KR100740114B1

KR100740114B1 - 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법

Info

Publication number: KR100740114B1
Application number: KR1020060042897A
Authority: KR
Inventors: 윤한석; 이영조; 서세욱; 임계종; 김범규; 최수석
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2007-07-16
Also published as: US20070262750A1; US7800345B2

Abstract

본 발명은 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법에 관한 것이가. 복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나의 팩을 포함하는 배터리에 연결되고, 상기 배터리의 추정 SOC를 판단하는 배터리 관리 시스템은 팩전류가 흐르는지 판단하여, 판단 결과에 따라 SOC(state of charge) 리셋을 제어한다. 배터리의 온도에 대응하는 OCV(open circuit voltage) 휴지 기간(rest time)을 설정하고, 휴지 기간과 배터리의 전류가 흐르지 않은 시간을 비교하여, 비교 결과에 따라 리셋 OCV를 설정한다. 배터리 관리 시스템은 리셋 OCV에 대응하는 리셋 SOC로 추정 SOC를 리셋한다.

OCV 휴지 기간(rest time), SOC, SOH

Description

배터리 관리 시스템 및 그 구동방법{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND THE OPERATING METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템을 사용하는 자동차 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.

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

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MCU에 저장된 데이터 테이블을 그래프로 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 BMS의 구동 방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명은 배터리 관리 시스템(Battery Management System)에 관한 것으로, 특히, 전기 에너지를 이용하는 자동차에 사용될 수 있는 배터리의 SOC 리셋 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 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 요구되는 실정이다.

특히, 배터리의 충전 상태(state of charge : 이하 'SOC'라 함.)추정시 초기 SOC 리셋을 할 때, 키온(key on)시 개방 회로 전압(open circuit voltage : 이하 'OCV'라함.)을 측정하고, SOC와 OCV의 관계 테이블을 이용하여, 초기 SOC 리셋을 수행한다. 또한, 주행시 충방전이 일정한 시간동안 발생하지 않은 경우에 OCV를 측정하고, 측정된 OCV에 대응되는 SOC를 산출하여, 추정 SOC를 리셋한다. OCV리셋은 배터리에 일정한 시간동안 충방전이 일어나지 않았을 경우, 배터리의 화학 반응이 안정화 되어 전압의 변동이 없을 때 수행한다. 그리고 OCV리셋값에 대응하는 SOC를 산출하여, 산출된 SOC값으로 추정 SOC를 리셋한다.

