KR100669477B1

KR100669477B1 - 배터리의 ｓｏｃ 보정 방법 및 이를 이용한 배터리 관리시스템

Info

Publication number: KR100669477B1
Application number: KR1020050127722A
Authority: KR
Inventors: 임계종; 윤한석; 서세욱
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-01-16
Also published as: DE602006001834D1; US20070148532A1; EP1801605A1; CN101005209A; CN100546148C; US7982433B2; EP1801605B1

Abstract

본 발명은 배터리의 SOC 보정 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 배터리 충방전 전류를 이용하여 제1 SOC와 이 제1 SOC에 대응하는 OCV 테이블값인 제1 전압을 산출하고, 기전압을 산출한 후 제1 전압과 기전압의 차이로 제1 SOC에 포함된 오차 성분을 파악하며, 오차 성분을 설정된 다중 유효범위 내 어느 부분에 속하는지를 파악한다. 그런 다음 오차 성분이 속한 부분에 대응하여 설정된 보정 SOC로 제1 SOC를 보정하여, 정확한 배터리의 SOC를 파악할 수 있게 한다.

SOC, 배터리, OCV, 하이브리드 자동차, 보상, 전기 자동차

Description

배터리의 ＳＯＣ 보정 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 시스템{Method adjusting SOC for battery and battery management system using the same}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기를 이용하는 자동차 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 BMS의 MCU를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 3은 기전압 SOC 테이블에 대응하는 SOC와 기전압값과의 관계를 보여주는 그래프이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 SOC 보정방법을 순서대로 보여주는 도면이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 BMS의 MCU를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 SOC 보정방법을 순서대로 보여주는 도면이다.

본 발명은 배터리 관리 시스템(Battery Management System)에 관한 것으로, 특히, 전기 에너지를 이용하는 자동차에 사용될 수 있는 배터리의 SOC 보정 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.

가솔린이나 중유를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기 자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.

전기 자동차는 배터리(battery)에서 출력되는 전기에너지에 의해 동작하는 배터리 엔진을 이용하는 자동차이다. 이러한 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.

한편, 하이브리드 자동차라 함은 내연 엔진을 이용하는 자동차와 전기 자동차의 중간 단계의 자동차로서, 두 가지 이상의 동력원, 예컨대 내연 엔진 및 배터리 엔진을 사용하는 자동차이다. 현재에는, 내연 엔진과 수소와 산소를 연속적으로 공급하면서 화학반응을 일으켜 직접 전기 에너지를 얻는 연료 전지를 이용하거나, 배터리와 연료 전지를 이용하는 등 혼합된 형태의 하이브리드 자동차가 개발되고 있다.

이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 주행에 필요한 동력에 대해 엔진으로부터의 출력이 큰 경우에는, 잉여의 동력으로 발전기를 구동하여 배터리의 충전을 행하고, 반대로 엔진으로부터의 출력이 작은 경우에는, 배터리의 전력을 사용하여 모터를 구동하여 부족한 동력을 출력한다. 이 경우, 배터리의 방전이 행해진다.

따라서 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 성능이 뛰어나야 할 뿐만 아니라 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 수 있는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)이 절실히 요구된다.

이러한 요구에 의해 종래의 BMS는 전지의 전압, 전류, 온도 등을 검출하여 이차 전지의 잔존 용량(State Of Charging, 이하, SOC라 약칭한다)을 연산에 의해 추정하고, 차량의 연료 소비 효율이 가장 좋아지도록 SOC 제어를 행하고 있다.

상기 SOC 제어란 가속시의 모터구동에 의한 파워 어시스트 및 감속시의 에너지 회수(회생 제동)를 균형있게 동작시키기 위해, 일반적으로는 예를 들면 SOC가 50%부터 70%의 범위 내가 되도록, SOC가 저하하여 예를 들면 50%가 된 경우에는 방전 과다의 제어를 행하고, 반대로 SOC가 상승하여 예를 들면 70%가 된 경우에는 충전 과다의 제어를 행하여, SOC를 제어 중심에 가깝게 하는 것이다.

이러한 SOC 제어를 정확히 행하기 위해서는, 충방전을 행하고 있는 배터리의 SOC를 정확히 추정하는 것이 필요하다.

이러한 종래의 SOC 추정 방법은 크게 2가지 종류로 나눌 수 있는데, 하나는 충방전된 전류를 측정하여, 그 전류값(충전의 경우는 마이너스, 방전의 경우는 플 러스의 부호를 갖는다)에 충전 효율을 승산하고 그 승산값을 어느 시간 기간에 걸쳐 적산함으로써 적산 용량을 계산한 후 이 적산 용량에 기초하여 SOC를 추정한다. 다른 하나는 충방전된 전류와, 이것에 대응하는 이차 전지의 단자 전압을 쌍(pair)으로 하는 페어 데이터를 다수 개 측정하고 기억하여, 그 페어 데이터로부터, 최소 제곱법에 의해 1차의 근사 직선(전압(V)-전류(I) 근사 직선)을 구하여, 전류값 0(제로)에 대응하는 전압값(V-I 근사 직선의 V절편)을 무부하 전압(V0)으로서 산출하여, 이 무부하 전압(OCV; Open Circuit Voltage)에 기초하여 SOC를 추정한다.

그런데, 상기 적산 용량에 의한 SOC 추정 방법의 경우, 전류값을 적산할 때 필요한 충전 효율은 SOC값, 전류값, 온도 등에 의존하므로, 이들 각종 조건에 적응한 충전 효율을 발견해 내는 것은 곤란하고, 배터리가 방치 상태에 있는 경우, 그 동안의 자기 방전량을 계산할 수 없다.

결국, 이러한 등의 이유에 의해 종래의 적산 용량에 의한 SOC 추정 방법은 시간의 경과와 함께 SOC의 참값과 추정값과의 오차가 커지게 되어 정확한 SOC를 추정하지 못하는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 SOC 추정방법을 통해 얻어진 임의의 오차를 가진 SOC에 대하여 보다 정확한 배터리의 SOC가 되도록 SOC를 보정할 수 있는 배터리의 SOC 보정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 적산용량에 의해 추정한 SOC의 오차 성분을 고려하고 오차 성분이 허용치를 초과하는 경우 배터리의 SOC에 대한 보상을 수행하여 보다 정확한 배터리의 SOC를 자동차의 ECU에 제공할 수 있는 배터리 관리 시스템을 제공하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1의 특징에 따른 배터리 관리 시스템에서 사용되는 배터리의 SOC(state of charging) 보정 방법은, a) 배터리의 충방전 전류를 이용하여 배터리의 제1 SOC와 상기 제1 SOC에 대응하는 제1 전압을 산출하는 단계; b) 배터리의 충방전 전류와 배터리의 전압과 배터리의 내부 저항을 이용하여 배터리의 기전압을 산출하는 단계; c) 상기 제1 전압과 상기 기전압의 차이에 해당하는 적산 오차를 산출하는 단계; d) 상기 산출한 적산 오차가 설정된 다중 유효범위 중 어디에 속하는지를 판단하는 단계; 및 e) 상기 다중 유효범위에서 상기 적산 오차가 속하는 영역에 대응하는 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 부가하는 보정을 하여 보정된 SOC가 상기 다중 유효범위 중 최소 유효범위에 대응하는 SOC 범위 내에 있도록 하는 단계를 포함한다.

또한, 이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제2의 특징에 따른 배터리 관리 시스템에서 사용되는 배터리의 SOC(state of charging) 보정 방법은, a) 배터리의 충방전 전류를 이용하여 배터리의 제1 SOC와 상기 제1 SOC에 대응하는 제1 전압을 산출하는 단계; b) 배터리의 충방전 전압을 파악하는 단계; c) 상기 제1 전압과 상기 배터리의 충방전 전압의 차이에 해당하는 적산 오차를 산출하는 단계; d) 상기 산출한 적산 오차가 설정된 다중 유효범위 중 어디에 속하는지를 판단하는 단계; 및 e) 상기 다중 유효범위에서 상기 적산 오차가 속하는 영역에 대응하는 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 부가하는 보정을 하여 보정된 SOC가 상기 다중 유효범위 중 최소 유효범위에 대응하는 SOC 범위 내에 있도록 하는 단계를 포함한다.

