k]). Determine the kth charging time prediction value, which represents the time required to reach.
  • the determination operation of the kth charging time prediction value refers to FIGS. 7 and 8, except that the section index m is replaced by k, and the SOC estimate is replaced by the starting point of the kth SOC section (Z[k]). This is in common with the operation described above.
  • step S1050 the control unit 130 determines whether the section index k is equal to M.
  • M can be said to be the identification number of the last SOC section (Z[M]) to which the target SOC belongs.
  • the fact that the section index k is equal to M means that the determination of the charging time prediction value for the last SOC section (Z[M]) has been completed. If the value of step S1050 is “No”, the process proceeds to step S1060. If the value of step S1050 is “Yes,” the flow proceeds to step S1080.
  • step S1060 the control unit 130 determines the kth reference current value (I#k) and the maximum output based on the predicted temperature value and the kth charging time predicted value at the starting point of the kth SOC section (Z[k]). Further based on at least one of the powers (P MAX ), the predicted temperature value at the starting point of the (k+1)th SOC section (Z[k+1]) is determined.
  • Step S1060 may include steps S1062 and S1064.
  • step S1062 the control unit 130 determines that the SOC of the battery 11 reaches the starting point of the (k+1)th SOC section (Z[k+1]) from the starting point of the kth SOC section (Z[k]). Determine the predicted amount of temperature change during the period until At least one of the above-described first thermal model and the second thermal model may be used to determine the temperature change prediction amount in the SOC section (Z[k]).
  • step S1064 the control unit 130 sets the (k+1)th SOC section (Z Determine the predicted temperature value at the starting point of [k+1]).
  • step S1070 the control unit 130 increases the section index k by 1 and then returns to step S1030. That is, steps S1030 to S1070 may be repeated until k reaches M.
  • step S1080 the control unit 130 sums up the mth to Mth charging time predicted values until the charging procedure using the multi-stage constant current charging protocol is terminated (i.e., when the SOC of the battery reaches the target SOC). Determine the total remaining charging time (up to).
  • the mth to Mth charging time prediction values correspond one-to-one to the mth to Mth SOC sections (Z[m] to Z[M]).
  • Figure 11 is a flowchart illustrating a method for predicting battery charging time according to a third embodiment of the present invention.
  • the method of FIG. 11 is provided that constant current charging for at least one SOC section for which the charging time prediction value is determined by any one of the first and second embodiments described above with reference to FIGS. 6 to 10 is actually completed, It can be executed to adjust the corresponding SOC section.
  • j is a natural number greater than or equal to m and less than or equal to M.
  • step S1110 the control unit 130 determines the actual temperature change amount in the jth SOC section (Z[j]). If the jth SOC section (Z[j]) is the SOC section (e.g., Z[m]) at the start of charging using the multi-stage constant current charging protocol, the battery temperature detection value at the start of charging and the SOC section (Z The difference between the battery temperature detection values at the end point of [m]) may be determined as the actual temperature change amount in the SOC section (Z[m]).
  • the difference between the two battery temperature detection values at the start and end points may be determined as the actual temperature change amount in the SOC section (Z[M]).
  • step S1120 the control unit 130 determines whether the actual amount of temperature change in the j-th SOC section (Z[j]) is greater than the predicted amount of temperature change in the j-th SOC section (Z[j]).
  • the control unit 130 calculates the predicted temperature change in the j-th SOC section (Z[j]) based on the two ambient temperature detection values at the start and end points of the j-th SOC section (Z[j]). After correction, the corrected temperature change prediction amount may be compared with the actual temperature change amount in the jth SOC section (Z[j]). Specifically, when determining the predicted temperature change in the jth SOC section (Z[j]), T ATM in Equation 3 may represent the outdoor temperature at the starting point of the jth SOC section (Z[j]).
  • Equation 5 Since the outside temperature may change in the jth SOC section (Z[j]), calculate the temperature correction value using Equation 5 below, and then calculate the temperature correction value in the jth SOC section (Z[j]). By adding it to the predicted temperature change, the predicted amount of temperature change in the jth SOC section (Z[j]) can be corrected.
  • T ATM_1 may be the outside temperature detection value at the starting point of the jth SOC section (Z[j])
  • T ATM_2 may be the outside temperature detection value at the end point of the jth SOC section (Z[j]).
  • the values of the parameters are common to Equation 4. According to Equation 5, if T ATM_2 > T ATM_1 , ⁇ T correct is a positive number, and the predicted temperature change in the jth SOC section (Z[j]) increases through correction. Conversely, when T ATM_2 ⁇ T ATM_1 , ⁇ T correct is a negative number, and the predicted temperature change in the jth SOC section (Z[j]) is reduced through correction.
  • step S1120 If the value of step S1120 is “Yes,” the process proceeds to step S1130.
  • step S1130 the control unit 130 adjusts the j-th SOC section (Z[j]) according to the difference between the actual temperature change amount and the predicted temperature change amount in the j-th SOC section (Z[j]).
  • control unit 130 may decrease the end point of the jth SOC section (Z[j]) by an adjustment value that has a predetermined positive correlation with respect to the difference. Accordingly, the size of the jth SOC section (Z[j]) is reduced by the adjustment value.
  • the fact that the end point of the jth SOC section (Z[j]) is advanced by the adjustment value means that the start point of the (j+1)th SOC section (Z[j+1]) is also advanced by the adjustment value. . Accordingly, the size of the (j+1)th SOC section (Z[j+1]) is increased by the adjustment value.
  • the charging procedure for the SOC section with a history of temperature rise beyond expectations is terminated early, while the corresponding SOC section
  • the charging procedure for the SOC section following is initiated early.
  • the reference current profile 200 described above with reference to FIG. 2 if it is written so that a relatively small reference current value tends to be associated with a relatively high SOC section, the reference that causes excessive temperature rise By early switching the current value to another lower reference current value, the charging procedure using the multi-stage constant current charging protocol can be safely continued.
  • control unit 130 may also correct the reference charging map to correspond to correction (adjusting the size of a specific SOC section) of any one of the plurality of reference charging maps (CM 1 to CM N ). For example, when a specific SOC section of the standard charging map is adjusted, the specific SOC section of the standard charging map may also be adjusted in the same way.
  • the embodiments of the present invention described above are not only implemented through devices and methods, but may also be implemented through a program that realizes the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded.
  • the implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs based on the description of the embodiments described above.

Abstract

배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 충전 시간 예측 방법이 제공된다. 상기 배터리 관리 시스템은, 복수의 기준 충전 맵을 저장하는 메모리, 배터리의 전압, 전류 및 온도를 검출하도록 구성되는 센싱부, 및 상기 배터리의 SOC 추정값을 결정하는 제어부를 포함한다. 각 기준 충전 맵은, 제1 내지 제M SOC 구간에 연관된 제1 내지 제M 기준 전류값 및 제1 내지 제M 기준 전력 커브를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 배터리의 온도 검출값이 속하는 온도 구간에 연관된 기준 충전 맵으로부터, 상기 SOC 추정값이 속하는 제m SOC 구간에 연관된 제m 기준 전력 커브 및 제m 기준 전류값을 획득한다. 상기 제어부는, 충전기의 최대 출력 전력과 상기 제m 기준 전력 커브의 비교 결과에 따라, 상기 제m SOC 구간의 종료점과 상기 SOC 추정값의 차이와, 상기 제m 기준 전류값, 상기 최대 출력 전력 및 상기 제m 기준 전력 커브 중 적어도 하나를 기초로, 상기 제m SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지의 소요 시간을 결정한다.

Description

배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 충전 시간 예측 방법
본 발명은, 배터리의 잔여 충전 시간을 추정하는 기술에 관한 것이다.
본 출원은 2022년 09월 15일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2022-0116578호 및 2023년 05월 02일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2023-0057146호에 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 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
배터리를 정전류로 충전함에 있어서, 충전 전류의 충전율(Current rate, 'C-rate'이라고도 함)이 작을 경우에는 배터리를 완충하기까지 매우 긴 시간이 요구된다. 반면, 충전율이 지나치게 높을 경우, 배터리가 빠르게 퇴화되는 부작용이 있다. 따라서, 정전류 충전 중, 배터리의 상태에 맞춰 충전 전류를 단계적으로 조절할 필요가 있다. 참고로, 충전율(C-rate)이란, 충전 전류를 배터리의 최대 용량으로 나눈 값으로서, 단위로는 'C'를 사용한다.
'멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜(multi-stage constant-current charging protocol)'은 정전류 충전용으로 미리 정해진 여러 충전율들을 단계적으로 변경하기 위해 활용될 수 있다. 복수의 온도 구간 각각에 대한 충전 맵이 작성될 수 있으며, 각 충전 맵은 특정 온도 구간에 연관된 복수의 기준 전류값(충전율)과 복수의 전환 조건 간의 관계가 기록된 테이블 또는 함수이다. 특정 충전 맵에 기록된 복수의 기준 전류값 중 어느 하나를 이용한 충전 중에 배터리의 상태가 특정 전환 조건(예, SOC가 60%에 도달)을 만족하게 되면, 다음 순서의 충전율의 충전 전류가 배터리에 공급될 수 있다.
관련하여, 배터리의 충전 중에 배터리의 SOC가 목표 SOC(예, 완충 상태)가 되기까지 남은 시간이 얼마나 되는지를 사용자에게 통지할 필요가 있다.
종래에는, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 따른 충전율의 충전 전류가 배터리를 통해 흐를 수 있을 정도로, 충전기로부터의 출력 전력이 충분히 큰 것으로 가정하여, 목표 SOC까지의 잔여 충전 시간을 예측하고 있었다.