그러나 종래 OCV리셋에 필요한 시간, 즉 충방전이 발생하지 않는 시간이 배터리의 상태에 관계없이 설정되어 있어, OCV리셋을 수행할 수 없는 경우가 있다. 그러면, SOC리셋도 수행할 수 없어, 정확한 SOC를 산출하는데 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 배터리의 상태에 따라 OCV리셋을 수행하고, 이를 이용하여 SOC리셋을 수행하는 배터리 관리 시스템 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 특징에 따른 복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나의 팩을 포함하는 배터리에 연결되고, 상기 배터리의 추정 SOC를 판단하는 배터리 관리 시스템에 있어서, 상기 배터리의 전압, 전류 및 온도를 측정하는 센싱부, 상기 팩전류가 흐르는지 판단하여, 판단 결과에 따라 SOC(state of charge) 리셋을 제어하는 제어부, 상기 제어부의 작동 명령에 응답하여 상기 배터리의 온도에 대응하는 OCV(open circuit voltage) 휴지 기간(rest time)을 설정하는 휴지기간 판단부, 및 상기 제어부의 작동 명령에 응답하여 상기 설정된 휴지 기 간과 상기 배터리의 전류가 흐르지 않은 시간을 비교하여, 비교 결과에 따라 리셋 OCV를 설정하고, 상기 리셋 OCV에 대응하는 리셋 SOC로 추정 SOC를 리셋하는 SOC 리셋부를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나의 팩을 포함하는 배터리의 추정 SOC를 판단하는 배터리 관리 시스템의 구동 방법에 있어서, a) 상기 배터리의 온도를 측정하고, 상기 배터리의 전류가 흐르는지 판단하는 단계, b) 상기 a)단계에서 판단결과 상기 배터리의 전류가 흐르지 않는 경우, 상기 배터리의 온도에 대응하는 OCV 휴지 기간을 검출하는 단계, c) 상기 배터리의 전류가 흐르지 않은 시간을 측정하고, 상기 OCV 휴지 기간과 비교하는 단계, d) 상기 c)단계에서 판단결과, 상기 측정된 배터리의 전류가 흐르지 않은 시간이 상기 OCV 휴지 기간이상이면, 상기 배터리의 전압을 리셋 OCV로 설정하는 단계 그리고 e) 상기 리셋 OCV에 대응되는 SOC를 검출하고, 상기 검출된 SOC를 이용하여 상기 추정 SOC를 리셋하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 자동차의 ECU(engine controller unit)로 배터리의 추정 SOC를 출력하는 배터리 관리 시스템에 있어서, 상기 배터리의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 센싱부 상기 센싱부로부터 전달받은 상기 전류, 전압 및 온도를 이용하여 상기 추정 SOC를 리셋하고, 배터리의 충방전을 제어하는 MCU(main control unit) 및 상기 MCU로부터 출력되는 SOC를 상기 ECU로 전달하고, 상기 ECU로부터 상기 자동차의 운행 정보를 수신하는 통신부를 포함하고, 상기 MCU는, 상기 자동차의 운행 정보를 입력받아, 상기 자동차가 키온 또는 종속 운행의 경우, 배터 리의 전류가 흐르는지 판단하여, 판단 결과에 따라 SOC 리셋을 제어하는 제어부, 상기 제어부의 작동 명령에 응답하여 상기 배터리의 온도에 대응하는 OCV 휴지 기간(rest time)을 설정하는 휴지기간 판단부, 및 상기 제어부의 작동 명령에 응답하여 상기 설정된 휴지 기간과 상기 배터리의 전류가 흐르지 않은 시간을 비교하여, 비교 결과에 따라 리셋 OCV를 설정하고, 상기 리셋 OCV에 대응하는 리셋 SOC로 추정 SOC를 리셋하는 SOC 리셋부를 포함한다.

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. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 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.

도 1에 도시된 바와 같이, 자동차 시스템은, BMS(battery management system)(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), 출력단자(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 발명에 따른 실시예에서는 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 안전 스위치(2_SW)를 포함하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 출력단자(2_OUT1) 및 출력단자(2_OUT2)는 인버터(8)에 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 출력하는Hall 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 전달되 는 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 온오프 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(이하, '팩전류'), 배터리 전체 팩전압(이하, '팩전압'), 팩온도 및 셀 주변온도를 측정하여 MCU(20)에 전달한다.

MCU(20)는 센싱부(10)로부터 전달받은 팩전류(Ip), 팩전압(Vp), 팩온도(Tp) 및 주변온도에 기초하여 배터리(2)의 충전상태(state of charging, 이하 SOC), 건강상태(state of health, 이하 SOH) 등을 추정하여 배터리(2)의 상태를 알려주는 정보를 생성한다. 또한, MCU(20)는 센싱부(10)로부터 입력되는 팩온도(Tp)에 따라 OCV 휴지 기간(OCV rest time)을 설정하여, OCV 휴지 기간이 경과하면, OCV리셋을 수행한다. MCU(20)는 OCV리셋값에 대응하는 SOC를 산출하고, 산출된 SOC는 SOC리셋값이 된다. 산출된 SOC리셋값에 따라 추정 SOC를 리셋한다. 이 때, MCU(20)는 통신부(60)를 통해 전송받은 ECU(7)로부터의 자동차 상태에 따라, SOC 리셋을 수행한다. 구체적으로, 자동차 상태에 따라, 키온시 및 종속 운행시인 경우, 휴지 기간이 경과하였는지 판단하여 SOC를 리셋한다.