상기 d) 단계는 상기 적산 오차를 상기 다중 유효범위의 각 유효범위를 한정하는 상측 및 하측 임계치와 비교하는 단계; 상기 적산 오차가 특정 유효범위의 상측 또는 하측 임계치를 초과하면 특정 임계치 초과를 알리는 단계; 및 상기 적산 오차가 상기 제1 유효범위 내에 있으면 정상 상태를 알리는 단계를 포함한다.

상기 e) 단계는 상기 적산 오차가 특정 유효범위의 상측 임계치를 초과하면 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 감산하고, 하측 임계치를 초과하면 상기 제1 보정 제1 SOC에 가산한다. 이때 상기 상측 임계치는 양의 값을 가지고, 상기 하측 임계치는 음의 값을 가지며, 상기 동일 유효범위의 상측 및 하측 임계치는 절대값을 기준으로 동일한 값이다.

상기 a) 단계는 상기 배터리의 충방전된 전류를 이용한 전류 적산법으로 적산 전류를 측정하고, 측정한 적산 전류값에 대응하는 상기 제1 SOC를 산출하며, 산출한 상기 제1 SOC을 설정된 OCV(Open Circuit Voltage) 테이블에 적용하여 상기 제1 전압을 산출한다.

또한 이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제3의 특징에 따른 전기를 이용하는 자동차의 ECU(engine controller unit)에 연결되는 배터리 관리 시스템의 구동방법은, a) 배터리의 충방전 전류 및 팩전압을 측정하는 단계; b) 배터리의 충방전 전류를 이용하여 배터리의 제1 SOC(State Of Charging)와 상기 제1 SOC에 대응하는 제1 전압을 산출하는 단계; c) 배터리의 충방전 전류와 배터리의 전압과 배 터리의 내부 저항을 이용하여 배터리의 기전압을 산출하는 단계; d) 상기 제1 전압과 상기 기전압의 차이에 해당하는 적산 오차를 산출하는 단계; e) 상기 산출한 적산 오차가 설정된 다중 유효범위 중 어디에 속하는지를 판단하는 단계; f) 상기 다중 유효범위에서 상기 적산 오차가 속하는 영역에 대응하는 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 부가하는 보정을 하여 보정된 SOC가 상기 다중 유효범위 중 최소 유효범위에 대응하는 SOC 범위 내에 있도록 하는 단계; 및 g) 상기 보정된 SOC를 상기 배터리의 현재 SOC로서 상기 ECU로 출력하는 단계를 포함한다.

또한 이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제4의 특징에 따른 전기를 이용하는 자동차의 ECU(engine controller unit)에 연결되는 배터리 관리 시스템의 구동방법은 a) 배터리의 충방전 전류 및 팩전압을 측정하는 단계; b) 배터리의 충방전 전류를 이용하여 배터리의 제1 SOC와 상기 제1 SOC에 대응하는 제1 전압을 산출하는 단계; c) 배터리의 충방전 전압을 파악하는 단계; d) 상기 제1 전압과 상기 배터리의 충방전 전압의 차이에 해당하는 적산 오차를 산출하는 단계; e) 상기 산출한 적산 오차가 설정된 다중 유효범위 중 어디에 속하는지를 판단하는 단계; f) 상기 다중 유효범위에서 상기 적산 오차가 속하는 영역에 대응하는 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 부가하는 보정을 하여 보정된 SOC가 상기 다중 유효범위 중 최소 유효범위에 대응하는 SOC 범위 내에 있도록 하는 단계; 및 g) 상기 보정된 SOC를 상기 배터리의 현재 SOC로서 상기 ECU로 출력하는 단계를 포함한다.

상기 e) 단계는 상기 적산 오차를 상기 다중 유효범위의 각 유효범위를 한정하는 상측 및 하측 임계치와 비교하는 단계; 상기 적산 오차가 특정 유효범위의 상 측 또는 하측 임계치를 초과하면 특정 임계치 초과를 알리는 단계; 및 상기 적산 오차가 상기 제1 유효범위 내에 있으면 정상 상태를 알리는 단계를 포함한다.

상기 f) 단계는 상기 적산 오차가 특정 유효범위의 상측 임계치를 초과하면 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 감산하고, 하측 임계치를 초과하면 상기 제1 보정 제1 SOC에 가산한다.

상기 b) 단계는 상기 배터리의 충방전된 전류를 이용한 전류 적산법으로 적산 전류를 측정하고, 측정한 적산 전류값에 대응하는 상기 제1 SOC를 산출하며, 산출한 상기 제1 SOC을 설정된 OCV(Open Circuit Voltage) 테이블에 적용하여 상기 제1 전압을 산출한다.

또한 이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제5의 특징에 따른 전기를 이용하는 자동차의 ECU로 배터리의 SOC를 출력하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템은, 배터리의 충방전 전류를 이용하여 제1 SOC를 산출하는 적산 SOC 산출부; 상기 제1 SOC에 대응하는 적산 전압을 산출하는 적산전압 산출부; 배터리의 팩전압과 상기 배터리의 충방전 전류 및 배터리의 내부 저항을 이용하여 배터리의 기전압을 산출하는 기전압 산출부; 상기 적산 전압과 상기 기전압를 이용하여 적산 오차를 산출하고, 산출한 상기 적산 오차가 설정된 다중 유효범위 중 어디에 속하는지를 판정하며, 판정 결과에 따라 특정 유효범위 초과 신호와 특정 유효범위 미달 신호를 출력하는 유효범위 판정부; 상기 유효범위 판정부의 출력을 통해 상기 적산 오차가 특정 유효범위를 벗어나면 벗어난 유효범위에 대응하여 설정된 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 부가하는 보정을 수행하여 보정된 SOC가 상기 다중 유효범위 중 최소 유효범위에 대응하는 SOC 범위 내에 있도록 하는 SOC 보정부; 및 상기 SOC 보정부의 출력을 상기 배터리의 현재 SOC로서 상기 ECU로 출력하는 SOC 출력부를 포함한다.

또한, 이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제6의 특징에 따른 전기를 이용하는 자동차의 ECU로 배터리의 SOC를 출력하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템은, 배터리의 충방전 전류를 이용하여 제1 SOC를 산출하는 적산 SOC 산출부; 상기 제1 SOC에 대응하는 적산 전압을 산출하는 적산전압 산출부; 상기 적산 전압과 배터리의 충방전전압을 이용하여 적산 오차를 산출하고, 산출한 상기 적산 오차가 설정된 다중 유효범위 중 어디에 속하는지를 판정하며, 판정 결과에 따라 특정 유효범위 초과 신호와 특정 유효범위 미달 신호를 출력하는 유효범위 판정부; 상기 유효범위 판정부의 출력을 통해 상기 적산 오차가 특정 유효범위를 벗어나면 벗어난 유효범위에 대응하여 설정된 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 부가하는 보정을 수행하여 보정된 SOC가 상기 다중 유효범위 중 최소 유효범위에 대응하는 SOC 범위 내에 있도록 하는 SOC 보정부; 및 상기 SOC 보정부의 출력을 상기 배터리의 현재 SOC로서 상기 ECU로 출력하는 SOC 출력부를 포함한다.

상기 유효범위 판정부는 상기 적산 오차를 상기 다중 유효범위의 각 유효범위를 한정하는 상측 및 하측 임계치와 비교하고 상기 적산 오차가 특정 유효범위의 상측 또는 하측 임계치를 초과하면 특정 유효범위의 특정 임계치 초과를 알리며, 상기 적산 오차가 상기 제1 유효범위 내에 있으면 정상 상태를 알린다.

상기 SOC 보정부는 상기 적산 오차가 특정 유효범위의 상측 임계치를 초과하 면 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 감산하고, 하측 임계치를 초과하면 상기 제1 보정 제1 SOC에 가산한다.