하지만, 충전기의 최대 출력 전력은 때때로 배터리의 정전류 충전에 요구되는 충전 전력 미만일 수 있고, 그러한 경우에는 정전류 충전 모드 대신 정전력 충전 모드에 의해 배터리의 충전이 진행된다. 정전류 충전 모드와 정전력 충전 모드 중 어느 것이 실시되는지에 따라 배터리 충전 속도에 큰 차이가 발생한다. 따라서, 충전기의 출력 전력이 충분치 않은 충전 조건에서는, 잔여 충전 시간의 예측치와 실제로 소요된 충전 시간 사이에 큰 편차가 존재하게 된다는 문제가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 따른 배터리 충전 중, 각 스테이지(SOC 범위)에서 요구되는 충전 전력과 충전기의 최대 출력 전력을 비교한 결과를 기초로, 해당 스테이지에서의 충전에 소요될 시간을 예측하는 과정을 반복함으로써, 배터리의 SOC가 목표 SOC에 도달할 때까지의 총 잔여 시간의 예측 정확도를 향상시킬 수 있는 배터리 관리 시스템, 상기 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 팩, 상기 배터리 팩을 포함하는 전기 차량 및 상기 배터리 관리 시스템에서 실행 가능한 배터리 충전 시간 예측 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 시스템은, 복수의 온도 구간에 연관된 복수의 기준 충전 맵을 저장하도록 구성되는 메모리; 배터리의 전압, 전류 및 온도를 검출하도록 구성되는 센싱부; 및 상기 배터리의 전압 검출값 및 전류 검출값을 기초로, 상기 배터리의 SOC 추정값을 결정하도록 구성되는 제어부를 포함한다. 상기 복수의 기준 충전 맵 각각은, 제1 내지 제M SOC 구간(M은 2 이상의 자연수임)에 연관된 제1 내지 제M 기준 전류값 및 제1 내지 제M 기준 전력 커브를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 배터리의 온도 검출값이 속하는 온도 구간에 연관된 기준 충전 맵으로부터, 상기 SOC 추정값이 속하는 제m SOC 구간(m은 M 이하의 자연수임)에 연관된 제m 기준 전력 커브 및 제m 기준 전류값을 획득하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 배터리에 충전 전력을 공급하는 충전기의 최대 출력 전력과 상기 제m 기준 전력 커브의 비교 결과에 따라, 상기 제m SOC 구간의 종료점과 상기 SOC 추정값의 차이와, 상기 제m 기준 전류값, 상기 최대 출력 전력 및 상기 제m 기준 전력 커브 중 적어도 하나를 기초로, 상기 배터리의 SOC가 상기 제m SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지의 소요 시간을 나타내는 제m 충전 시간 예측값을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 충전기의 최대 출력 전력이 상기 제m 기준 전력 커브의 최대 전력값 이상인 것에 응답하여, 상기 배터리의 SOC가 상기 SOC 추정값으로부터 상기 제m SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지 상기 제m 기준 전류값을 이용한 정전류 충전 모드를 실시 시에 예상되는 소요 시간을 상기 제m 충전 시간 예측값으로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 충전기의 최대 출력 전력이 상기 제m 기준 전력 커브의 최소 전력값 이하인 것에 응답하여, 상기 배터리의 SOC가 상기 SOC 추정값으로부터 상기 제m SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지 상기 최대 출력 전력을 이용한 정전력 충전 모드를 실시 시에 예상되는 소요 시간을 상기 제m 충전 시간 예측값으로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 충전기의 최대 출력 전력이 상기 제m 기준 전력 커브의 최소 전력값과 최대 전력값 사이인 것에 응답하여, 상기 제m 기준 전력 커브와 상기 최대 출력 전력의 교차점에서의 SOC를 나타내는 교차 SOC를 결정하고, 상기 SOC 추정값, 상기 교차 SOC, 상기 제m SOC 구간의 종료점, 상기 제m 기준 전류값, 상기 최대 출력 전력 및 상기 제m 기준 전력 커브를 기초로, 상기 제m 충전 시간 예측값을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리의 SOC가 상기 SOC 추정값으로부터 상기 교차 SOC에 도달할 때까지 상기 제m 기준 전류값을 이용한 정전류 충전 모드를 실시 시에 예상되는 소요 시간을 나타내는 제m 정전류 충전 시간 예측값을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 배터리의 SOC가 상기 교차 SOC로부터 상기 제m SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지 상기 최대 출력 전력을 이용한 정전력 충전 모드를 실시 시에 예상되는 소요 시간을 나타내는 제m 정전력 충전 시간 예측값을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제m 정전류 충전 시간 예측값과 상기 제m 정전력 충전 시간 예측값의 합과 동일하게, 상기 제m 충전 시간 예측값을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 내지 제M SOC 구간 중, 상기 제m SOC 구간에 후속하는 적어도 하나의 SOC 구간이 존재하는 경우, 상기 제(m+1) SOC 구간의 시작점에서의 온도 예측값을 더 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제m 기준 전류값 및 상기 제m 충전 시간 예측값을 기초로, 상기 배터리의 SOC가 상기 SOC 추정값부터 상기 제(m+1) SOC 구간의 시작점에 도달할 때까지의 온도 변화 예측량을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 SOC 추정값부터 상기 제m SOC 구간의 종료점까지의 온도 변화 예측량을 상기 온도 검출값에 합산하여, 상기 제(m+1) SOC 구간의 시작점에서의 온도 예측값을 결정하도록 구성될 수 있다.
k가 (m+1) 이상 M 이하의 자연수라고 할 때, 상기 제어부는, 상기 제k SOC 구간의 시작점에서의 온도 예측값에 대한 결정이 완료된 것에 응답하여, 상기 제k SOC 구간의 시작점에서의 온도 예측값이 속하는 온도 구간에 연관된 기준 충전 맵으로부터, 상기 제k SOC 구간에 연관된 제k 기준 전력 커브 및 제k 기준 전류값을 획득하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 충전기의 최대 출력 전력과 상기 제k 기준 전력 커브의 비교 결과에 따라, 상기 제k SOC 구간의 크기와, 상기 제k 기준 전류값, 상기 최대 출력 전력 및 상기 제k 기준 전력 커브 중 적어도 하나를 기초로, 상기 배터리의 SOC가 상기 제k SOC 구간의 시작점으로부터 종료점에 도달할 때까지의 소요 시간을 나타내는 제k 충전 시간 예측값을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제M SOC 구간에서의 충전 시간 예측값에 대한 결정이 완료된 것에 응답하여, 상기 제m 내지 제M SOC 구간에 대해 결정된 상기 제m 내지 제M 충전 시간 예측값을 합산하여, 상기 배터리의 SOC가 상기 SOC 추정값으로부터 상기 제M SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지의 총 잔여 시간을 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 충전 시간 예측 방법은, 배터리의 전압 검출값 및 전류 검출값을 기초로, 상기 배터리의 SOC 추정값을 결정하는 단계, 복수의 온도 구간에 연관된 복수의 기준 충전 맵 - 각 기준 충전 맵은 제1 내지 제M SOC 구간(M은 2 이상의 자연수임)에 연관된 제1 내지 제M 기준 전류값 및 제1 내지 제M 기준 전력 커브을 포함함 - 중, 상기 온도 검출값이 속하는 온도 구간에 연관된 기준 충전 맵으로부터, 상기 SOC 추정값이 속하는 제m SOC 구간(m은 M 이하의 자연수임)에 연관된 제m 기준 전력 커브 및 제m 기준 전류값을 획득하는 단계; 및 상기 배터리에 충전 전력을 공급하는 충전기의 최대 출력 전력과 상기 제m 기준 전력 커브의 비교 결과에 따라, 상기 제m SOC 구간의 종료점과 상기 SOC 추정값의 차이와, 상기 제m 기준 전류값, 상기 최대 출력 전력 및 상기 제m 기준 전력 커브 중 적어도 하나를 기초로, 상기 배터리의 SOC가 상기 제m SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지의 소요 시간을 나타내는 제m 충전 시간 예측값을 결정하는 단계를 포함한다.
상기 제m 충전 시간 예측값을 결정하는 단계는, 상기 충전기의 최대 출력 전력이 상기 제m 기준 전력 커브의 최대 전력값 이상인 것에 응답하여, 상기 배터리의 SOC가 상기 SOC 추정값으로부터 상기 제m SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지 상기 제m 기준 전류값을 이용한 정전류 충전 모드를 실시 시에 예상되는 소요 시간을 상기 제m 충전 시간 예측값으로 결정할 수 있다.
상기 제m 충전 시간 예측값을 결정하는 단계는, 상기 충전기의 최대 출력 전력이 상기 제m 기준 전력 커브의 최소 전력값 이하인 것에 응답하여, 상기 배터리의 SOC가 상기 SOC 추정값으로부터 상기 제m SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지 상기 최대 출력 전력을 이용한 정전력 충전 모드를 실시 시에 예상되는 소요 시간을 상기 제m 충전 시간 예측값으로 결정할 수 있다.
상기 제m 충전 시간 예측값을 결정하는 단계는, 상기 충전기의 최대 출력 전력이 상기 제m 기준 전력 커브의 최소 전력값과 최대 전력값 사이인 것에 응답하여, 상기 제m 기준 전력 커브로부터, 상기 최대 출력 전력과 동일한 전력값에 연관된 교차 SOC를 결정하는 단계; 상기 배터리의 SOC가 상기 SOC 추정값으로부터 상기 교차 SOC에 도달할 때까지 상기 제m 기준 전류값을 이용한 정전류 충전 모드를 실시 시에 예상되는 소요 시간을 나타내는 제m 정전류 충전 시간 예측값을 결정하는 단계; 상기 배터리의 SOC가 상기 교차 SOC로부터 상기 제m SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지 상기 최대 출력 전력을 이용한 정전력 충전 모드를 실시 시에 예상되는 소요 시간을 나타내는 제m 정전력 충전 시간 예측값을 결정하는 단계; 및 상기 제m 정전류 충전 시간 예측값과 상기 제m 정전력 충전 시간 예측값의 합과 동일하게, 상기 제m 충전 시간 예측값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 따른 배터리 충전 중, 각 스테이지(SOC 범위)에서 요구되는 충전 전력과 충전기의 최대 출력 전력을 비교한 결과를 기초로, 해당 스테이지에서의 충전에 소요될 시간을 예측하는 과정을 반복함으로써, 배터리의 SOC가 목표 SOC에 도달할 때까지의 총 잔여 시간의 예측 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 각 스테이지에서의 배터리 온도 변화량을 예측하고, 예측된 배터리 온도 변화량을 이용하여 후속 스테이지에서의 충전 소요 시간을 예측하는 데에 이용되는 충전 맵을 선택함으로써, 스테이지별 충전 소요 시간의 예측 정확도를 향상할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 각 스테이지에 대한 온도 변화량 예측값과 실제 온도 변화량의 차이에 따라 해당 스테이지의 종료점을 조정함으로써, 향후에 재개될 충전 절차의 안전성이 향상킴은 물론 배터리 수명을 장기화할 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 2 내지 도 4는 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차에 이용되는 예시적인 기준 충전 맵을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 5는 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차에 대한 충전기의 최대 출력 전력의 영향을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 충전 시간 예측 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 7은 도 6에 도시된 단계 S630의 하위 루틴들을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 8은 도 7에 도시된 단계 S750의 하위 루틴들을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 9는 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 따른 SOC 구간별 온도 변화량을 예측하는 데에 이용되는 제1 및 제2 써멀 모델을 설명하는 데에 참조되는 모식도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 충전 시간 예측 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 충전 시간 예측 방법을 예시적으로 보여주는 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
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 <~부(유닛)>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(10), 릴레이(20), 인버터(30) 및 전기 모터(40)를 포함한다. 배터리 팩(10)의 충방전 단자(P+, P-)는, 충전 케이블 등을 통해 충전기(3)에 전기적으로 결합될 수 있다. 충전기(3)는, 전기 차량(1)에 포함된 것이거나, 충전 스테이션에 마련된 것일 수 있다.
차량 컨트롤러(2)(예, ECU: Electronic Control Unit)는, 전기 차량(1)에 마련된 시동 버튼(미도시)이 사용자에 의해 ON-위치로 전환된 것에 응답하여, 키-온 신호를 배터리 관리 시스템(100)에게 전송하도록 구성된다. 차량 컨트롤러(2)는, 시동 버튼이 사용자에 의해 OFF-위치로 전환된 것에 응답하여, 키-오프 신호를 배터리 관리 시스템(100)에게 전송하도록 구성된다. 충전기(3)는, 차량 컨트롤러(2)와 통신하여, 배터리 팩(10)의 충방전 단자(P+, P-)를 통해 정전류 또는 정전압의 충전 전력을 공급할 수 있다.
배터리 팩(10)은, 배터리(11) 및 배터리 관리 시스템(100)을 포함한다.
배터리(11)는, 셀 그룹(12) 및 케이스(13)를 포함한다. 케이스(13)는, 배터리(11)의 전체적인 외형을 정의하고, 셀 그룹(12)이 배치될 수 있는 내부 공간을 제공한다. 케이스(13)는, 전기 차량(1)에 마련된 배터리 룸에 볼트 등을 통해 고정 체결된다.