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. BMS(1)로부터 ECU(7)로 SOC 및 SOH에 관한 정보를 전송하거나, ECU(7)로부터 자동차 상태에 관한 정보를 수신하여 MCU(20) 로 전송한다. 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 자동차의 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 자동차 속도 등의 정보에 기초하여 현재 자동차의 운행 상태를 파악하고, 필요한 토크 정도등의 정보를 결정한다. 구체적으로, 현재 자동차의 운행 상태란, 시동을 켜는 키온(key-on), 시동을 끄는 키오프(key-off), 종속운행 및 가속도 운행등을 말한다. ECU(7)는 자동차 상태에 관한 정보를 BMS(1)의 통신부(60)로 전송한다. ECU(7)는 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 충전시키고 이때 팩전압(Ip)는 '-'값이 된다. 한편, SOC가 55% 이상이면 인버터(8)의 스위치를 제어하여 전력이 모터제너레이터(9) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(2)를 방전시키고 이때 팩전류(Ip)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 팩전압(Ip), 팩전압(Vp) 및 셀온도등을 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 BMS(1)의 MCU(20)를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, MCU(20)는 제어부(100), 휴지기간(rest time)판단부, SOC 리셋부(300) 및 추정 SOC 산출부를 포함한다.

제어부(100)는 충방전 전류가 흐르지 않는 경우, SOC 리셋을 수행하기 위해 휴지기간 판단부(200) 및 SOC 리셋부(300)를 제어한다. 충방전 전류가 흐르지 않는 때는 자동차의 키온시 또는 자동차가 종속 운행 하는 경우일 수 있다. 구체적으로, 제어부(100)는 현재 자동차의 운행 상태에 관한 정보를 통신부(60)로부터 전송받아, 자동차 운행 상태에 따라 SOC 리셋을 제어한다. 자동차 상태가 현재 키온(key-on)시인 경우 또는 종속 운행시인 경우에 제어부(100)는 팩전압(Ip)가 흐르는지 판단한다. 팩전류(Ip)가 흐르지 않는 경우, 즉 팩전류(Ip)가 OA인 경우, 휴지기간 판단부(200) 및 SOC 리셋부(300)로 작동 신호를 전송한다. 제어부(100)는 팩전압(Ip)가 OA일 때부터 타이머를 작동시켜, 충방전 전류가 발생하지 않는 시간(Pr)을 측정하고, SOC 리셋부(300)로 그 결과를 전송한다.

휴지기간 판단부(200)는 센싱부(10)로부터 입력되는 팩온도(Tp)를 입력받고, 각 팩온도(Tp)에 대응되는 OCV 휴지기간을 판단한다. 일반적으로 OCV 휴지기간이란, 배터리에 충방전이 발생하지 않아, 배터리의 OCV전압이 안정화되는데 필요한 기간을 말한다. 휴지기간 판단부(200)는 각 온도에 대응되는 휴지기간에 관한 데이터 테이블을 저장하고 있다. 휴지기간 판단부(200)는 휴지기간을 판단하면, 그 결과를 SOC 리셋부(300)로 전송한다. 데이터 테이블은 실험 결과를 바탕으로 작성된 데이터이다. 실험 방법은 임의의 배터리의 온도에서, 배터리에 충방전이 발생하지 않아 팩전압(Ip)가 흐르지 않는 상태로 소정의 시간이 경과하였을 때 OCV를 측정한 다. 이 OCV를 리셋 OCV로 설정하여 임의의 배터리의 온도에 대응하는 리셋 OCV에 에 관한 데이터 테이블을 생성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 리셋 OCV를 설정하는데 있어서, SOC의 1% 오차를 허용한다. 그러면, 보다 빠른 시간내에 SOC 리셋을 수행할 수 있다. 이하, 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 BMS(1)의 MCU(20)에 저장된 데이터 테이블을 그래프로 도시한 것이다.

도 3의 그래프에서 세로 축은 OCV 휴지 기간(rest time)이고, 가로축은 배터리의 온도(Tp)를 나타낸다. 본발명의 실시예에 따른 데이터 테이블은 OCV 휴지 기간과 팩온도(Tp)에 관한 데이터이지만, 팩온도(Tp) 이외에 셀 주변온도등을 이용하여 데이터 테이블을 생성할 수 있다.

OCV 휴지 기간과 팩온도(Tp)에 관한 데이터 테이블을 생성하는 실험 방법은 다음과 같다.