상기 적산전압 산출부는 상기 제1 SOC를 OCV(Open Circuit Voltage) SOC 테이블에 적용하여 상기 제1 SOC에 대응하는 적산 전압을 산출한다.

상기 상측 임계치는 양의 값을 가지고, 상기 하측 임계치는 음의 값을 가지며, 상기 동일 유효범위의 상측 및 하측 임계치는 절대값을 기준으로 동일한 값인 배터리 관리 시스템.

상기 제1 보정 SOC는 상기 유효 범위마다 서로 다른 값으로 설정된 SOC이며, 특히, 유효 범위가 커질수록 그 값이 큰 것이 바람직하다.

상기 다중 유효범위는 상기 최소 유효범위인 제1 유효범위, 상기 제1 유효범위를 포함하는 제2 유효범위, 상기 제2 유효범위를 포함하는 제3 유효범위 및 이와 같은 관계로 증가된 N개의 유효범위로 이루어진다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결“되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 ”포함“한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 SOC 보정 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 시스템에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 자동차 시스템은, BMS(1), 배터리(2), 전류센서(3), 냉각팬(4), 퓨즈(5), 메인 스위치(6), ECU(engine controller unit, 7), 인버터(8) 및 모터제너레이터(9)를 포함한다.

먼저, 배터리(2)는 복수의 전지 셀이 서로 직렬로 연결된 복수의 서브팩(2a ~ 2h), 줄력단자(2_OUT1), 출력단자(2_OUT2) 및 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 마련되는 안전스위치(2_SW)를 포함한다. 여기서 서브팩(2a ~ 2h)은 예시적으로 8개로 표시되고 서브팩은 복수의 전지 셀을 하나의 그룹으로 표시한 것에 불과한 것이고, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 안전 스위치(2_SW)는 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 마련되는 스위치로서 배터리를 교체하거나 배터리에 대한 작업을 수행할 때 작업자의 안전을 위하여 수동적으로 온 오프할 수 있는 스위치이다. 본 제1 실시예에서는 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 안전 스위치(2_SW)가 마련되나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 출력단자(2_OUT1) 및 출력단자(2_OUT2)는 인버터(8)와 연결된다.

전류센서(3)는 배터리(2)의 출력전류 량을 측정하여 BMS(1)의 센싱부(10)로 출력한다. 구체적으로 전류센서(3)는 홀(Hall) 소자를 이용하여 전류를 측정하고 측정된 전류에 대응되는 아날로그 전류 신호로 출력하는 Hall CT(Hall current transformer)일 수 있다.

냉각팬(4)은 BMS(1)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)의 충방전에 의해 발생할 수 있는 열을 냉각하여 온도 상승으로 인한 배터리(2)의 열화 및 충방전 효율의 저하를 방지한다.

퓨즈(5)는 배터리(2)의 단선 또는 단락에 의해 과전류가 배터리(2)에 전달되는 것을 방지한다. 즉 과전류가 발생하면 퓨즈(5)는 단선되어 과전류가 배터리(2)에 전달되는 것을 차단한다.

메인 스위치(6)는 과전압, 과전류, 고온 등 이상 현상이 발생하면 BMS(1) 또는 자동차의 ECU(7)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)를 온, 오프 한다.

BMS(1)는 센싱부(10), MCU(Main control unit, 20), 내부전원 공급부(30), 셀밸런싱부(40), 저장부(50), 통신부(60), 보호회로부(70), 파워온 리셋부(80) 및 외부인터페이스(90)를 포함한다.

센싱부(10)는 배터리 전체 팩전류, 배터리 전체 팩전압, 각 전지 셀전압, 셀온도 및 주변온도를 측정하여 MCU(20)에 전달한다.

MCU(20)는 센싱부(10)로부터 전달받은 배터리 전체 팩전류, 배터리 전체 팩전압, 각 전지 셀전압, 셀온도 및 주변온도에 기초하여 배터리(2)의 충전상태(state of charging, 이하 SOC), 건강상태(state of health, 이하 SOH) 등을 추정 하여 배터리(2)의 상태를 알려주는 정보를 생성하고 자동차의 ECU(7)에 전달한다. 따라서 자동차의 ECU(7)는 MCU(20)로부터 전달된 SOC 및 SOH에 기초하여 배터리(2)의 충전 또는 방전을 수행한다.

내부전원 공급부(30)는 일반적으로 보조 배터리를 이용하여 BMS(1)에 전원을 공급하는 장치이다. 셀밸런싱부(40)는 각 셀의 충전상태의 균형을 맞춘다. 즉, 충전상태가 비교적 높은 셀은 방전시키고 충전상태가 비교적 낮은 셀은 충전시킬 수 있다.

저장부(50)는 BMS(1)의 전원이 오프될 때, 현재의 SOC, SOH 등의 데이터들을 저장한다. 여기서 저장부(50)는 전기적으로 쓰고 지울 수 있는 비휘발성 저장장치로서 EEPROM일 수 있다. 통신부(60)는 자동차의 ECU(7)와 통신을 수행한다.

보호회로부(70)는 펌웨어(firm ware)를 이용하여 외부의 충격, 과전류, 저전압 등으로부터 배터리(2)를 보호하기 위한 회로이다. 파워온 리셋부(80)는 BMS(1)의 전원이 켜지면 전체 시스템을 리셋한다. 외부 인터페이스(90)는 냉각팬(4), 메인 스위치(6) 등 BMS의 보조장치들을 MCU(20)에 연결하기 위한 장치이다. 본 실시에에서는 냉각팬(4) 및 메인 스위치(6)만이 도시되었지만 이에 한정되는 것은 아니다.

ECU(7)는 차량의 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 차량 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터제너레이터(9)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 즉 ECU(7)는 인버터(8)의 스위칭을 제어하여 모터제너레이터(9)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 또한 ECU(7)는 BMS(1)의 통신부(60) 를 통하여 MCU(20)로부터 전달되는 배터리(2)의 SOC를 전달받아 배터리(2)의 SOC가 목표값(예컨대 55%)이 되도록 제어한다.

예를 들면 MCU(20)로부터 전달된 SOC가 55% 이하이면 인버터(8)의 스위치를 제어하여 전력이 배터리(10) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(2)를 충전시킨다. 이때 팩전류(I)는 '-'값이 된다. 한편, SOC가 55% 이상이면 인버터(8)의 스위치를 제어하여 전력이 모터제너레이터(9) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(2)를 방전시킨다. 이때 팩전류(I)는 '+'값이 된다.

인버터(8)는 ECU(7)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)가 충전 또는 방전되도록 한다.

모터 제너레이터(9)는 배터리(2)의 전기에너지를 이용하여 ECU(7)로부터 전달되는 토크 정보에 기초하여 자동차를 구동한다.

결국 ECU(7)는 SOC에 기초하여 충방전 할 수 있는 파워만큼 충방전함으로써 배터리(2)가 과충전이나 과방전되는 것을 방지하여 배터리(2)를 효율적으로 오랫동안 사용할 수 있도록 한다. 그러나 배터리(2)가 자동차에 장착된 후에는 배터리(2)의 실제 SOC를 측정하기는 어려우므로, BMS(1)는 센싱부(10)에서 센싱한 팩전류, 팩전압 등을 이용하여 SOC를 정확하게 추정하여 ECU(7)에 전달하여야 한다.

이하에서는 더욱 정확하게 SOC를 출력할 수 있는 MCU(20)에 대하여 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 BMS의 MCU를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, MCU(20)는 적산 SOC 산출부(21), 적산전압 산출부 (22), 기전압 산출부(23), 유효범위 판정부(24), SOC 보정부(25)와, SOC 출력부(26)를 포함한다.