셀 그룹(12)은, 케이스(13)로부터 제공된 내부 공간에 배치(수납)되는 것으로서, 적어도 하나의 배터리 셀(BC)을 포함한다. 배터리 셀(BC)은, 예컨대 리튬 이온 셀과 같이 반복적인 충방전이 가능한 것이라면, 그 종류는 특별히 한정되지 않는다.
셀 그룹(12)이 복수의 배터리 셀을 포함하는 경우, 이들 복수의 배터리 셀은 직렬, 병렬 또는 직병렬이 혼합되어 연결될 수 있다.
릴레이(20)는, 배터리(11) 및 인버터(30)를 연결하는 전력 경로를 통해, 배터리(11)에 전기적으로 직렬 연결된다. 도 1에서는, 릴레이(20)가 배터리(11)의 양극 단자와 충방전 단자(P+) 사이에 연결된 것으로 예시되어 있다. 릴레이(20)는, 배터리 관리 시스템(100)으로부터의 스위칭 신호에 응답하여, 온오프 제어된다. 릴레이(20)는, 코일의 자기력에 의해 온오프되는 기계식 컨택터이거나, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor)과 같은 반도체 스위치일 수 있다.
인버터(30)는, 배터리 관리 시스템(100) 또는 차량 컨트롤러(2)로부터의 명령에 응답하여, 셀 그룹(12)으로부터의 직류 전류를 교류 전류로 변환하도록 제공된다.
전기 모터(40)는, 인버터(30)로부터의 교류 전력을 이용하여 구동한다. 전기 모터(40)로는, 예컨대 3상 교류 모터(40)를 이용할 수 있다.
배터리 관리 시스템(100)은, 전압 센서(111), 전류 센서(113), 배터리 온도 센서(115) 및 제어부(130)를 포함한다. 배터리 관리 시스템(100)은, 외기 온도 센서(117)를 더 포함할 수 있다. 배터리 관리 시스템(100)은, 통신 회로(150)를 더 포함할 수 있다.
전압 센서(111)는, 배터리(11)에 병렬 연결되어, 배터리(11)의 양단에 걸친 전압인 배터리 전압을 검출하고, 검출된 배터리 전압을 나타내는 전압 신호를 생성하도록 구성된다.
전류 센서(113)는, 배터리(11)와 인버터(30) 간의 전류 경로를 통해 배터리(11)에 직렬로 연결된다. 전류 센서(113)는, 배터리(11)를 통해 흐르는 전류인 배터리 전류를 검출하고, 검출된 배터리 전류를 나타내는 전류 신호를 생성하도록 구성된다. 전류 센서(113)는, 션트 저항체, 홀 효과 소자 등과 같은 공지의 전류 검출 소자들 중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 구현될 수 있다.
배터리 온도 센서(115)는, 배터리 온도를 검출하고, 검출된 배터리 온도를 나타내는 온도 신호를 생성하도록 구성된다. 배터리 온도 센서(115)는, 배터리(11)의 실제 온도와 근접한 온도를 검출할 수 있도록, 케이스(13) 내에 배치될 수 있다. 예컨대, 배터리 온도 센서(115)는 셀 그룹(12)에 포함된 적어도 하나의 배터리 셀(BC)의 표면에 부착될 수 있으며, 배터리 셀(BC)의 표면 온도를 배터리 온도로서 검출할 수 있다.
전압 센서(111), 전류 센서(113) 및 배터리 온도 센서(115)를 '센싱부'라고 칭할 수 있다.
외기 온도 센서(117)는, 배터리(11)로부터 이격된 소정 위치의 온도인 외기 온도(분위기 온도)를 검출하고, 검출된 외기 온도를 나타내는 온도 신호를 생성하도록 구성된다. 외기 온도 센서(117)는, 배터리(11)와 외기 간의 열 교환이 이루어지는 케이스(13) 외부의 소정 위치에 배치될 수 있다.
배터리 온도 센서(115)와 외기 온도 센서(117) 각각은, 열전대, 서미스터, 바이메탈 등과 같은 공지의 온도 검출 소자들 중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 구현될 수 있다.
통신 회로(150)는, 제어부(130)와 차량 컨트롤러(2) 간의 유선 통신 또는 무선 통신을 지원하도록 구성된다. 유선 통신은 예컨대 캔(CAN: contoller area network) 통신일 수 있고, 무선 통신은 예컨대 지그비나 블루투스 통신일 수 있다. 물론, 제어부(130)와 차량 컨트롤러(2) 간의 유무선 통신을 지원하는 것이라면, 통신 프로토콜의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다. 통신 회로(150)는, 제어부(130) 및/또는 차량 컨트롤러(2)로부터 수신된 정보를 사용자가 인식 가능한 형태로 제공하는 출력 디바이스(예, 디스플레이, 스피커)를 포함할 수 있다.
제어부(130)는, 릴레이(20), 전압 센서(111), 전류 센서(113), 배터리 온도 센서(115), 외기 온도 센서(117) 및 통신 회로(150)에 동작 가능하게 결합된다. 두 구성이 동작 가능하게 결합된다는 것은, 단방향 또는 양방향으로 신호를 송수신 가능하도록 두 구성이 직간접적으로 연결되어 있음을 의미한다.
제어부(130)는, 전압 센서(111)로부터의 전압 신호, 전류 센서(113)로부터의 전류 신호, 배터리 온도 센서(115)로부터의 온도 신호('배터리 온도 신호'라고 칭할 수 있음) 및/또는 외기 온도 센서(117)로부터의 온도 신호('외기 온도 신호'라고 칭할 수 있음)를 수집할 수 있다. 제어부(130)는, 내부에 마련된 ADC(Analog to Digital Converter)를 이용하여, 센서들(111, 113, 115, 117)로부터 수집된 각각의 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환 및 기록할 수 있다.
제어부(130)는, '제어 회로' 또는 '배터리 컨트롤러'라고 칭할 수 있으며, 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.
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. 메모리(140)는, 제어부(130)에 의한 연산 동작에 요구되는 데이터 및 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리(140)는, 제어부(130)에 의한 연산 동작의 결과를 나타내는 데이터를 저장할 수 있다. 도 1에는 메모리(140)가 제어부(130)로부터 물리적으로 독립된 것으로 도시되어 있으나, 제어부(130) 내에 내장될 수도 있다.
메모리(140)는, 배터리(11)에 대한 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 연관된 적어도 하나의 기준 충전 맵을 저장하고 있을 수 있다. 각 기준 충전 맵에 대해서는 이하에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
제어부(130)는, 키-온 신호에 응답하여, 릴레이(20)를 턴 온시킬 수 있다. 제어부(130)는, 키-오프 신호에 응답하여, 릴레이(20)를 턴 오프시킬 수 있다. 키-오프 신호는, 사용 상태로부터 휴지 상태로의 전환을 나타낸다. 대안적으로, 릴레이(20)의 온오프 제어는, 제어부(130) 대신 차량 컨트롤러(2)가 담당할 수 있다.
릴레이(20)가 턴 온되어 있는 동안, 배터리(11)는 사용 상태로 된다. 반대로, 릴레이(20)가 턴 오프되어 있는 동안, 배터리(11)는 휴지 상태로 된다. 사용 상태란, 배터리(11)가 충방전 중인 상태이며, '사이클 상태'라고 칭할 수도 있다. 휴지 상태란, 배터리(11)의 충방전이 정지된 상태이며, '캘린더 상태'라고 칭할 수도 있다.
제어부(130)는, 배터리(11)가 사용 상태로 있는 동안, 전압 신호, 전류 신호, 배터리 온도 신호 및 외기 온도 신호를 기초로, 전압 검출값, 전류 검출값, 배터리 온도 검출값 및 외기 온도 검출값을 결정한 다음, 전압 검출값, 전류 검출값 및/또는 배터리 온도 검출값에 기초하여 배터리(11)의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 결정(추정)할 수 있다. SOC는, 배터리(11)의 완전 충전 용량(최대 용량)에 대한 잔존 용량의 비율로서, 통상 0~1 또는 0~100%의 범위로 처리된다. SOC의 결정에는, 암페어 카운팅, OCV(Open Circuit Voltage)-SOC 커브 및/또는 칼만 필터 등과 같은 공지의 방식이 활용될 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 단순히 '온도 검출값'이라고 기재된 것은, 배터리 온도 검출값을 지칭하는 것일 수 있다.
배터리(11)의 최대 용량은, 공지된 다양한 방법 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 통해 추정 가능하다. 일 예로, 제어부(130)는, 배터리(11)의 SOC가 제1 값에 있을 때부터 제2 값에 도달할 때까지의 기간에 걸친 전류 적산량을 SOC의 변화량(즉, 제1 값과 제2 값의 차이)으로 나누어 배터리(11)의 현재의 최대 용량을 산출할 수 있다. 또는, 제어부(130)는, 공지된 다양한 방법 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 통해 연산된 SOH(State Of Health)를 소정의 설계 용량(신품 배터리의 최대 용량)에 곱하여 배터리(11)의 현 최대 용량을 결정할 수도 있다.
도 2 내지 도 4는 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차에 이용되는 예시적인 기준 충전 맵을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
메모리(151)에는 복수의 기준 충전 맵(CM1~CMN)이 저장될 수 있다. 복수의 기준 충전 맵은 복수의 온도 구간(CM1~CMN, N은 2 이상의 자연수)에 일대일로 연관될 수 있다.
도 2 내지 도 4는 복수의 온도 구간(예, 0℃ 미만, 0℃ 이상 10 ℃ 미만, 10℃ 이상 25 ℃ 미만, 25℃ 이상 40 ℃ 미만, 40℃ 이상) 중 어느 하나(예, 10℃ 이상 25 ℃ 미만)에 연관된, 복수의 기준 충전 맵(CM1~CMN) 중의 어느 한 기준 충전 맵(CMn, n은 N 이하의 자연수)에 관한 것이다.
구체적으로, 도 2에 도시된 그래프는 전체 SOC 범위에 걸친 SOC에 대한 충전 전류의 변화를 나타내는 기준 전류 프로파일(200)을 예시하고 있다. 본 발명에 있어서, 전체 SOC 범위는 제1 내지 제M SOC 구간(Z[1]~Z[M], M은 2 이상의 자연수)로 구획되어 있다. 설명의 편의를 위해, 도 2 내지 도 4에서는 M = 4로 예시되어 있다.
제1 내지 제M SOC 구간(Z[1]~Z[M])에 있어서, 제1 SOC 구간(Z[1])의 시작점은 전체 SOC 범위의 시작점(예, SOC 0%)과 동일하고, 제M SOC 구간(Z[M])의 종료점은 전체 SOC 범위의 종료점(예, SOC 100%)과 동일하다. 전체 SOC 범위의 종료점이 목표 SOC로서 미리 설정될 수 있다.
제1 내지 제M SOC 구간(Z[1]~Z[M])의 서로 인접한 두 구간 중 선행 구간의 종료점은 후행 구간의 시작점에 일치할 수 있다. 예컨대, 제1 SOC 구간(Z[1])의 종료점(예, 50%)은 제2 SOC 구간(Z[2])의 시작점(예, 50%)에 일치한다.