먼저, 배터리의 충방전이 끝난 후 3시간동안 배터리의 OCV를 측정한다. 본 발명의 실시예에 따른 실험에서 3시간 후의 OCV 는 실제 OCV로 규정한다. 3시간동안 1분마다 배터리의 OCV를 측정하여 기록한다. 그리고 실제 OCV(충방전 완료후 3시간 후의 전압)값에 대응되는 SOC를 측정하고, 측정된 SOC 1%에 대응하는 △OCV를 산출한다.산출된 △OCV값을 이용하여 SOC 1% 오차를 허용하는 OCV 값을 산출한다. 이렇게 산출된 OCV값에 도달하는데 걸리는 시간을 OCV 휴지기간으로 정의하고, 각 팩온도(Tp)에 따라 OCV 휴지기간을 측정한다.

위와 같은 실험 방법으로 측정된 데이터를 바탕으로 생성된 데이터 테이블을 그래프로 도시한 것이 도 3의 그래프이다.

도 3의 그래프에 도시된 바와 같이, OCV 휴지 기간은 팩온도(Tp)가 높을수록 감소하는 경향이 뚜렷이 나타난다. 이는 OCV 휴지 기간이 리튬이온의 농도와 관련있음을 말하며, 온도가 높을수록 리튬이온의 확산계수가 증가하면 OCV 휴지 기간이 줄어듬을 알 수 있다.

SOC 리셋부(300)는 현재 배터리에 충방전이 발생하지 않은 시간과 휴지기간 판단부(200)로부터 전송받은 휴지 기간을 비교하여, 비교결과 휴지 기간을 경과하면, 센싱부(10)로부터 입력되는 팩전압(Vp)을 리셋 OCV로 설정한다. 그리고 SOC 리셋부(300)는 OCV와 SOC의 관계를 나타내는 데이터를 저장하고, 리셋 OCV에 대응되는 SOC를 데이터에서 검출하여 리셋 SOC로 설정한다. SOC 리셋부(300)는 추정 SOC를 리셋 SOC로 리셋한다.

추정 SOC 산출부는 센싱부(10)로부터 전달받은 팩전류(Ip) 및 충전효율을 기초로 추정 SOC를 산출한다. 구체적으로 정해진 배터리(2)의 실제 충전효율(

)을 이용하여 아래 수학식 1과 같이 추정 SOC를 산출한다.

여기서

는 충방전 전류로서 센싱부(10)에서 출력된 팩전류(Ip)이고,

는 배터리(2)의 실제 충전효율이고,

는 총 배터리 용량(Total Amount of Charge)이 다. 본 발명의 실시예에 따른, 추정 SOC 산출부는 SOC 리셋부(300)로부터 리셋 SOC를 입력받아, 리셋 SOC부터 적산에 의한 추정 SOC를 산출한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 BMS의 구동 방법을 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 BMS(1)의 구동 방법을 나타낸 순서도이다.

먼저, MCU(20)는 통신부(60)로부터 자동차 운행 정보를 수신한다(S100). MCU(20)는 센싱부(10)로부터 배터리의 팩전압(Vp), 팩전압(Ip) 및 팩온도(Tp)를 전송받는다(S200). 제어부(100)는 자동차 운행 정보에 따라 키온 또는 종속 운행인지 판단한다(S300).

S300단계에서 판단결과 키온 또는 종속 운행인 경우 제어부(100)는 팩전압(Ip)가 OA인지 판단한다(S400). S400단계에서 판단결과 키온 또는 종속 운행이 아닌 경우, S100단계부터 다시 시작한다.

S400 단계에서 판단결과 팩전류(Ip)가 0A인 경우, 휴지기간 판단부(200)는 팩온도(Tp)에 대응하는 OCV 휴지 기간을 검출한다(S500). S400 단계에서 판단결과 팩전압(Ip)가 0A가 아닌 경우, S100단계부터 다시 시작한다.

SOC 리셋부(300)는 제어부(100)로부터 배터리 휴지 기간 및 휴지기간 판단부(200)로부터 OCV 휴지 기간을 입력받아, 배터리 휴지 기간이 OCV 휴지 기간 이상인지 판단한다(S600). S600단계에서 판단결과, 배터리 휴지 기간이 OCV 휴지 기간이상이면, SOC 리셋부(300)는 현재 센싱부(10)로부터 입력된 팩전압(Vp)을 리셋 OCV로 설정한다(S700). S600단계에서 판단결과, 배터리 휴지 기간이 OCV 휴지 기간 미만이면, S100단계부터 다시 시작한다.