먼저, 적산 SOC 산출부(21)는 공지 공개된 적산 용량에 의한 SOC 추정 방법에 의해 SOC를 산출한다. 예컨대, 적산 SOC 산출부(21)는 센싱부(10)에서 제공하는 충방전시의 전류를 측정하여, 그 전류값을 파악한다. 이때 전류값은 충전시 마이너스값을 가지고, 방전시 플러스값을 갖는다. 적산 SOC 산출부(21)는 전류값을 파악하면, 이 전류값에 충전 효율을 승산하고 그 승산값을 설정 시간 기간(설정 이전 시간부터 현재 시간)에 걸쳐 적산하여 적산 용량을 계산한 후 이 적산 용량에 기초하여 SOC를 산출한다.

즉, 적산 SOC 산출부(21)는 전회의 적산 SOC에 이번까지의 전류량을 가산하여 SOC를 산출하는데, 이를 식으로 나타내면 예컨데, 측정되는 전류가 "I"이고 전회로부터 이번까지의 시간이 t(통상, 제어루프의 1사이클 시간)이면, 산출식은 (현재 적산 SOC= 이전 적산 SOC + (I*t))가 된다.

적산전압 산출부(22)는 적산 SOC 산출부(21)로부터 수신된 적산 SOC를 기전압(OCV: Open Circuit Voltage) SOC 테이블을 이용하여 해당 적산 SOC 기전압(이하, '적산전압(Vsoc)'이라 한다)을 산출(파악)한다.

기전압 산출부(23)는 센싱부(10)에서 제공하는 배터리 전체 팩전류, 배터리 전체 팩전압, 셀전압, 셀온도 및 주변온도 등을 이용하여 현재의 배터리 기전압(Vo)을 산출한다.

기전압(Vo)이란 배터리의 출력전압으로부터 배터리 내부 저항(R)에 기인하는 전압 강하(drop)를 감산하고 그 때의 배터리 전류의 영향을 배제한 전압 즉, 무부하전압(OCV: Open Circuit Voltage)을 의미한다. 예컨대, 배터리 전압(V)은 전류의 증가에 따라 감소한다. 이 증가분은 배터리 내부 저항(R)×전류(I)로 결정되는 내부 저항(R)에 수반하는 전압 강하분이고, 이에 따라 전류(I)에 대하는 배터리 전압(V)의 변화는 저항(R)과 같아진다. 이 배터리 전류가 "0"일 때 배터리 전압을 기전압(Vo)라 한다. 따라서 기전압 산출부(23)는 센싱부(10)의 출력으로부터 (기전압(Vo)=배터리 전압(V)+RI)를 이용하여 기전압(Vo)을 산출한다.

유효범위 판정부(24)는 적산 SOC 산출부(21)의 출력인 적산 SOC에 오차 성분이 있는지, 있으면 그 오차 성분이 유효범위 내에 있는지를 판정한다. 이를 위해 유효범위 판정부(24)는 적산전압 산출부(22)의 출력인 적산전압(Vsoc)과 기전압 산출부(23)의 출력인 기전압(Vo)을 수신하고, 동일 시점에 입력된 적산전압(Vsoc)과 기전압(Vo)의 차이로 오차 성분(이하, '적산 오차'라 한다)을 산출하고, 산출한 적산 오차를 설정된 유효범위와 비교한다.

적산 오차(ΔVo)를 산출하는 과정을 식으로 표현하면 다음의 수학식 1과 같다.

결국, 적산 전압(Vsoc)이 기전압(Vo)보다 크면 양의 값을 가진 적산 오차(ΔVo)가 산출되고, 적산 전압(Vsoc)이 기전압(Vo)보다 작으면 음의 값을 가진 적산 오차(ΔVo)가 산출된다.

유효범위 판정부(24)의 유효범위는 다중 유효범위이다. 다중 유효범위란 가장 큰 유효범위 내에 순차적으로 범위 폭이 좁아지는 다수의 유효범위로 이루어진 유효범위를 말한다. 예컨대, 특정 값 A를 기준으로 하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중 유효범위는 K<K1<K2<K3<A<P3<P2<P1<P의 조건을 만족하며, K와 P, K1과 P1, K2와 P2, K3와 P3가 각각의 유효범위를 형성한다. 상기 P는 양의 임계치이고, K는 음의 임계치이다.

이하, 설명을 돕기 위해 유효범위 판정부(24)의 다중 유효범위는 일 예로, -a< -b < ΔVo < b < a의 조건을 만족하는 2중 유효범위라고 한다. 이하, 상기 a를 제1 최고 임계치라 하고, b를 제2 최고 임계치라 하며, -a를 제1 최저 임계치라 하며, -b를 제2 최저 임계치라 한다.

결국, 유효범위 판정부(24)는 적산 오차(ΔVo)가 유효범위 내에 있는지, 적산 전압(Vsoc)이 기전압(Vo)보다 많이 커서 적산 오차(ΔVo)가 제1 또는 제2 최고 임계치(a, b)를 초과하는지 또는, 적산 전압(Vsoc)이 기전압(Vo)보다 많이 작아서 적산 오차(ΔVo)가 제1 또는 제2 최저 임계치(-a, -b)보다 작은지를 판정하며, 이러한 판정 결과에 따라 출력을 달리하여 SOC 보정부(25)에 제공한다.

SOC 보정부(25)는 유효범위 판정부(24)의 출력에 따라 적산 SOC 산출부(21)로부터 수신한 적산 SOC의 보정 여부를 결정하고, 보정 결정시 적산 오차에 대응하여 설정된 보정 SOC를 적산 SOC에 부가하는 SOC 보정을 수행한다. 이렇게 보정된 SOC는 상기 다중 유효범위 중 최소 유효범위에 대응하는 SOC 범위 내에 있도록 하는 보정이다(도 3 참조).

예컨데, SOC 보정부(25)는 적산 오차(ΔVo)가 유효범위 내에 있는 경우를 제외한, 제1 최고 임계치(a)를 초과하는 경우에 설정된 제1 보정 SOC(α)를 적산 SOC에 감산하는 보정을 하고, 제2 최고 임계치(b)를 초과하는 경우에 설정된 제2 보정 SOC(β)를 적산 SOC에 감산하는 보정을 한다. 또한 적산 오차(ΔVo)가 제1 최저 임계치(-a)를 초과하는 경우에 설정된 제3 보정 SOC(-α)를 적산 SOC에 가산하는 보정을 하고, 제2 최저 임계치(-b)를 초과하는 경우에 설정된 제4 보정 SOC(-β)를 적산 SOC에 가산하는 보정을 한다. 여기서, 제1과 제3 보정 SOC는 동일하고 제2와 제4 보정 SOC는 동일하며, 제1 및 제3 보정 SOC와 제2 및 제4 보정 SOC는 다른 것이 양호하다.

SOC 출력부(26)는 SOC 보정부(25)에서 출력하는 SOC를 수신하고 이를 ECU(7)에 출력하여 초기 SOC 리셋을 수행할 수 있게 한다.

도 3은 기전압 SOC 테이블에 대응하는 SOC와 기전압값과의 관계를 보여주는 그래프이다. 도 3에 도시된 바와 같이, SOC 대비 기전압 곡선(또는 룩업 테이블)을 이용하면 적산 전압(Vsoc)을 알거나 기전압(Vo)을 아는 경우에 이에 대응하는 SOC를 알 수 있으며, 반대로 적산 SOC나 추정 SOC를 아는 경우 전압(Vsoc, Vo)을 알 수 있다.

따라서, 적산 전압(Vsoc)와 기전압(Vo)의 차이를 알면 적산 SOC가 추정 SOC(거의 실제값에 가깝다)에 비해 어느 정도 차이(ΔSOC)를 가지고 있는지를 알 수 있게 되며, 정도 차이가 설정치 이상인 경우 적산 SOC를 추정 SOC에 근접하도록 SOC 보정을 할 수 있다. 상기 SOC에 근접하는 SOC 보정이란 정도 차이(ΔSOC))가 설정 치 이내가 되도록 하는 보정이다.

다음은 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 SOC 보정방법에 대하여 상세하게 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 SOC 보정방법을 순서대로 보여주는 도면이다.

적산 SOC 산출부(21)는 센싱부(10)로부터 수신되는 설정 시간 동안의 전류값을 적산하여 적산 전류를 파악하고 이 적산 전류를 이용하여 적산 SOC를 산출하고 이렇게 산출한 적산 SOC를 적산전압 산출부(22)와 SOC 보정부(25)에 제공한다(S401).