도 2에 있어서, 제1 내지 제M SOC 구간(Z[1]~Z[M])에는 제1 내지 제M 기준 전류값(I#1~I#M)이 일대일로 연관되어 있으며, 각 기준 전류값은 그에 연관된 SOC 구간에서의 정전류 충전을 위한 충전 전류를 나타낸다. 기준 전류 프로파일(200)에 따르면, 특정 SOC 구간에 대한 기준 전류값은 단일하며, 이는 기준 전류값이 그에 연관된 SOC 구간에서의 정전류 충전용임을 나타낸다. 즉, 충전기(3)가 충분히 큰 출력 전력을 공급 가능하다면, 배터리(11)는 기준 전류 프로파일(200)에 따른 충전 전류에 의해 정전류 충전될 수 있다.
멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 있어서, 배터리 보호를 위해 SOC의 증가에 따라 충전 전류의 감소가 필요할 수 있다. 도 3을 참조하면, 제1 내지 제4 기준 전류값(I#1~I#4)은 예컨대 8 [A], 6 [A], 4 [A] 및 2 [A]과 같이, SOC가 증가함에 따라 단계적으로 감소하도록 미리 정해질 수 있다.
도 3에 도시된 그래프는, 전체 SOC 범위에 걸친 SOC에 대한 배터리 전압의 변화를 나타내는 기준 전압 프로파일(300)을 예시하고 있다. 기준 전압 프로파일(300)은, 배터리(11)와 동일한 사양을 가지는 적어도 하나의 샘플 배터리를, 기준 전류 프로파일(200)에 따라 충전시키는 동안에, 각 샘플 배터리의 전압을 주기적으로 측정하는 충전 테스트를 반복 실시한 결과로부터 미리 취득된 것일 수 있다. 기준 전압 프로파일(300)은 SOC에 대한 배터리 전압의 시계열 또는 다차 함수로서 메모리(151)에 기록될 수 있다.
도 4에 도시된 그래프는, 전체 SOC 범위에 걸친 SOC에 대한 충전 전력의 변화를 나타내는 기준 전력 프로파일(400)을 예시하고 있다. 기준 전력 프로파일(400)은, 배터리(11)와 동일한 사양을 가지는 적어도 하나의 샘플 배터리를, 기준 전류 프로파일(200)에 따라 충전시키는 동안에, 각 샘플 배터리에 공급되는 충전 전력을 주기적으로 측정하는 충전 테스트를 반복 실시한 결과로부터 미리 취득된 것일 수 있다. 기준 전력 프로파일(400)은 SOC에 대한 충전 전력의 시계열 또는 다차 함수로서 메모리(151)에 기록될 수 있다.
기준 전력 프로파일(400)는 실질적으로는 전체 SOC 범위에서 기준 전류 프로파일(200)과 기준 전압 프로파일(300)의 곱과 동일하다. 즉, 특정 SOC에서의 기준 전력 프로파일(400) 상의 충전 전력은, 해당 특정 SOC에서의 기준 전압 프로파일(300) 상의 전압값과 기준 전류 프로파일(200) 상의 전류값의 곱과 동일하다. 주목할 점은, 각각의 SOC 구간에서, 배터리(11)의 전압은 상승하는 반면 기준 전류값은 일정하므로, 충전 전력은 점차 상승한다는 것이다. 특정 SOC 구간에서의 전력 변화를 나타내는, 기준 전력 프로파일(400)의 일 부분을, 이하에서는 '기준 전력 커브'라고 칭하기로 한다. 즉, 기준 전력 프로파일(400)는, 연속되는 제1 내지 제4 기준 전력 커브(P#1~P#4)를 포함한다. 참고로, 도 2에 도시된 기준 전류 프로파일(200)에서는 두 SOC 구간의 경계에서 기준 전류값의 전환이 발생하므로, 도 4에 도시된 제1 내지 제4 기준 전력 커브(P#1~P#4) 중 서로 인접한 두 기준 전력 커브(예, P#2 및 P#3의 경계마다 충전 전력의 어긋남이 존재하는 것으로 도시되어 있다.
한편, 특정 온도 구간에 연관된 기준 충전 맵(CMn)은, 동일 온도 구간에서의 테스트를 통해 미리 취득된, 기준 전류 프로파일(200), 기준 전압 프로파일(300) 및 기준 전력 프로파일(400)을 포함할 수 있다.
관련하여, 기준 전류 프로파일(200), 기준 전압 프로파일(300) 및 기준 전력 프로파일(400) 모두를 메모리(151)에 기록하는 데에는 상당히 큰 저장 공간이 요구된다. 또한, 기준 전력 프로파일(400, 도 4 참조)을 기준 전류 프로파일(200, 도 2 참조)로 제산하는 과정을 통해 기준 전압 프로파일(300, 도 2 참조)을 연산(생성)하는 것이 가능하다. 따라서, 복수의 기준 충전 맵(CM1~CMN) 중 적어도 하나는, 기준 전류 프로파일(200) 및 기준 전력 프로파일(400)만을 포함하도록 작성될 수 있다.
전술된 내용을 정리하자면, 복수의 기준 충전 맵(CM1~CMN) 중 적어도 하나의 기준 충전 맵은, 제1 내지 제M SOC 구간(Z[1]~Z[M])에 일대일로 연관된 제1 내지 제M 기준 전력 커브(P#1~P#M) 및 제1 내지 제M 기준 전류값(I#1~I#M)을 포함한다.
동일 SOC 구간에 있어서, 어느 한 온도 구간(예, 0℃ 이상 10 ℃ 미만)에 연관된 기준 충전 맵의 기준 전력 커브는, 다른 온도 구간(예, 10℃ 이상 25 ℃ 미만)에 연관된 다른 기준 충전 맵의 기준 전력 커브와는 상이할 수 있다.
마찬가지로, 동일 SOC 구간에 있어서, 어느 한 온도 구간(예, 0℃ 이상 10 ℃ 미만)에 연관된 기준 충전 맵에 기록된 기준 전류값은, 다른 온도 구간(예, 10℃ 이상 25 ℃ 미만)에 연관된 다른 기준 충전 맵에 기록된 기준 전류 값과는 상이할 수 있다.
배터리(11)의 SOC 및 온도에 대한 충전 전류, 배터리 전압 및 충전 전력의 관계는 배터리(11)의 크기, 무게, 활물질 재료, 외형 등에 의존하는 것이다. 따라서, 도 2 내지 도 4는 본 발명을 설명함에 있어서 단순한 하나의 예시로서 이해하여야 한다.
참고로, 전체 SOC 범위의 상한(즉, 목표 SOC)은 100%보다 작은 값(예, 98%)로 설정되어도 무방하다. 이 경우, 배터리(11)의 SOC에 목표 SOC에 도달한 때부터 완충 시까지는, 정전류 충전 모드나 정전력 충전 모드 대신, 정전압 충전 모드에 의해 배터리(11)의 충전이 진행될 수 있다.
m은 M 이하의 자연수라고 가정해보자. 본 명세서에서, m은 배터리(11)의 현 SOC가 속하는 SOC 구간의 구간 인덱스로서 사용되었다. 그러면, 본 명세서에서 사용된 부호 P#m는 배터리 온도(검출값 또는 예측값)가 속하는 온도 구간에 연관된 기준 충전 맵(CMn)에 기록된 제1 내지 제M 기준 전력 커브(P#1~P#M) 중 SOC 구간(Z[m])에 연관된 기준 전력 커브를 나타낼 수 있다. 또한, 부호 I#m는 SOC 구간(Z[m])에 연관된 기준 전류값을 나타낼 수 있다. 각각의 기준 전류값(예, I#1)은, 그에 연관된 SOC 구간(예, Z[1])의 시작점(예, 0 %)부터 종료점(예, 50 %)까지 배터리(11)를 불가역적 손상없이 충전하는 데에 허용되는 최대 충전 전류를 나타내는 것으로 미리 정해진 값일 수 있다.
x는 M 이하의 자연수라고 할 때, SOC 구간(Z[x])의 크기(폭)는, 해당 SOC 구간(Z[x])의 시작점과 종료점 간의 차이이며, 부호 ΔZ[x]를 사용하였다. 도 2 내지 도 4에서는, 제1 내지 제4 SOC 구간(Z[1]~Z[4])의 크기가 순서대로 50%, 20%, 15% 및 15%로 예시되어 있다. 물론, 제1 내지 제M SOC 구간(Z[1]~Z[M])은 서로 동일한 크기를 가지거나, 도 2와는 다르게 정해질 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 5는 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차에 대한 충전기의 최대 출력 전력의 영향을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 5에는 도 4의 기준 전력 프로파일(400)과 함께 3개의 수평선(510, 520, 530)이 도시되어 있다. 이들 3개의 수평선(510, 520, 530) 중 어느 하나는 충전기(3)에서 배터리(11)에게 공급 가능한 최대 출력 전력(PMAX)을 나타낸다. 제어부(130)는, 통신회로(150)를 통해, 차량 컨트롤러(2) 및/또는 충전기(3)로부터 충전기(3)의 최대 출력 전력(PMAX)을 식별할 수 있다.
정전류 충전 모드, 정전력 충전 모드 및 정전압 충전 모드 중 어느 것이든, 각각의 SOC 구간에서는 해당 충전 모드에 의한 충전 중에 배터리(11)의 전압이 점차 상승한다.
수평선(510)은 충전기(3)에서 배터리(11)에게 공급 가능한 최대 출력 전력(PMAX)이 전체 SOC 구간에서 요구되는 최대 충전 전력 이상인 것을 예시한다. 도 5에서는, SOC 구간(Z[1])의 종료점에서 최대 충전 전력이 요구되는 것으로 도시되어 있다. 이 경우, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 따른 서로 다른 충전 전류들(I#1~I#M)이 순차적으로 전환되는 정전류 충전 모드만이 실시될 것이다. 즉, SOC 구간(Z[x])에서 배터리(11)는 기준 전류값(I[x])의 충전 전류로 정전류 충전되므로, 배터리(11)에 공급되는 충전 전력의 경시적인 변화는 기준 전력 프로파일(400)에 일치하는 것으로 처리될 수 있다.
수평선(520)은 충전기(3)의 최대 출력 전력(PMAX)이 전체 SOC 구간에서 요구되는 최소 충전 전력 이하인 것을 예시한다. 도 5에서는, SOC 구간(Z[1])의 시작점에서 최소 충전 전력이 요구되는 것으로 도시되어 있다. 이 경우, 전체 SOC 구간에 걸쳐 배터리(11)에 공급되는 충전 전력은 충전기(3)의 최대 출력 전력(PMAX)으로 제한된다. 즉, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 따른 서로 다른 충전 전류들이 순차적으로 전환되는 대신, 전체 SOC 구간의 시작점부터 종료점에 이를 때까지 최대 출력 전력(PMAX)에 의한 정전력 충전 모드만이 실시될 것이다.
수평선(530)은 충전기(3)의 최대 출력 전력(PMAX)이 전체 SOC 구간에서 요구되는 최소 충전 전력보다 크고 최대 충전 전력보다는 작은 상황을 예시한다.
수평선(530)을 살펴보면, 최대 출력 전력(PMAX)은 SOC 구간(Z[1])의 초반부에는 기준 전력 커브(P#1)의 상측에 있다가, 특정 SOC(ZX)부터는 기준 전력 커브(P#1)의 하측에 있게 된다. 즉, SOC 구간(Z[1]) 내에서 수평선(530)과 기준 전력 커브(P#1)의 교차점(X)이 존재한다. 이 교차점(X)은, 기준 전류값(I#1)에 의한 정전류 충전 모드로부터 최대 출력 전력(PMAX)에 의한 정전력 충전 모드로의 전환점이다.