SOC 리셋부(300)는 설정된 리셋 OCV에 대응되는 SOC를 검출하여, 검출된 SOC를 리셋 SOC로 설정한다(S800).

SOC 리셋부(300)는 설정된 리셋 SOC를 추정 SOC 판단부(400)로 전송하여, 추정 SOC를 리셋 SOC로 리셋시킨다(S900).

S900 단계에서 리셋을 마치면, S100단계부터 다시 시작한다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법에 따르면, 팩온도에 따라 OCV 휴지 기간을 달리 설정하여, OCV를 리셋하고, 리셋된 OCV에 대응하는 리셋 SOC로 추정 SOC를 리셋시킴으로써, 종전에 비해 더 많은 SOC리셋을 수행할 수 있다.

시동을 끈지 얼마되지 않아 시동을 켜서 키온이 되는 경우, 종전에는 OCV 휴지 기간이 고정되어 있어서 SOC를 리셋 시키지 못해 추정 SOC는 정확하지 않은 경우가 빈번하였다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템 및 그 구동 방법은, 이런 경우 팩온도가 높아 OCV 휴지 기간이 짧아, OCV를 리셋시키고 리셋된 OCV에 대응하는 SOC로 초기 SOC리셋을 시킬 수 있다. 따라서 보다 정확한 SOC 추정이 가능한다.

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.

본 발명에 따른 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법은 온도에 따라 OCV rest time을 달리하여, SOC를 리셋함으로써, 더욱 잦은 빈도로 SOC 리셋을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법은 SOC리셋을 보다 잦은 빈도로 수행함으로써, 추정 SOC의 오차를 감소시켜 더욱 정확한 SOC를 추정할 수 있다.

Claims

복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나의 팩을 포함하는 배터리에 연결되고, 상기 배터리의 추정 SOC를 판단하는 배터리 관리 시스템에 있어서,

상기 배터리의 전압, 전류 및 온도를 측정하는 센싱부,

상기 팩전류가 흐르는지 판단하여, 판단 결과에 따라 SOC(state of charge) 리셋을 제어하는 제어부,

상기 제어부의 작동 명령에 응답하여 상기 배터리의 온도에 대응하는 OCV(open circuit voltage) 휴지 기간(rest time)을 설정하는 휴지기간 판단부, 및

상기 제어부의 작동 명령에 응답하여 상기 설정된 휴지 기간과 상기 배터리의 전류가 흐르지 않은 시간을 비교하여, 비교 결과에 따라 리셋 OCV를 설정하고, 상기 리셋 OCV에 대응하는 리셋 SOC로 추정 SOC를 리셋하는 SOC 리셋부

를 포함하는 배터리 관리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 휴지기간 판단부는,

상기 배터리의 온도와 OCV 휴지기간에 관한 데이터 테이블을 포함하고,

상기 배터리의 온도에 대응하는 OCV 휴지기간을 상기 데이터 테이블로부터 검출하는 배터리 관리 시스템.
제2항에 있어서,

상기 데이터 테이블은,

상기 임의의 배터리의 온도에서, 상기 배터리의 전류가 흐르지 않는 상태로 소정의 시간이 경과하였을 때 측정된 OCV를 리셋 OCV로 설정하여 상기 배터리의 온도에 대응하는 상기 리셋 OCV에 관한 정보를 포함하고 있는 배터리 관리 시스템.
제3항에 있어서,

상기 데이터 테이블은, 상기 측정된 OCV 전압에 대응하는 SOC와 1% 오차를 갖는 SOC에 대응하는 OCV를 리셋 OCV로 설정하는 배터리 관리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제어부는,

상기 판단 결과, 상기 배터리의 전류가 흐르지 않는 경우 SOC 리셋을 수행하기 위해 상기 SOC 리셋부 및 상기 휴지기간 판단부로 상기 작동 명령을 전송하는 배터리 관리 시스템.
제5항에 있어서,