이와 동시에 기전압 산출부(23)는 센싱부(10)로부터 수신되는 배터리 전체 팩전류, 배터리 전체 팩전압, 각 전지 셀전압, 셀온도 및 주변온도를 수신하고, 전류(I)가 '0'인 상태의 기전압(Vo)을 산출한다(S402).

기전압 산출부(23)는 산출한 기전압(Vo)을 유효범위 판정부(24)에 제공한다.

적산 전압 산출부(22)는 적산 SOC를 수신하면 수신한 적산 SOC를 기전압 SOC 테이블에 적용하여 적산 전압(Vsoc)을 파악하고, 적산 전압(Vsoc)을 유효범위 판정부(24)에 제공한다(S403).

유효범위 판정부(24)는 동일 시점을 기준으로 입력되는 적산전압(Vsoc)에 기전압(Vo)을 감산하는 연산을 수행하여 적산 오차(ΔVo)를 구한다(S404).

그런 다음, 유효범위 판정부(24)는 적산 오차(ΔVo)를 유효범위와 비교하기 위해, 우선 적산 오차(ΔVo)가 제1 최고 임계치(α)보다 큰지를 판단한다(S405).

유효범위 판정부(24)는 상기 판단(S405)에서, 적산 오차(ΔVo)가 제1 최고 임계치(a)보다 크면 SOC 보정부(25)로 제1 양의 초과신호를 출력한다. 제1 양의 초과신호가 출력된 경우, SOC 보정부(25)는 제1 양의 초과신호에 대응하여 설정된 제1 양의 보정 SOC(α)를 적산 SOC 산출부(21)로부터 현재 수신된 적산 SOC에 감산(즉, 적산 SOC-제1 양의 보정 SOC)하는 보정을 수행하고, 보정 결과 SOC를 SOC 출력부(26)에 제공한다(S406).

상기 판단(S405)에서 적산 오차(ΔVo)가 제1 최고 임계치(a)보다 작은 경우, 유효범위 판정부(24)는 적산 오차(ΔVo)와 제2 최고 임계치(b)를 비교하여 적산 오차(ΔVo)가 제2 최고 임계치(b)보다 큰지를 판단한다(S407).

유효범위 판정부(24)는 상기 판단(S407)에서, 적산 오차(ΔVo)가 제2 최고 임계치(a)보다 크면 SOC 보정부(25)로 제2 양의 초과신호를 출력한다. 제2 양의 초과신호가 출력된 경우, SOC 보정부(25)는 제2 양의 초과신호에 대응하여 설정된 제2 양의 보정 SOC(β)를 적산 SOC에 감산(즉, 적산 SOC-제2 양의 보정 SOC)하는 보정을 수행하고, 보정 결과 SOC를 SOC 출력부(26)에 제공한다(S408).

상기 판단(S407)에서 적산 오차(ΔVo)가 제2 최고 임계치(b)보다 작은 경우, 유효 범위 판정부(24)는 적산 오차(ΔVo)와 제1 최저 임계치(-a)를 비교하여, 적산 오차(ΔVo)가 제1 최저 임계치(-a)보다 작은지를 판단한다(S409).

유효범위 판정부(24)는 상기 판단(S409)에서, 적산 오차(ΔVo)가 제1 최저 임계치(-a)보다 작으면 SOC 보정부(25)로 제1 음의 초과신호를 출력한다. 제1 음의 초과신호가 출력된 경우, SOC 보정부(25)는 제1 음의 초과신호에 대응하여 설정된 제1 음의 보정 SOC(α)를 적산 SOC 산출부(21)로부터 현재 수신된 적산 SOC에 가산 (즉, 적산 SOC+제1 음의 보정 SOC)하는 보정을 수행하고, 보정 결과 SOC를 SOC 출력부(26)에 제공한다(S410).

상기 판단(S409)에서 적산 오차(ΔVo)가 제1 최고 임계치(b)보다 큰 경우, 유효 범위 판정부(24)는 적산 오차(ΔVo)와 제2 최저 임계치(-b)를 비교하여, 적산 오차(ΔVo)가 제2 최저 임계치(-b)보다 작은지를 판단한다(S411).

유효범위 판정부(24)는 상기 판단(S411)에서, 적산 오차(ΔVo)가 제2 최저 임계치(-b)보다 작으면 SOC 보정부(25)로 제2 음의 초과신호를 출력한다. 제2 음의 초과신호가 출력된 경우, SOC 보정부(25)는 제2 음의 초과신호에 대응하여 설정된 제2 음의 보정 SOC(β)를 적산 SOC 산출부(21)로부터 현재 수신된 적산 SOC에 가산(즉, 적산 SOC+제2 음의 보정 SOC))하는 보정을 수행하고, 보정 결과 SOC를 SOC 출력부(26)에 제공한다(S412).

그리고 유효범위 판정부(24)는 적산 오차(ΔVo)가 제2 최고 임계치(b)보다 작고 제2 최저 임계치(-b)보다 크면 정상이라고 판단하여 SOC 보정부(25)로 정상 신호를 출력하고, 이에 SOC 보정부(25)는 적산 SOC 산출부(21)로부터 수신된 적산 SOC를 그대로 SOC 출력부(26)에 제공한다.

이러한, 유효범위 판정부(24) 및 SOC 보정부(25)의 동작을 도 3을 참조로 설명한다. 도 3에 도시된 적산 오차(ΔVo)의 범위가 다중 유효범위 중 하나라고 하는 경우에 적산 SOC가 적산 오차(ΔVo)에 대응하는 유효 SOC(ΔSOC) 범위를 벗어나면 해당 유효범위에 대응하는 제1 보정 SOC(α 또는 β)를 더하거나 빼주어 적산 SOC가 ΔSOC 범위 내에 있게 한다.

이하, 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.

본 발명의 다른 실시예는 전술한 본 발명의 실시예와 전반적으로 동일하나 기전압(Vo) 대신에 배터리의 충방전 전압(V)을 이용하여 적산 SOC를 보상하는 것이 다르다.

구체적인 본 발명의 다른 실시예의 동작은 도 5와 도 6을 참조로 하여 상세히 설명하고자 한다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 BMS의 MCU를 개략적으로 보여주는 도면으로, 도 2의 구성과 동일한 기능을 수행함을 나타내기 위해 동일한 도면 부호를 부여하였다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 BMS의 MCU(20)는 적산 SOC 산출부(21), 적산전압 산출부(22), 유효범위 판정부(24), SOC 보정부(25)와, SOC 출력부(26)를 포함한다.

이 중 적산 SOC 산출부(21)와 적산전압 산출부(22) 및 SOC 출력부(26)는 도 2를 참조로 설명한 본 발명의 실시예와 동일하다. 다만, 유효범위 판정부(24)와 SOC 보정부(25)는 동작 처리 파라미터가 전술한 본 발명의 실시예와 달라짐에 따라 그 기능은 동일하나 그 동작이 다르다.

즉, 유효범위 판정부(24)는 센싱부(10)로부터 배터리의 충방전 전압(V)를 수신하고 적산전압 산출부(22)로부터 적산 전압(Vsoc)을 수신하며, 이 두 전압(V, Vsoc)의 차이(즉, 적산 오차)를 구하여 설정된 다중 유효범위 중 어디에 속하는지를 판정한다.

유효범위 판정부(24)에서 적산 오차(ΔVo)를 산출하는 과정을 식으로 표현하면 다음의 수학식 2와 같다.

상기 수학식 2를 통해서 보면, 적산 전압(Vsoc)이 충방전전압(V)보다 크면 양의 값을 가진 적산 오차(ΔV)가 산출되고, 적산 전압(Vsoc)이 충방전전압(V)보다 작으면 음의 값을 가진 적산 오차(ΔV)가 산출된다.