또한, SOC 구간(Z[2])에서는 최대 출력 전력(PMAX)이 기준 전력 커브(P#1)보다 아래인 반면, SOC 구간(Z[3]) 및 SOC 구간(Z[4])에서는 최대 출력 전력(PMAX)이 기준 전력 커브(P#3)와 기준 전력 커브(P#4)의 상측이다. 따라서, SOC 구간(Z[2])에서는 최대 출력 전력(PMAX)에 의한 정전력 충전 모드로 배터리(11)가 충전되고, SOC 구간(Z[3]) 및 SOC 구간(Z[4])에서는 기준 전류값(I#3) 및 기준 전류값(I#4)에 의한 정전류 충전 모드로 배터리(11)의 충전이 진행된다.
종래에는, 충전 중에 배터리(11)에 공급되는 충전 전력이 충전기(3)의 최대 출력 전력(PMAX)까지로 제한되는 것을 잔여 충전 시간의 예측 프로세스에 반영하는 방안이 부재하였다. 예컨대, 만약 충전기(3)의 최대 출력 전력(PMAX)이 도 5에 도시된 수평선(530)과 같음에도, 두 SOC 구간(Z[1], Z[2]) 각각에서의 잔여 충전 시간을 예측함에 있어서, 기준 전력 커브(P#1, P#2)에 따른 충전 전력이 공급되는 것으로 가정한다면, SOC 구간(Z[1])의 후반부(ZX~50%)와 SOC 구간(Z[2]) 전체에서의 기준 전력 커브(P#1, P#2)에 따른 충전 전력과 충전기(3)의 최대 출력 전력(PMAX) 간의 전력 차이만큼 잔여 충전 시간의 예측 오차가 누적되어 버린다. 결과적으로, 두 SOC 구간(Z[1], Z[2])에 대한 잔여 충전 시간은 물론 목표 SOC에 도달할 때까지의 총 잔여 충전 시간의 예측값이 실제와는 크게 동떨어지는 상황이 빈번히 발생하였다.
따라서, SOC 구간별 잔여 충전 시간의 예측 오차를 저감하기 위해서는, SOC 구간별로, 기준 전력 프로파일(400)에 따른 충전 전력과 충전기(3)의 최대 출력 전력(PMAX)을 비교하여, 정전류 충전 모드와 정전력 충전 모드 중 어느 하나만 실시될지 둘 다 실시될지를 결정한 다음, 결정된 충전 모드의 특성을 이용하여 SOC 구간별 잔여 충전 시간을 산출(예측)할 필요가 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 충전 시간 예측 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이고, 도 7은 도 6에 도시된 단계 S630의 하위 루틴들을 예시적으로 보여주는 순서도이고, 도 8은 도 7에 도시된 단계 S750의 하위 루틴들을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 6의 방법은, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용하여 배터리(11)를 충전 중, 설정 시간마다 배터리 관리 시스템(100)에 의해 실행될 수 있다.
도 1 내지 6을 참조하면, 단계 S610에서, 제어부(130)는, 배터리(11)의 전압 검출값 및 전류 검출값을 기초로, 배터리(11)의 SOC 추정값을 결정한다. SOC 추정값의 결정에는 배터리 온도 검출값이 추가적으로 이용될 수 있다. 단계 S610에서의 전압 검출값, 전류 검출값, 온도 검출값 및 SOC 추정값은 각각 배터리(11)의 현재의 전압, 전류, 온도 및 SOC를 나타내는 것일 수 있다. 제어부(130)는, 설정 시간마다 각각 결정되는 전압 검출값, 전류 검출값, 온도 검출값, 및 SOC 추정값을 메모리(140)에 기록한다. 단계 S610에서는, 현재의 외기 온도를 나타내는 외기 온도 검출값(TATM, 도 9 참조)이 추가적으로 결정될 수 있다.
단계 S620에서, 제어부(130)는, 복수의 기준 충전 맵(CM1~CMN) 중, 상기 온도 검출값이 속하는 온도 구간에 연관된 기준 충전 맵(CMn)으로부터, 단계 S610에서 결정된 상기 SOC 추정값이 속하는 제m SOC 구간(Z[m], m은 M 이하의 자연수임)에 연관된 제m 기준 전류값(I#m) 및 제m 기준 전력 커브(P#m)를 획득한다. 본 명세서에서 제m SOC 구간(Z[m])은 배터리(11)의 현 SOC가 속하는 SOC 구간일 지칭할 수 있다.
단계 S630에서, 제어부(130)는, 최대 출력 전력(PMAX) 및 제m 기준 전력 커브(P#m)의 비교 결과에 따라, SOC 추정값 및 제m SOC 구간(Z[m])의 종료점을 기초로, 그리고 제m 기준 전류값(I#m), 최대 출력 전력(PMAX) 및 제m 기준 전력 커브(P#m) 중 적어도 하나를 더 기초로, 배터리(11)의 SOC가 단계 S610에서 결정된 SOC 추정값으로부터 제m SOC 구간(Z[m])의 종료점에 도달할 때까지의 소요 시간을 나타내는 제m 충전 시간 예측값을 결정한다. 예컨대, 단계 S610에서 결정된 SOC 추정값이 2%라면, 제m SOC 구간(Z[m]) = Z[1]이고, 제m 충전 시간 예측값(제1 충전 시간 예측값)은 배터리(11)의 SOC가 2%에서 50%가 될 때까지의 필요한 시간일 수 있다. 단계 S630은 그의 하위 루틴들로서 단계 S710 내지 단계 S750을 포함한다.
도 7을 참조하면, 단계 S710에서, 제어부(130)는, 충전기(3)의 최대 출력 전력(PMAX)이 제m 기준 전력 커브(P#m)의 최대 전력값 이상인지 여부를 판정한다. 예컨대, 도 5의 수평선(510)이 최대 출력 전력(PMAX)을 나타내는 것이라면, 단계 S710의 값은 "예"이다. 반면, 도 5의 수평선(520) 또는 수평균(530)이 최대 출력 전력(PMAX)을 나타내는 것이라면, 단계 S710의 값은 "아니오"이다. 단계 S710의 값이 "예"이면, 단계 S720으로 진행된다. 단계 S710의 값이 "아니오"이면, 단계 S730으로 진행된다.
단계 S720에서, 제어부(130)는, SOC 추정값, 제m SOC 구간(Z[m])의 종료점 및 제m 기준 전류값(I#m)을 기초로, 제m 충전 시간 예측값을 결정한다. SOC 차이(ΔZ[m])는 제m SOC 구간(Z[m])의 종료점에서 SOC 추정값을 차감한 값이다. 단계 S720을 통해 결정되는 제m 충전 시간 예측값은, 정전류 충전 모드에 의한 충전 시간을 나타낼 수 있다. 제어부(130)는, SOC 차이(ΔZ[m])에 대응하는 충전 필요 용량을 연산한 다음, 연산된 충전 필요 용량을 제m 기준 전류값(I#m)으로 제산함으로써, 제m 충전 시간 예측값을 결정할 수 있다.
하기의 수식 1은 정전류 충전 모드에 의한 충전 시간을 결정하는 데에 이용 가능한 함수의 일 예이다.
<수식 1>
Figure PCTKR2023010664-appb-img-000001
수식 1에 있어서 z = SOC, zf = 충전을 통해 도달하고자 하는 SOC, zi = zf에 도달하기 전의 특정 시점에서의 SOC, ICHG = 충전 전류, QMAX = 배터리(11)의 최대 용량, ΔQ = 충전 필요 용량 = Δz = (zf - zi)에 대응하는 용량, ΔtCC = 충전 시간. 참고로, 수식 1은 이해를 돕기 위해 3개의 등호를 이용하여 표현되어 있으나, 우측 3개의 항 중 맨 우측의 항만을 포함하도록 메모리(151)에 저장될 수 있다.
일 예로, QMAX = 10000 mAh, zf - zi = 제m SOC 구간(Z[m])의 종료점 - SOC 추정값 = 50% - 2% = ΔZ[m] = 48%, 그리고 I#m = 10 A라고 해보자. 그러면, ΔQ = 4800 mAh이므로, Δt#m = 4800 mAh/10 A = 0.48 시간이다.
단계 S730에서, 제어부(130)는, 충전기(3)의 최대 출력 전력(PMAX)이 제m 기준 전력 커브(P#m)의 최소 전력값 이하인지 여부를 판정한다. 예컨대, 도 5의 수평선(520)이 최대 출력 전력(PMAX)을 나타내는 것이라면, 단계 S730의 값은 "예"이다. 반면, 도 5의 수평선(530)이 최대 출력 전력(PMAX)을 나타내는 것이라면, 단계 S730의 값은 "아니오"이다. 단계 S730의 값이 "예"이면, 단계 S740으로 진행된다. 단계 S730의 값이 "아니오"인 것은, 충전기(3)의 최대 출력 전력(PMAX)이 제m 기준 전력 커브(P#m)의 최소 전력값과 최대 전력값 사이임을 의미한다. 단계 S730의 값이 "아니오"이면, 단계 S750으로 진행된다.
단계 S740에서, 제어부(130)는, SOC 추정값, 제m SOC 구간(Z[m])의 종료점, 최대 출력 전력(PMAX) 및 제m 기준 전력 커브(P#m)를 기초로, 제m 충전 시간 예측값을 결정한다. 단계 S740을 통해 결정되는 제m 충전 시간 예측값은, 정전력 충전 모드에 의한 충전 시간일 수 있다. 하기의 수식 2는 정전력 충전 모드에 의한 충전 시간을 결정하는 데에 이용 가능한 함수의 일 예이다.
<수식 2>
Figure PCTKR2023010664-appb-img-000002
수식 2에 있어서, z = SOC, zf = 충전을 통해 도달하고자 하는 SOC, zi = zf에 도달하기 전의 특정 시점에서의 SOC, ICHG = 충전 전류, V(z) = ICHG로 정전류 충전 중 z에서의 배터리(11)의 전압 추정값, VAV = zi ~ zf의 범위에서 V(z)의 평균. PCHG(z) = ICHG로 정전류 충전 중 z에서의 충전 전력, PCP = 실제로 공급되는 충전 전력(정전력), ΔWhCP = 충전 필요 에너지, ΔQ = 충전 필요 용량, ΔtCP = 충전 시간. 참고로, ΔWhCP의 단위는 Wh(Watt-hour)일 수 있다. 참고로, 수식 2는 이해를 돕기 위해 4개의 등호를 이용하여 표현되어 있으나, 우측 4개의 항 중 맨 우측의 항만을 포함하도록 메모리(151)에 저장될 수 있다.
배터리(11)의 최대 용량 = 10000 mAh이고, SOC 추정값은 2%이며, 최대 출력 전력(PMAX)이 도 5의 수평선(520)에 일치한다 가정해보자. 그러면, 수식 2에서, zi = 2%, zf = 50%, zf - zi = ΔZ[1] = 48%, Q = 4800 mAh, ICHG = I#1 = 10 A, PCHG(z) = P#1이다. 만약, VAV = 3.3 V, PCP = PMAX = 20 W(Watt)이면, ΔtCP = {4800 mAh × 3.3 V} /20 W = 0.792 시간 = Δt#1.
단계 S750에서, 제어부(130)는, SOC 추정값, 제m SOC 구간(Z[m])의 종료점, 제m 기준 전류값(I#m), 최대 출력 전력(PMAX) 및 제m 기준 전력 커브(P#m)를 기초로, 제m 충전 시간 예측값(Δt#m)을 결정한다.
단계 S750은 그의 하위 루틴들로서 단계 S810 내지 단계 S850을 포함한다.
도 8을 참조하면, 단계 S810에서, 제어부(130)는, 제m 기준 전력 커브(P#m)와 최대 출력 전력(PMAX)의 교차점에서의 SOC를 나타내는 교차 SOC를 결정한다. 도 5를 참조하면, 최대 출력 전력(PMAX)이 수평선(530)에 일치한다고 할 때, X는 상기 교차점을, ZX는 상기 교차 SOC를 나타낸다.
단계 S820에서, 제어부(130)는, 교차 SOC(ZX)가 SOC 추정값(현 SOC)보다 큰지 여부를 판정한다. 단계 S820의 값이 "예"이면, 단계 S830 및 단계 S840으로 진행된다. 단계 S820의 값이 "아니오"인 것은, 현재부터 제m SOC 구간(Z[m])의 종료점까지는 충전 전력이 최대 출력 전력(PMAX)으로 제한되는, 정전력 충전 모드만이 실시될 것임을 의미한다. 단계 S820의 값이 "아니오"이면, 도 7의 단계 S740으로 진행될 수 있다.
단계 S830에서, 제어부(130)는, SOC 추정값, 교차 SOC(ZX) 및 제m 기준 전류값(I#m)을 기초로, 배터리(11)의 SOC가 SOC 추정값으로부터 교차 SOC(ZX)에 도달할 때까지의 소요 시간을 나타내는 제m 정전류 충전 시간 예측값을 결정한다. 제m 정전류 충전 시간 예측값을 결정하는 데에는 전술된 수식 1이 이용될 수 있다. 즉, 현 SOC가 2%라고 할 때, 수식 1의 zf로서 제1 SOC 구간(Z[1])의 종료점 50% 대신 교차 SOC(ZX)가 입력된 경우의 ΔtCC가 제m 정전류 충전 시간 예측값으로 결정된다.
단계 S840에서, 제어부(130)는, 교차 SOC(ZX), 제m SOC 구간(Z[m])의 종료점, 최대 출력 전력(PMAX) 및 제m 기준 전력 커브(P#m)를 기초로, 배터리(11)의 SOC가 교차 SOC(ZX)로부터 제m SOC 구간(Z[m])의 종료점에 도달할 때까지의 소요 시간을 나타내는 제m 정전력 충전 시간 예측값을 결정한다.
제m 정전력 충전 시간 예측값을 결정하는 데에는 전술된 수식 2가 이용될 수 있다. 즉, ZX > 2% = 현 SOC라고 할 때, 수식 2의 zi로서 SOC 추정값 대신 교차 SOC(ZX)가 입력된 경우의 ΔtCP가 제m 정전력 충전 시간 예측값으로 결정된다.
단계 S850에서, 제어부(130)는, 단계 S830에서 결정된 제m 정전류 충전 시간 예측값과 단계 S840에서 결정된 제m 정전력 충전 시간 예측값의 합과 동일하게, 제m 충전 시간 예측값을 결정한다.
지금부터 설명되는 단계 S640은, m가 M 미만인 것을 조건으로 실행될 수 있다. 현 SOC가 속하는 SOC 구간의 구간 인덱스인 m이 M 미만인 것은, 현재 충전 절차가 진행 중인 제m SOC 구간(Z[m])에 후속하는 적어도 하나의 SOC 구간이 존재함을 의미한다. 일 예로, m = 1 < 4 = M인 경우, 3개의 SOC 구간(Z[2]~Z[4])에서의 충전이 예정되어 있으므로, 단계 S640가 실시될 수 있다.
단계 S640에서, 제어부(130)는, 배터리 온도 검출값 및 제m 충전 시간 예측값(Δt#m)을 기초로, 그리고 제m 기준 전류값(I#m) 및 최대 출력 전력(PMAX) 중 적어도 하나를 더 기초로, 제(m+1) SOC 구간(Z[m+1])의 시작점에서의 온도 예측값을 결정한다. 제(m+1) SOC 구간(Z[m+1])의 시작점에서의 온도 예측값은, 제m SOC 구간(Z[m])의 종료점에서의 배터리(11)의 온도를 나타낸다. 단계 S610에서 외기 온도 검출값(TATM)이 추가적으로 획득된 경우, 단계 S640에서는 외기 온도 검출값(TATM)에 더 기초하여, 제(m+1) SOC 구간(Z[m+1])의 시작점에서의 온도 예측값이 결정될 수 있다.
단계 S640은, 단계 S642 및 단계 S644를 포함할 수 있다.
단계 S642에서, 제어부(130)는, 배터리(11)의 현 SOC를 나타내는 SOC 추정값부터 제(m+1) SOC 구간(Z[m+1])의 시작점에 도달할 때까지의 기간 동안의 온도 변화 예측량을 결정한다. 온도 변화 예측량의 결정에는 후술된 제1 써멀 모델 및 제2 써멀 모델 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
단계 S644에서, 제어부(130)는, 단계 S642에서 결정된 온도 변화 예측량(예, 도 9의 ΔTCC, ΔTCP, 또는 ΔTCC+ΔTCP)과 단계 S610에서 획득되는 온도 검출값의 합과 동일하게, 제(m+1) SOC 구간(Z[m+1])의 시작점에서의 온도 예측값을 결정한다.
도 9는 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 따른 SOC 구간별 온도 변화량을 예측하는 데에 이용되는 제1 및 제2 써멀 모델을 설명하는 데에 참조되는 모식도이다.
도 9에서, TBAT는 배터리 온도(검출값 또는 예측값), Δt는 충전 시간, ICC는 정전류, PCP는 충전기(3)의 최대 출력 전력(PMAX), TATM은 외기 온도 검출값이다.
제어부(130)는, 제1 써멀 모델 및 제2 써멀 모델 중 적어도 하나를 이용하여, 특정 SOC 구간 이내인 배터리(11)의 SOC가 해당 SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지의 온도 변화량을 나타내는 온도 변화 예측량을 산출할 수 있다.
제1 써멀 모델은, 제어부(130)에 의해 입력 변수들(TBAT, Δt, ICC, TATM)의 값이 할당된 것에 응답하여, 정전류 충전 모드에 의한 온도 변화량(ΔTCC)을 출력하도록 미리 정해진 함수로서, 아래에 예시된 수식 3이 제1 써멀 모델로서 이용될 수 있다.
<수식 3>
Figure PCTKR2023010664-appb-img-000003
수식 3에서, α는 조정 계수(미리 정해져 있음), β는 열 교환 계수(미리 정해져 있음), CH은 배터리(11)의 열용량(미리 정해져 있음)을 나타낸다. 제1 써멀 모델에 있어서, TATM은 외기 온도 검출값 대신 미리 정해진 값(예, 25℃)일 수 있다.
수식 3은 제1 써멀 모델의 일 예일 뿐, 제1 써멀 모델이 위 수식 3으로 국한되는 것은 아니다. 즉, 정전류 충전 모드에서의 배터리(11)의 발열 특성에 맞춰, 입력변수인 ICC, Δt, 및 TATM 과 TBAT의 차이 각각과 출력 변수인 ΔTCC 간에 양의 상관 관계를 부여하는 것이라면, 수식 3외의 다른 함수나 알고리즘이 제1 써멀 모델로서 이용되더라도 무방하다.
제2 써멀 모델은, 제어부(130)에 의해 입력 변수들(TBAT, Δt, PCP, TATM)의 값이 할당된 것에 응답하여, 정전력 충전 모드에 의한 온도 변화량(ΔTCP)을 출력하도록 미리 정해진 함수로서, 아래에 예시된 수식 4가 제2 써멀 모델로서 이용될 수 있다.
<수식 4>
Figure PCTKR2023010664-appb-img-000004
수식 4에서, γ은 조정 계수(미리 정해져 있음)이고, 나머지 변수 및 계수는 수식 3과 동일하다.
수식 4는 제2 써멀 모델의 일 예일 뿐, 제2 써멀 모델이 위 수식 4으로 국한되는 것은 아니다. 즉, 정전력 충전 모드에서의 배터리(11)의 발열 특성에 맞춰, 입력변수인 PCP, Δt, 및 TATM 과 TBAT의 차이 각각과 출력 변수인 ΔTCP 간에 양의 상관 관계를 부여하는 것이라면, 수식 4외의 다른 함수나 알고리즘이 제2 써멀 모델로서 이용되더라도 무방하다.
도 5와 도 9를 함께 참조하면, SOC 추정값(Zest)이 교차 SOC(ZX) 미만인 경우, 수식 3의 Δt에 제m 정전류 충전 시간 예측값을 입력 시에 출력되는 ΔTCC와 수식 4의 Δt에 제m 정전력 충전 시간 예측값을 입력 시에 출력되는 ΔTCP의 합이 SOC 구간(Z[1])에서의 온도 변화 예측량으로 결정될 수 있다. SOC 추정값(Zest)이 교차 SOC(ZX) 이상인 경우, 수식 4의 ΔTCP이 SOC 구간(Z[1])에서의 온도 변화 예측량으로 결정될 수 있다. 또한, SOC 구간(Z[2])에서의 온도 변화 예측량은 수식 4에 의해 결정될 수 있다. 나머지 두 SOC 구간(Z[3], Z[4]) 각각에서의 온도 변화 예측량은 수식 3에 의해 결정될 수 있다.
도 7을 재참조하면, 단계 S720, 단계 S740 및 단계 S750는 택일적으로 실시된다.
단계 S720이 실행되는 경우, 제어부(130)는 제1 써멀 모델의 입력 변수들(TBAT, Δt, ICC)에 각각 배터리 온도 검출값, 제m 충전 시간 예측값 및 제m 기준 전류값(I#m)을 할당하고, 제1 써멀 모델로부터 출력되는 온도 변화량(ΔTCC)에 온도 검출값을 합산하여, 제(m+1) SOC 구간(Z[m+1])의 시작점에서의 온도 예측값을 결정할 수 있다.
단계 S740이 실행되는 경우, 제어부(130)는 제2 써멀 모델의 입력 변수들(TBAT, Δt, PCP)에 각각 배터리 온도 검출값, 제m 충전 시간 예측값 및 최대 출력 전력(PMAX)을 할당하고, 제2 써멀 모델로부터 출력되는 온도 변화량(ΔTCP)에 온도 검출값을 합산하여, 제(m+1) SOC 구간(Z[m+1])의 시작점에서의 온도 예측값을 결정할 수 있다.
단계 S750이 실행되는 경우, 제어부(130)는 제1 써멀 모델의 입력 변수들(TBAT, Δt, ICC)에 각각 배터리 온도 검출값, 제m 정전류 충전 시간 예측값(수식 1의 ΔtCC) 및 제m 기준 전류값(I#m)을 할당하고, 제1 써멀 모델로부터 출력되는 온도 변화량(ΔTCC)에 배터리 온도 검출값을 합산하여, 교차 SOC(ZX)에서의 온도 예측값을 결정할 수 있다. 이어서, 제2 써멀 모델의 입력 변수들(TBAT, Δt, PCP)에 각각 교차 SOC(ZX)에서의 온도 예측값, 제m 정전력 충전 시간 예측값(수식 2의 ΔtCP) 및 제m 기준 전류값(I#m)을 할당하고, 제2 써멀 모델로부터 출력되는 온도 변화량(ΔTCP)에 교차 SOC(ZX)에서의 온도 예측값을 합산하여, 제(m+1) SOC 구간(Z[m+1])의 시작점에서의 온도 예측값을 결정할 수 있다.