SOC 보정부(25)는 유효범위 판정부(24)의 출력 즉, 다중 유효범위에서의 적산 오차(ΔV)가 속한 영역 정보를 수신하면, 적산 오차(ΔV)가 속한 영역에 대응하여 설정된 보정 SOC를 적산 SOC에 부가하는 보정을 수행한다. 이렇게 보정된 적산 SOC는 상기 다중 유효범위 중 최소 유효범위에 대응하는 SOC 범위 내에 있게 된다.

여기서, 적산 전압(Vsoc)에 대응하는 SOC는 기전압 SOC 테이블을 이용하여 파악하고, 충방전 전압(V)에 대응하는 SOC는 충방전전압 SOC 테이블을 이용하여 파악한다. 결국, 적산 전압(Vsoc)과 충방전 전압(V)가 동일한 값을 가지더라도 이용하는 SOC 테이블이 다르기 때문에 각 전압(V, Vsoc)에 대응하는 SOC는 다르게 된다.

본 발명의 다른 실시예는 이러한 SOC 테이블 차이에 따른 SOC 차이를 고려하여 보정 SOC를 설정한다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리의 SOC 보정방법을 상세히 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 SOC 보정방법을 순서대로 보여주는 도면으로서, 도 4와 같이 2중 유효범위에 대한 경우를 설명하며, 도 4와 동일한 도면부호를 부여하였다.

적산 SOC 산출부(21)는 센싱부(10)로부터 수신되는 설정 시간 동안의 전류값을 적산하여 적산 전류를 파악하고 이 적산 전류를 이용하여 적산 SOC를 산출한 후 이렇게 산출한 적산 SOC를 적산전압 산출부(22)와 SOC 보정부(25)에 제공한다(S601).

적산 전압 산출부(22)는 적산 SOC를 수신하면 수신한 적산 SOC를 기전압 SOC 테이블에 적용하여 적산 전압(Vsoc)을 파악하고, 적산 전압(Vsoc)을 유효범위 판정부(24)에 제공한다(S602). 이와 동시에, 센싱부(10)로부터 출력되는 배터리 충방전 전압(V)은 유효범위 판정부(4)에 제공된다.

유효범위 판정부(24)는 적산 전압 산출부(22)로부터 적산전압(Vsoc)을 수신하면 이 시점에 센싱부(10)로부터 수신되는 충방전 전압(V)을 파악한다(S603).

그리고 유효범위 판정부(24)는 적산전압(Vsoc)에 충방전 전압(V)을 감산하는 연산을 수행하여 적산 오차(ΔV)를 구한다(S604).

그런 다음, 유효범위 판정부(24)는 적산 오차(ΔV)를 다중 유효범위와 비교하기 위해, 우선 적산 오차(ΔV)가 제1 최고 임계치(α)보다 큰지를 판단한다(S605).

유효범위 판정부(24)는 상기 판단(S605)에서, 적산 오차(ΔV)가 제1 최고 임계치(a)보다 크면 SOC 보정부(25)로 제1 양의 초과신호를 출력한다. 제1 양의 초과신호가 출력된 경우, SOC 보정부(25)는 제1 양의 초과신호에 대응하여 설정된 제1 양의 보정 SOC(α)를 적산 SOC 산출부(21)로부터 현재 수신된 적산 SOC에 감산(즉, 적산 SOC-제1 양의 보정 SOC)하는 보정을 수행하고, 보정 결과 SOC를 SOC 출력부(26)에 제공한다(S606).

상기 판단(S605)에서 적산 오차(ΔV)가 제1 최고 임계치(a)보다 작은 경우, 유효범위 판정부(24)는 적산 오차(ΔV)와 제2 최고 임계치(b)를 비교하여 적산 오차(ΔV)가 제2 최고 임계치(b)보다 큰지를 판단한다(S407).

유효범위 판정부(24)는 상기 판단(S607)에서, 적산 오차(ΔV)가 제2 최고 임계치(a)보다 크면 SOC 보정부(25)로 제2 양의 초과신호를 출력한다. 제2 양의 초과신호가 출력된 경우, SOC 보정부(25)는 제2 양의 초과신호에 대응하여 설정된 제2 양의 보정 SOC(β)를 적산 SOC에 감산(즉, 적산 SOC-제2 양의 보정 SOC)하는 보정을 수행하고, 보정 결과 SOC를 SOC 출력부(26)에 제공한다(S608).

상기 판단(S607)에서 적산 오차(ΔV)가 제2 최고 임계치(b)보다 작은 경우, 유효 범위 판정부(24)는 적산 오차(ΔV)와 제1 최저 임계치(-a)를 비교하여, 적산 오차(ΔV)가 제1 최저 임계치(-a)보다 작은지를 판단한다(S609).

유효범위 판정부(24)는 상기 판단(S609)에서, 적산 오차(??V)가 제1 최저 임계치(-a)보다 작으면 SOC 보정부(25)로 제1 음의 초과신호를 출력한다. 제1 음의 초과신호가 출력된 경우, SOC 보정부(25)는 제1 음의 초과신호에 대응하여 설정된 제1 음의 보정 SOC(α)를 적산 SOC 산출부(21)로부터 현재 수신된 적산 SOC에 가산(즉, 적산 SOC+제1 음의 보정 SOC)하는 보정을 수행하고, 보정 결과 SOC를 SOC 출력부(26)에 제공한다(S610).

상기 판단(S609)에서 적산 오차(ΔV)가 제1 최고 임계치(b)보다 큰 경우, 유효 범위 판정부(24)는 적산 오차(ΔV)와 제2 최저 임계치(-b)를 비교하여, 적산 오차(ΔV)가 제2 최저 임계치(-b)보다 작은지를 판단한다(S611).

유효범위 판정부(24)는 상기 판단(S611)에서, 적산 오차(ΔV)가 제2 최저 임계치(-b)보다 작으면 SOC 보정부(25)로 제2 음의 초과신호를 출력한다. 제2 음의 초과신호가 출력된 경우, SOC 보정부(25)는 제2 음의 초과신호에 대응하여 설정된 제2 음의 보정 SOC(β)를 적산 SOC 산출부(21)로부터 현재 수신된 적산 SOC에 가산(즉, 적산 SOC+제2 음의 보정 SOC))하는 보정을 수행하고, 보정 결과 SOC를 SOC 출력부(26)에 제공한다(S612).

그리고 유효범위 판정부(24)는 적산 오차(ΔV)가 제2 최고 임계치(b)보다 작고 제2 최저 임계치(-b)보다 크면 정상이라고 판단하여 SOC 보정부(25)로 정상 신호를 출력하고, 이에 SOC 보정부(25)는 적산 SOC 산출부(21)로부터 수신된 적산 SOC를 그대로 SOC 출력부(26)에 제공한다.

한편, 일반적으로 전류 적산법에 의한 SOC 추정은 시간에 따라 그 오차가 증가한다.

그러므로 본 발명의 실시예에 따른 보정하는 시간 간격(즉, 보정 주기 시간)을 늘리고 대신 적산 오차(ΔVo, ΔV) 값의 크기(절대치)에 비례적으로 보정 SOC(α, β) 값을 결정하면, 보정하는 횟수는 줄고, 전압(Vo, V)을 통해 추정되는 SOC 추정 오차(도 3 참조)로 인한 보정 오차를 줄일 수 있다. 이러한 이유는 SOC 중간 영역에서는 Vo의 오차가 작아도 대응 SOC의 오차가 커질 수 있기 때문이다.

예컨데, 본 발명의 실시예에 따른 보정 주기 시간을 좀 더 길게 잡으면 그만큼 적산에 의한 누적 오차가 커질 수 있다. 그러므로 이를 보상하기 위해, 본 발명의 실시예는 전압(Vo, V)에 대응하는 임계값(예; a, b, -a, -b)과 해당하는 보정 SOC값(예; α, β)을 등을 보다 많이 설정하면, 오차가 클수록 큰 값의 보정값(보정 SOC)이 적용되므로 보정 횟수가 줄어들어도 보정하는 효과는 거의 동일해진다.

상기 보정 SOC는 설정 오차 이상을 가진 적산 SOC를 유효범위 SOC 범위(ΔSOC)내에 있도록 보정하는 값이다.

한편, 본 발명의 실시예는 상기 보정 SOC를 설정된 값을 예로 하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예는 이에 한정하지 않고, 보정 SOC를 설정된 값이 아닌, 적산 오차(ΔVo, ΔV)의 크기를 고려한 가변값으로 할 수 있다.

이때 가변되는 보정 SOC(A)의 산출은 적산 오차(ΔVo, ΔV)의 함수를 이용하는 다음의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.

상기 수학식 3에서, K는 상수이고, ΔSOC는 보정용으로 설정된 SOC, ε은 SOC 상수이다.

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 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

이상에서와 같이, 이 발명의 실시예에서, 적산 용량에 의한 SOC 추정 방법시 시간의 경과와 함께 발생되는 SOC의 참값과 추정값과의 오차를 적산 전압과 기전압을 통해 파악하고 파악한 오차만큼을 보상하여 정확한 배터리의 SOC를 파악할 수 있게 하는 효과가 있다.

또한 이 발명은 오차에 대한 SOC 보정시 오차에 대한 허용범위를 두어 시스템 프로세스에 무리를 주지 않게 하는 효과가 있다. 또한 이 발명은 다중 유효범위를 설정하여 적산 오차가 다중 유효범위에 어디에 속하는지에 따라 SOC 보정치를 달리하여 보다 정확한 배터리의 SOC를 파악할 수 있게 한다.

Claims

배터리 관리 시스템에서 사용되는 배터리의 SOC(state of charging) 보정 방법에 있어서,

a) 배터리의 충방전 전류를 이용하여 배터리의 제1 SOC와 상기 제1 SOC에 대응하는 제1 전압을 산출하는 단계;

b) 배터리의 충방전 전류와 배터리의 전압과 배터리의 내부 저항을 이용하여 배터리의 기전압을 산출하는 단계;

c) 상기 제1 전압과 상기 기전압의 차이에 해당하는 적산 오차를 산출하는 단계;

d) 상기 산출한 적산 오차가 설정된 다중 유효범위 중 어디에 속하는지를 판단하는 단계; 및

e) 상기 다중 유효범위에서 상기 적산 오차가 속하는 영역에 대응하는 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 부가하는 보정을 하여 보정된 SOC가 상기 다중 유효범위 중 최소 유효범위에 대응하는 SOC 범위 내에 있도록 하는 단계를 포함하는 배터리의 SOC 보정 방법.
배터리 관리 시스템에서 사용되는 배터리의 SOC(state of charging) 보정 방법에 있어서,

a) 배터리의 충방전 전류를 이용하여 배터리의 제1 SOC와 상기 제1 SOC에 대 응하는 제1 전압을 산출하는 단계;

b) 배터리의 충방전 전압을 파악하는 단계;

c) 상기 제1 전압과 상기 배터리의 충방전 전압의 차이에 해당하는 적산 오차를 산출하는 단계;

d) 상기 산출한 적산 오차가 설정된 다중 유효범위 중 어디에 속하는지를 판단하는 단계; 및

e) 상기 다중 유효범위에서 상기 적산 오차가 속하는 영역에 대응하는 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 부가하는 보정을 하여 보정된 SOC가 상기 다중 유효범위 중 최소 유효범위에 대응하는 SOC 범위 내에 있도록 하는 단계를 포함하는 배터리의 SOC 보정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 다중 유효범위는 상기 최소 유효범위인 제1 유효범위, 상기 제1 유효범위를 포함하는 제2 유효범위, 상기 제2 유효범위를 포함하는 제3 유효범위 및 이와 같은 관계로 증가된 N개의 유효범위로 이루어진 배터리의 SOC 보정 방법.
제3항에 있어서,

상기 d) 단계는

상기 적산 오차를 상기 다중 유효범위의 각 유효범위를 한정하는 상측 및 하측 임계치와 비교하는 단계;

상기 적산 오차가 특정 유효범위의 상측 또는 하측 임계치를 초과하면 특정 임계치 초과를 알리는 단계; 및

상기 적산 오차가 상기 제1 유효범위 내에 있으면 정상 상태를 알리는 단계를 포함하는 배터리의 SOC 보정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 e) 단계에서 상기 제1 보정 SOC는 상기 유효 범위마다 서로 다른 값으로 설정된 SOC인 배터리의 SOC 보정 방법.
제5항에 있어서,

상기 제1 보정 SOC는 유효 범위가 커질수록 그 값이 큰 배터리의 SOC 보정 방법.
제5항에 있어서,

상기 e) 단계는 상기 적산 오차가 특정 유효범위의 상측 임계치를 초과하면 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 감산하고, 하측 임계치를 초과하면 상기 제1 보정 제1 SOC에 가산하는 배터리의 SOC 보정 방법.
제7항에 있어서,

상기 상측 임계치는 양의 값을 가지고, 상기 하측 임계치는 음의 값을 가지 며, 상기 동일 유효범위의 상측 및 하측 임계치는 절대값을 기준으로 동일한 값인 배터리의 SOC 보정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 a) 단계는

상기 배터리의 충방전된 전류를 이용한 전류 적산법으로 적산 전류를 측정하고, 측정한 적산 전류값에 대응하는 상기 제1 SOC를 산출하며, 산출한 상기 제1 SOC을 설정된 OCV(Open Circuit Voltage) 테이블에 적용하여 상기 제1 전압을 산출하는 배터리의 SOC 보정 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 보정 SOC를 A라고 하면, 상기 제1 보정 SOC는 다음의 수학식으로 산출되는 배터리의 SOC 보정 방법

상기 K는 상수, ΔSOC는 보정용으로 설정된 SOC, ε은 SOC 상수, 상기 ΔVo는 기전압.
제2항에 있어서,

상기 제1 보정 SOC를 A라고 하면, 상기 제1 보정 SOC는 다음의 수학식으로 산출되는 배터리의 SOC 보정 방법

상기 K는 상수이고, ΔSOC는 보정용으로 설정된 SOC, ε은 SOC 상수이고, ΔV는 충방전 전압.
전기를 이용하는 자동차의 ECU(engine controller unit)에 연결되는 배터리 관리 시스템의 구동방법에 있어서,

a) 배터리의 충방전 전류 및 팩전압을 측정하는 단계;

b) 배터리의 충방전 전류를 이용하여 배터리의 제1 SOC(State Of Charging)와 상기 제1 SOC에 대응하는 제1 전압을 산출하는 단계;

c) 배터리의 충방전 전류와 배터리의 전압과 배터리의 내부 저항을 이용하여 배터리의 기전압을 산출하는 단계;

d) 상기 제1 전압과 상기 기전압의 차이에 해당하는 적산 오차를 산출하는 단계;

e) 상기 산출한 적산 오차가 설정된 다중 유효범위 중 어디에 속하는지를 판단하는 단계;

f) 상기 다중 유효범위에서 상기 적산 오차가 속하는 영역에 대응하는 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 부가하는 보정을 하여 보정된 SOC가 상기 다중 유효범위 중 최소 유효범위에 대응하는 SOC 범위 내에 있도록 하는 단계; 및

g) 상기 보정된 SOC를 상기 배터리의 현재 SOC로서 상기 ECU로 출력하는 단 계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
전기를 이용하는 자동차의 ECU(engine controller unit)에 연결되는 배터리 관리 시스템의 구동방법에 있어서,

a) 배터리의 충방전 전류 및 팩전압을 측정하는 단계;

b) 배터리의 충방전 전류를 이용하여 배터리의 제1 SOC와 상기 제1 SOC에 대응하는 제1 전압을 산출하는 단계;

c) 배터리의 충방전 전압을 파악하는 단계;

d) 상기 제1 전압과 상기 배터리의 충방전 전압의 차이에 해당하는 적산 오차를 산출하는 단계;

e) 상기 산출한 적산 오차가 설정된 다중 유효범위 중 어디에 속하는지를 판단하는 단계;

f) 상기 다중 유효범위에서 상기 적산 오차가 속하는 영역에 대응하는 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 부가하는 보정을 하여 보정된 SOC가 상기 다중 유효범위 중 최소 유효범위에 대응하는 SOC 범위 내에 있도록 하는 단계; 및

g) 상기 보정된 SOC를 상기 배터리의 현재 SOC로서 상기 ECU로 출력하는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 다중 유효범위는 상기 최소 유효범위인 제1 유효범위, 상기 제1 유효범 위를 포함하는 제2 유효범위, 상기 제2 유효범위를 포함하는 제3 유효범위 및 이와 같은 관계로 증가된 N개의 유효범위로 이루어진 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
제14항에 있어서,