현 SOC 구간(Z[m])에 후행하는 SOC 구간(Z[k], k는 m보다 크고 M 미만의 자연수)에 대한 온도 변화 예측량의 산출 동작은, 상기 후행하는 SOC 구간(Z[k])의 시작점에서의 배터리 온도 예측값이 도 9의 TBAT로서 할당된다는 점과, 상기 후행하는 SOC 구간(Z[k])에 연관된 기준 전류값(I#k)가 도 9의 ICC로서 할당된다는 점을 제외하고는, 전술된 SOC 구간(Z[m])에서의 온도 변화 예측량의 산출 동작과 공통된다.
SOC 구간(Z[k])의 시작점에서의 온도 예측값은, 복수의 기준 충전 맵(CM1~CMN) 중 어느 하나의 기준 충전 맵(CMu, u는 N 이하의 자연수)를 특정하고, 특정된 기준 충전 맵(CMu)으로부터 제k 기준 전력 커브(P#k) 및 제k 기준 전류값(I#k)을 획득하는 데에 이용된다.
제어부(130)는, 전술된 과정을 목표 SOC가 속하는 마지막 SOC 구간(예, Z[M])에 대한 충전 시간 예측값이 결정될 때까지 매 SOC 구간에 대해서 실시할 수 있다. 이에 따라, 현 SOC 구간(Z[m]) 내지 마지막 SOC 구간(Z[M]) 각각에 대한 충전 시간 예측값이 순차적으로 결정될 수 있다. 따라서, 현 SOC 구간(Z[m]) 내지 마지막 SOC 구간(Z[M])에 대해 결정된 충전 시간 예측값들을 모두 합산하면, 현 SOC로부터 목표 SOC까지 도달하는 데에 소요될 총 잔여 시간이 결정될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 충전 시간 예측 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 10의 방법은, m가 M 미만인 것을 조건으로, 도 5의 방법에 후속하여 실행될 수 있다. m가 M 미만인 것은, 제1 내지 제M SOC 구간(Z[1]~Z[M]) 중 현재의 SOC가 속하는 제m SOC 구간(Z[m])에 후속하는 적어도 하나의 SOC 구간이 존재함을 의미한다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 단계 S1010에서, 제어부(130)는, 구간 인덱스 k를 (m+1)과 동일하게 설정한다.
단계 S1020에서, 제어부(130)는, 제k SOC 구간(Z[k])의 시작점에서의 온도 예측값에 대한 결정이 완료되었는지 여부를 판정한다. 단계 S1020의 값이 "예"인 경우, 단계 S1030으로 진행된다. 단계 S1020의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S1020의 값이 "예"가 될 때까지 대기할 수 있다.
단계 S1030에서, 제어부(130)는, 제k SOC 구간(Z[k])의 시작점에서의 온도 예측값이 속하는 복수의 온도 구간 중 어느 한 온도 구간에 연관된, 복수의 기준 충전 맵(CM1~CMN) 중 어느 한 기준 충전 맵(CMu)으로부터, 제k SOC 구간(Z[k])에 연관된 제k 기준 전력 커브(P#k) 및 제k 기준 전류값(I#k)을 결정한다.
단계 S1040에서, 제어부(130)는, 제k SOC 구간(Z[k])의 크기(ΔZ)를 기초로, 그리고 제k 기준 전류값(I#k), 최대 출력 전력(PMAX) 및 제k 기준 전력 커브(P#k) 중 적어도 하나를 더 기초로, 배터리(11)의 SOC가 제k SOC 구간(Z[k])의 시작점으로부터 제k SOC 구간(Z[k])의 종료점에 도달할 때까지의 소요 시간을 나타내는 제k 충전 시간 예측값을 결정한다.
제k 충전 시간 예측값의 결정 동작은, 구간 인덱스 m가 k로 대체되고, SOC 추정값이 제k SOC 구간(Z[k])의 시작점으로 대체된다는 점을 제외하고는, 도 7 및 도 8을 참조하여 전술된 동작과 공통된다.
단계 S1050에서, 제어부(130)는, 구간 인덱스 k가 M과 동일한지 여부를 판정한다. M은 목표 SOC가 속하는 마지막 SOC 구간(Z[M])의 식별 넘버라고 할 수 있다. 구간 인덱스 k가 M과 동일한 것은, 마지막 SOC 구간(Z[M])에 대한 충전 시간 예측값의 결정이 완료되었음을 의미한다. 단계 S1050의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S1060으로 진행된다. 단계 S1050의 값이 "예"인 경우, 단계 S1080으로 진행된다.
단계 S1060에서, 제어부(130)는, 제k SOC 구간(Z[k])의 시작점에서의 온도 예측값 및 제k 충전 시간 예측값을 기초로, 그리고 제k 기준 전류값(I#k) 및 최대 출력 전력(PMAX) 중 적어도 하나를 더 기초로, 제(k+1) SOC 구간(Z[k+1])의 시작점에서의 온도 예측값을 결정한다.
단계 S1060은, 단계 S1062 및 단계 S1064를 포함할 수 있다.
단계 S1062에서, 제어부(130)는, 배터리(11)의 SOC가 제k SOC 구간(Z[k])의 시작점부터 제(k+1) SOC 구간(Z[k+1])의 시작점에 도달할 때까지의 기간 동안의 온도 변화 예측량을 결정한다. SOC 구간(Z[k])에서의 온도 변화 예측량의 결정에는 전술된 제1 써멀 모델 및 제2 써멀 모델 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
단계 S1064에서, 제어부(130)는, 단계 S1062에서 결정된 온도 변화 예측량과 제k SOC 구간(Z[k])의 시작점에서의 온도 예측값의 합과 동일하게, 제(k+1) SOC 구간(Z[k+1])의 시작점에서의 온도 예측값을 결정한다.
단계 S1070에서, 제어부(130)는, 구간 인덱스 k를 1만큼 증가시킨 다음, 단계 S1030으로 회귀한다. 즉, 단계 S1030 내지 S1070은 k가 M에 도달할 때까지, 반복될 수 있다.
단계 S1080에서, 제어부(130)는, 제m 내지 제M 충전 시간 예측값을 합산하여, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차가 종료될 때까지(즉, 배터리의 SOC가 목표 SOC에 도달하게 될 때까지)의 총 잔여 충전 시간을 결정한다. 제m 내지 제M 충전 시간 예측값은 제m 내지 제M SOC 구간(Z[m]~Z[M])에 일대일로 대응한다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 충전 시간 예측 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 11의 방법은, 도 6 내지 도 10을 참조하여 전술된 제1 및 제2 실시예 중 어느 하나에 의해 충전 시간 예측값이 결정된 적어도 하나의 SOC 구간에 대한 정전류 충전이 실제로 완료되는 것을 조건으로, 해당 SOC 구간을 조정하기 위해 실행될 수 있다. 도 11을 설명함에 있어서, j는 m 이상 M 이하의 자연수라고 가정하겠다.
도 1 내지 도 11을 참조하면, 단계 S1110에서, 제어부(130)는, 제j SOC 구간(Z[j])에서의 실제 온도 변화량을 결정한다. 제j SOC 구간(Z[j])이 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 시작 시점에서의 SOC 구간(예, Z[m])인 경우, 충전 시작 시점에서의 배터리 온도 검출값과 SOC 구간(Z[m])의 종료점에서의 배터리 온도 검출값 간의 차분이 SOC 구간(Z[m])에서의 실제 온도 변화량으로 결정될 수 있다. 또는, 제j SOC 구간(Z[j])이 충전 시작 시점에서의 SOC 구간(예, Z[m])과는 다른 SOC 구간(예, Z[M])인 경우, SOC 구간(Z[M])의 시작점 및 종료점에서의 두 배터리 온도 검출값 간의 차분이 SOC 구간(Z[M])에서의 실제 온도 변화량으로 결정될 수 있다.
단계 S1120에서, 제어부(130)는, 제j SOC 구간(Z[j])에서의 실제 온도 변화량이 제j SOC 구간(Z[j])에서의 온도 변화 예측량보다 큰지 여부를 판정한다.
대안적으로, 제어부(130)는, 제j SOC 구간(Z[j])의 시작점과 종료점에서의 두 외기 온도 검출값을 기초로 제j SOC 구간(Z[j])에서의 온도 변화 예측량을 보정한 다음, 보정된 온도 변화 예측량을 제j SOC 구간(Z[j])에서의 실제 온도 변화량과 비교할 수도 있다. 구체적으로, 제j SOC 구간(Z[j])에서의 온도 변화 예측량을 결정 시, 수식 3의 TATM은 제j SOC 구간(Z[j])의 시작점에서의 외기 온도를 나타내는 것일 수 있다. 외기 온도는 제j SOC 구간(Z[j])에서 변화할 수 있기 때문에, 하기의 수식 5를 이용하여 온도 보정값을 산출한 다음, 온도 보정값을 제j SOC 구간(Z[j])에서의 온도 변화 예측량에 합산함으로써, 제j SOC 구간(Z[j])에서의 온도 변화 예측량을 보정할 수 있다.
<수식 5>
Figure PCTKR2023010664-appb-img-000005
수식 5에 있어서, TATM_1는 제j SOC 구간(Z[j])의 시작점에서의 외기 온도 검출값일 수 있고, TATM_2는 제j SOC 구간(Z[j])의 종료점에서의 외기 온도 검출값일 수 있다. 그 외에 파라미터들의 값은 수식 4와 공통된다. 수식 5에 따르면, TATM_2 > TATM_1인 경우, ΔTcorrect은 양수이며, 제j SOC 구간(Z[j])에서의 온도 변화 예측량은 보정을 통해 증가한다. 반대로, TATM_2 < TATM_1인 경우, ΔTcorrect은 음수이며, 제j SOC 구간(Z[j])에서의 온도 변화 예측량은 보정을 통해 감소한다.
단계 S1120의 값이 "예"인 경우, 단계 S1130으로 진행된다.
단계 S1130에서, 제어부(130)는, 제j SOC 구간(Z[j])에서의 실제 온도 변화량과 온도 변화 예측량 간의 차이에 따라, 제j SOC 구간(Z[j])을 조정한다.
일 예로, 제어부(130)는, 제j SOC 구간(Z[j])의 종료점을, 상기 차이에 대해 소정의 양의 상관 관계를 갖는 조정값만큼 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 제j SOC 구간(Z[j])의 크기가 상기 조정값만큼 줄어든다. 또한, 제j SOC 구간(Z[j])의 종료점이 상기 조정값만큼 앞당겨진다는 것은, 제(j+1) SOC 구간(Z[j+1])의 시작점도 상기 조정값만큼 앞당겨짐을 의미한다. 따라서, 제(j+1) SOC 구간(Z[j+1])의 크기는 상기 조정값만큼 증가된다.
도 11을 참조하여 전술된 제3 실시예에 따르면, 향후에 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜이 진행될 경우, 예상을 넘어서는 온도 상승이 발생한 이력이 있는 SOC 구간에 대한 충전 절차가 조기 종료되는 한편, 해당 SOC 구간에 후속하는 SOC 구간에 대한 충전 절차가 일찍 개시된다. 도 2를 참조하여 전술된 기준 전류 프로파일(200)에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상대적으로 높은 SOC 구간에 상대적으로 작은 기준 전류값이 연관되어 있는 경향성을 갖도록 작성되어 있다면, 과도한 온도 상승을 유발한 기준 전류값을 그보다 낮은 다른 기준 전류값으로 조기에 전환하여 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차를 안전하게 지속할 수 있다.
또한, 제어부(130)는, 복수의 기준 충전 맵(CM1~CMN) 중 어느 하나의 보정(특정 SOC 구간의 크기를 조정)에 상응하도록 기준 충전 맵 또한 보정할 수 있다. 예를 들어, 기준 충전 맵의 특정 SOC 구간이 조정되는 경우, 기준 충전 맵의 상기 특정 SOC 구간도 동일하게 조정될 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 (15)

  1. 복수의 온도 구간에 연관된 복수의 기준 충전 맵 - 각 기준 충전 맵은 제1 내지 제M SOC 구간(M은 2 이상의 자연수임)에 연관된 제1 내지 제M 기준 전류값 및 제1 내지 제M 기준 전력 커브를 포함함 - 을 저장하도록 구성되는 메모리;
    배터리의 전압, 전류 및 온도를 검출하도록 구성되는 센싱부; 및
    상기 배터리의 전압 검출값 및 전류 검출값을 기초로, 상기 배터리의 SOC 추정값을 결정하도록 구성되는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 온도 검출값이 속하는 온도 구간에 연관된 기준 충전 맵으로부터, 상기 SOC 추정값이 속하는 제m SOC 구간(m은 M 이하의 자연수임)에 연관된 제m 기준 전력 커브 및 제m 기준 전류값을 획득하고,
    상기 배터리에 충전 전력을 공급하는 충전기의 최대 출력 전력과 상기 제m 기준 전력 커브의 비교 결과에 따라, 상기 제m SOC 구간의 종료점과 상기 SOC 추정값의 차이와, 상기 제m 기준 전류값, 상기 최대 출력 전력 및 상기 제m 기준 전력 커브 중 적어도 하나를 기초로, 상기 배터리의 SOC가 상기 제m SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지의 소요 시간을 나타내는 제m 충전 시간 예측값을 결정하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전기의 최대 출력 전력이 상기 제m 기준 전력 커브의 최대 전력값 이상인 것에 응답하여, 상기 배터리의 SOC가 상기 SOC 추정값으로부터 상기 제m SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지 상기 제m 기준 전류값을 이용한 정전류 충전 모드를 실시 시에 예상되는 소요 시간을 상기 제m 충전 시간 예측값으로 결정하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전기의 최대 출력 전력이 상기 제m 기준 전력 커브의 최소 전력값 이하인 것에 응답하여, 상기 배터리의 SOC가 상기 SOC 추정값으로부터 상기 제m SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지 상기 최대 출력 전력을 이용한 정전력 충전 모드를 실시 시에 예상되는 소요 시간을 상기 제m 충전 시간 예측값으로 결정하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전기의 최대 출력 전력이 상기 제m 기준 전력 커브의 최소 전력값과 최대 전력값 사이인 것에 응답하여,
    상기 제m 기준 전력 커브와 상기 최대 출력 전력의 교차점에서의 SOC를 나타내는 교차 SOC를 결정하고,
    상기 SOC 추정값, 상기 교차 SOC, 상기 제m SOC 구간의 종료점, 상기 제m 기준 전류값, 상기 최대 출력 전력 및 상기 제m 기준 전력 커브를 기초로, 상기 제m 충전 시간 예측값을 결정하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 SOC가 상기 SOC 추정값으로부터 상기 교차 SOC에 도달할 때까지 상기 제m 기준 전류값을 이용한 정전류 충전 모드를 실시 시에 예상되는 소요 시간을 나타내는 제m 정전류 충전 시간 예측값을 결정하고,
    상기 배터리의 SOC가 상기 교차 SOC로부터 상기 제m SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지 상기 최대 출력 전력을 이용한 정전력 충전 모드를 실시 시에 예상되는 소요 시간을 나타내는 제m 정전력 충전 시간 예측값을 결정하고,
    상기 제m 정전류 충전 시간 예측값과 상기 제m 정전력 충전 시간 예측값의 합과 동일하게, 상기 제m 충전 시간 예측값을 결정하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 내지 제M SOC 구간 중, 상기 제m SOC 구간에 후속하는 적어도 하나의 SOC 구간이 존재하는 경우, 상기 제(m+1) SOC 구간의 시작점에서의 온도 예측값을 더 결정하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제m 기준 전류값 및 상기 제m 충전 시간 예측값을 기초로, 상기 배터리의 SOC가 상기 SOC 추정값부터 상기 제(m+1) SOC 구간의 시작점에 도달할 때까지의 온도 변화 예측량을 결정하고,
    상기 SOC 추정값부터 상기 제m SOC 구간의 종료점까지의 온도 변화 예측량을 상기 온도 검출값에 합산하여, 상기 제(m+1) SOC 구간의 시작점에서의 온도 예측값을 결정하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    k가 (m+1) 이상 M 이하의 자연수라고 할 때,
    상기 제k SOC 구간의 시작점에서의 온도 예측값에 대한 결정이 완료된 것에 응답하여,
    상기 제k SOC 구간의 시작점에서의 온도 예측값이 속하는 온도 구간에 연관된 기준 충전 맵으로부터, 상기 제k SOC 구간에 연관된 제k 기준 전력 커브 및 제k 기준 전류값을 획득하고,
    상기 충전기의 최대 출력 전력과 상기 제k 기준 전력 커브의 비교 결과에 따라, 상기 제k SOC 구간의 크기와, 상기 제k 기준 전류값, 상기 최대 출력 전력 및 상기 제k 기준 전력 커브 중 적어도 하나를 기초로, 상기 배터리의 SOC가 상기 제k SOC 구간의 시작점으로부터 종료점에 도달할 때까지의 소요 시간을 나타내는 제k 충전 시간 예측값을 결정하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제M SOC 구간에서의 충전 시간 예측값에 대한 결정이 완료된 것에 응답하여,
    상기 제m 내지 제M SOC 구간에 대해 결정된 상기 제m 내지 제M 충전 시간 예측값을 합산하여, 상기 배터리의 SOC가 상기 SOC 추정값으로부터 상기 제M SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지의 총 잔여 시간을 결정하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 관리 시스템을 포함하는, 배터리 팩.
  11. 제10항에 따른 상기 배터리 팩을 포함하는, 전기 차량.
  12. 배터리의 전압 검출값 및 전류 검출값을 기초로, 상기 배터리의 SOC 추정값을 결정하는 단계;
    복수의 온도 구간에 연관된 복수의 기준 충전 맵 - 각 기준 충전 맵은 제1 내지 제M SOC 구간(M은 2 이상의 자연수임)에 연관된 제1 내지 제M 기준 전류값 및 제1 내지 제M 기준 전력 커브를 포함함 - 중, 상기 온도 검출값이 속하는 온도 구간에 연관된 기준 충전 맵으로부터, 상기 SOC 추정값이 속하는 제m SOC 구간(m은 M 이하의 자연수임)에 연관된 제m 기준 전력 커브 및 제m 기준 전류값을 획득하는 단계; 및
    상기 배터리에 충전 전력을 공급하는 충전기의 최대 출력 전력과 상기 제m 기준 전력 커브의 비교 결과에 따라, 상기 제m SOC 구간의 종료점과 상기 SOC 추정값의 차이와, 상기 제m 기준 전류값, 상기 최대 출력 전력 및 상기 제m 기준 전력 커브 중 적어도 하나를 기초로, 상기 배터리의 SOC가 상기 제m SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지의 소요 시간을 나타내는 제m 충전 시간 예측값을 결정하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 충전 시간 예측 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제m 충전 시간 예측값을 결정하는 단계는,
    상기 충전기의 최대 출력 전력이 상기 제m 기준 전력 커브의 최대 전력값 이상인 것에 응답하여, 상기 배터리의 SOC가 상기 SOC 추정값으로부터 상기 제m SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지 상기 제m 기준 전류값을 이용한 정전류 충전 모드를 실시 시에 예상되는 소요 시간을 상기 제m 충전 시간 예측값으로 결정하는, 배터리 충전 시간 예측 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제m 충전 시간 예측값을 결정하는 단계는,
    상기 충전기의 최대 출력 전력이 상기 제m 기준 전력 커브의 최소 전력값 이하인 것에 응답하여, 상기 배터리의 SOC가 상기 SOC 추정값으로부터 상기 제m SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지 상기 최대 출력 전력을 이용한 정전력 충전 모드를 실시 시에 예상되는 소요 시간을 상기 제m 충전 시간 예측값으로 결정하는, 배터리 충전 시간 예측 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제m 충전 시간 예측값을 결정하는 단계는,
    상기 충전기의 최대 출력 전력이 상기 제m 기준 전력 커브의 최소 전력값과 최대 전력값 사이인 것에 응답하여,
    상기 제m 기준 전력 커브로부터, 상기 최대 출력 전력과 동일한 전력값에 연관된 교차 SOC를 결정하는 단계;
    상기 배터리의 SOC가 상기 SOC 추정값으로부터 상기 교차 SOC에 도달할 때까지 상기 제m 기준 전류값을 이용한 정전류 충전 모드를 실시 시에 예상되는 소요 시간을 나타내는 제m 정전류 충전 시간 예측값을 결정하는 단계;
    상기 배터리의 SOC가 상기 교차 SOC로부터 상기 제m SOC 구간의 종료점에 도달할 때까지 상기 최대 출력 전력을 이용한 정전력 충전 모드를 실시 시에 예상되는 소요 시간을 나타내는 제m 정전력 충전 시간 예측값을 결정하는 단계; 및
    상기 제m 정전류 충전 시간 예측값과 상기 제m 정전력 충전 시간 예측값의 합과 동일하게, 상기 제m 충전 시간 예측값을 결정하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 충전 시간 예측 방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009159765A (ja) * 2007-12-27 2009-07-16 Canon Inc 充電システムおよび充電器
US20190363547A1 (en) * 2016-12-08 2019-11-28 Humavox Ltd. A Charger For Adaptive Battery Charging And Methods Of Use
US20200373779A1 (en) * 2017-07-31 2020-11-26 Nissan Motor Co., Ltd. Charging Time Computation Method and Charge Control Device
KR20210043351A (ko) * 2019-10-11 2021-04-21 삼성전자주식회사 배터리 충전 장치 및 방법
KR20220021277A (ko) * 2020-08-13 2022-02-22 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 시스템, 배터리 관리 방법, 배터리 팩 및 전기 차량

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009159765A (ja) * 2007-12-27 2009-07-16 Canon Inc 充電システムおよび充電器
US20190363547A1 (en) * 2016-12-08 2019-11-28 Humavox Ltd. A Charger For Adaptive Battery Charging And Methods Of Use
US20200373779A1 (en) * 2017-07-31 2020-11-26 Nissan Motor Co., Ltd. Charging Time Computation Method and Charge Control Device
KR20210043351A (ko) * 2019-10-11 2021-04-21 삼성전자주식회사 배터리 충전 장치 및 방법
KR20220021277A (ko) * 2020-08-13 2022-02-22 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 시스템, 배터리 관리 방법, 배터리 팩 및 전기 차량

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