상기 e) 단계는

상기 적산 오차를 상기 다중 유효범위의 각 유효범위를 한정하는 상측 및 하측 임계치와 비교하는 단계;

상기 적산 오차가 특정 유효범위의 상측 또는 하측 임계치를 초과하면 특정 임계치 초과를 알리는 단계; 및

상기 적산 오차가 상기 제1 유효범위 내에 있으면 정상 상태를 알리는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 f) 단계에서 상기 제1 보정 SOC는 상기 유효 범위마다 서로 다른 값으로 설정된 SOC인 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
제16항에 있어서,

상기 제1 보정 SOC는 유효 범위가 커질수록 그 값이 큰 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
제16항에 있어서,

상기 f) 단계는 상기 적산 오차가 특정 유효범위의 상측 임계치를 초과하면 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 감산하고, 하측 임계치를 초과하면 상기 제1 보정 제1 SOC에 가산하는 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
제18항에 있어서,

상기 상측 임계치는 양의 값을 가지고, 상기 하측 임계치는 음의 값을 가지며, 상기 동일 유효범위의 상측 및 하측 임계치는 절대값을 기준으로 동일한 값인 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 b) 단계는

상기 배터리의 충방전된 전류를 이용한 전류 적산법으로 적산 전류를 측정하고, 측정한 적산 전류값에 대응하는 상기 제1 SOC를 산출하며, 산출한 상기 제1 SOC을 설정된 OCV(Open Circuit Voltage) 테이블에 적용하여 상기 제1 전압을 산출하는 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
제12항에 있어서,

상기 제1 보정 SOC를 A라고 하면, 상기 제1 보정 SOC는 다음의 수학식으로 산출되는 배터리 관리 시스템의 구동 방법.

상기 K는 상수, ΔSOC는 보정용으로 설정된 SOC, ε은 SOC 상수, 상기 ΔVo는 기전압.
제13항에 있어서,

상기 제1 보정 SOC를 A라고 하면, 상기 제1 보정 SOC는 다음의 수학식으로 산출되는 배터리 관리 시스템의 구동 방법.

상기 K는 상수, ΔSOC는 보정용으로 설정된 SOC, ε은 SOC 상수, ΔV는 충방전 전압.
전기를 이용하는 자동차의 ECU로 배터리의 SOC를 출력하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템에 있어서,

배터리의 충방전 전류를 이용하여 제1 SOC를 산출하는 적산 SOC 산출부;

상기 제1 SOC에 대응하는 적산 전압을 산출하는 적산전압 산출부;

배터리의 팩전압과 상기 배터리의 충방전 전류 및 배터리의 내부 저항을 이용하여 배터리의 기전압을 산출하는 기전압 산출부;

상기 적산 전압과 상기 기전압를 이용하여 적산 오차를 산출하고, 산출한 상기 적산 오차가 설정된 다중 유효범위 중 어디에 속하는지를 판정하며, 판정 결과에 따라 특정 유효범위 초과 신호와 특정 유효범위 미달 신호를 출력하는 유효범위 판정부;

상기 유효범위 판정부의 출력을 통해 상기 적산 오차가 특정 유효범위를 벗어나면 벗어난 유효범위에 대응하여 설정된 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 부가하는 보정을 수행하여 보정된 SOC가 상기 다중 유효범위 중 최소 유효범위에 대응하는 SOC 범위 내에 있도록 하는 SOC 보정부; 및

상기 SOC 보정부의 출력을 상기 배터리의 현재 SOC로서 상기 ECU로 출력하는 SOC 출력부를 포함하는 배터리 관리 시스템.
전기를 이용하는 자동차의 ECU로 배터리의 SOC를 출력하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템에 있어서,

배터리의 충방전 전류를 이용하여 제1 SOC를 산출하는 적산 SOC 산출부;

상기 제1 SOC에 대응하는 적산 전압을 산출하는 적산전압 산출부;

상기 적산 전압과 배터리의 충방전전압을 이용하여 적산 오차를 산출하고, 산출한 상기 적산 오차가 설정된 다중 유효범위 중 어디에 속하는지를 판정하며, 판정 결과에 따라 특정 유효범위 초과 신호와 특정 유효범위 미달 신호를 출력하는 유효범위 판정부;

상기 유효범위 판정부의 출력을 통해 상기 적산 오차가 특정 유효범위를 벗어나면 벗어난 유효범위에 대응하여 설정된 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 부가하는 보정을 수행하여 보정된 SOC가 상기 다중 유효범위 중 최소 유효범위에 대응하는 SOC 범위 내에 있도록 하는 SOC 보정부; 및

상기 SOC 보정부의 출력을 상기 배터리의 현재 SOC로서 상기 ECU로 출력하는 SOC 출력부를 포함하는 배터리 관리 시스템.
제23항 또는 제24항에 있어서,

상기 다중 유효범위는 상기 최소 유효범위인 제1 유효범위, 상기 제1 유효범위를 포함하는 제2 유효범위, 상기 제2 유효범위를 포함하는 제3 유효범위 및 이와 같은 관계로 증가된 N개의 유효범위로 이루어진 배터리 관리 시스템.
제25항에 있어서,

상기 유효범위 판정부는

상기 적산 오차를 상기 다중 유효범위의 각 유효범위를 한정하는 상측 및 하측 임계치와 비교하고 상기 적산 오차가 특정 유효범위의 상측 또는 하측 임계치를 초과하면 특정 유효범위의 특정 임계치 초과를 알리며, 상기 적산 오차가 상기 제1 유효범위 내에 있으면 정상 상태를 알리는 배터리 관리 시스템.
제25항에 있어서,

상기 상측 임계치는 양의 값을 가지고, 상기 하측 임계치는 음의 값을 가지며, 상기 동일 유효범위의 상측 및 하측 임계치는 절대값을 기준으로 동일한 값인 배터리 관리 시스템.
제27항에 있어서,

상기 SOC 보정부에서 상기 제1 보정 SOC는 상기 유효 범위마다 서로 다른 값으로 설정된 SOC인 배터리 관리 시스템.
제28항에 있어서,

상기 제1 보정 SOC는 유효 범위가 커질수록 그 값이 큰 배터리 관리 시스템.
제28항에 있어서,

상기 SOC 보정부는 상기 적산 오차가 특정 유효범위의 상측 임계치를 초과하면 제1 보정 SOC를 상기 제1 SOC에 감산하고, 하측 임계치를 초과하면 상기 제1 보정 제1 SOC에 가산하는 배터리 관리 시스템.
제23항 또는 제24항에 있어서,

상기 적산전압 산출부는 상기 제1 SOC를 OCV(Open Circuit Voltage) SOC 테이블에 적용하여 상기 제1 SOC에 대응하는 적산 전압을 산출하는 배터리 관리 시스템.
제23항에 있어서,

상기 제1 보정 SOC를 A라고 하면, 상기 제1 보정 SOC는 다음의 수학식으로 산출되는 배터리 관리 시스템.

상기 K는 상수, ΔSOC는 보정용으로 설정된 SOC, ε은 SOC 상수, 상기 ΔVo는 기전압.
제24항에 있어서,

상기 제1 보정 SOC를 A라고 하면, 상기 제1 보정 SOC는 다음의 수학식으로 산출되는 배터리 관리 시스템.

상기 K는 상수, ΔSOC는 보정용으로 설정된 SOC, ε은 SOC 상수, ΔV는 충방전 전압.