상기 제어부는,

상기 배터리의 전류가 흐르지 않는 경우, 상기 배터리의 전류가 흐르지 않은 시간을 측정하고, 상기 SOC 리셋부로 상기 배터리의 전류가 흐르지 않은 시간을 전송하는 배터리 관리 시스템.
제6항에 있어서,

상기 SOC 리셋부는,

상기 배터리의 전류가 흐르지 않은 시간이 상기 휴지 기간 이상인 경우, 그 때 상기 배터리의 전압을 리셋 OCV로 설정하고, 상기 리셋 OCV에 대응하는 SOC를 리셋 SOC로 설정하는 배터리 관리 시스템.
제7항에 있어서,

상기 SOC 리셋부는,

상기 OCV와 상기 SOC에 관한 데이터를 저장하고,

상기 리셋 OCV에 대응하는 상기 리셋 SOC를 상기 데이터로부터 검출하는 배터리 관리 시스템.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 추정 SOC를 산출하는 추정 SOC 판단부를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
제9항에 있어서,

상기 추정 SOC 판단부는,

상기 배터리의 전류를 적산하여 상기 추정 SOC를 산출하는 배터리 관리 시스템.
복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나의 팩을 포함하는 배터리의 추정 SOC를 판단하는 배터리 관리 시스템의 구동 방법에 있어서,

a) 상기 배터리의 온도를 측정하고, 상기 배터리의 전류가 흐르는지 판단하는 단계,

b) 상기 a)단계에서 판단결과 상기 배터리의 전류가 흐르지 않는 경우, 상기 배터리의 온도에 대응하는 OCV 휴지 기간을 검출하는 단계,

c) 상기 배터리의 전류가 흐르지 않은 시간을 측정하고, 상기 OCV 휴지 기간과 비교하는 단계,

d) 상기 c)단계에서 판단결과, 상기 측정된 배터리의 전류가 흐르지 않은 시간이 상기 OCV 휴지 기간이상이면, 상기 배터리의 전압을 리셋 OCV로 설정하는 단계, 그리고

e) 상기 리셋 OCV에 대응되는 SOC를 검출하고, 상기 검출된 SOC를 이용하여 상기 추정 SOC를 리셋하는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
제11항에 있어서,

상기 b)단계는,

상기 배터리의 온도와 상기 OCV 휴지기간에 관한 데이터 테이블을 이용하여, 상기 배터리의 온도에 대응하는 OCV 휴지기간을 상기 데이터 테이블로부터 검출하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
제12항에 있어서,

상기 데이터 테이블은,

상기 임의의 배터리의 온도에서, 상기 배터리의 전류가 흐르지 않는 상태로 소정의 시간이 경과하였을 때 측정된 OCV를 리셋 OCV로 설정하여 상기 배터리의 온도에 대응하는 상기 리셋 OCV에 관한 정보를 포함하고 있는 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
제13항에 있어서,

상기 데이터 테이블은, 상기 측정된 OCV 전압에 대응하는 SOC와 1% 오차를 갖는 SOC에 대응하는 OCV를 리셋 OCV로 설정하는 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
자동차의 ECU(engine controller unit)로 배터리의 추정 SOC를 출력하는 배터리 관리 시스템에 있어서,

상기 배터리의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 센싱부

상기 센싱부로부터 전달받은 상기 전류, 전압 및 온도를 이용하여 상기 추정 SOC를 리셋하고, 배터리의 충방전을 제어하는 MCU(main control unit) 그리고

상기 MCU로부터 출력되는 SOC를 상기 ECU로 전달하고, 상기 ECU로부터 상기 자동차의 운행 정보를 수신하는 통신부를 포함하고,

상기 MCU는,

상기 자동차의 운행 정보를 입력받아, 상기 자동차가 키온 또는 종속 운행의 경우, 배터리의 전류가 흐르는지 판단하여, 판단 결과에 따라 SOC 리셋을 제어하는 제어부,

상기 제어부의 작동 명령에 응답하여 상기 배터리의 온도에 대응하는 OCV 휴지 기간(rest time)을 설정하는 휴지기간 판단부, 및

상기 제어부의 작동 명령에 응답하여 상기 설정된 휴지 기간과 상기 배터리의 전류가 흐르지 않은 시간을 비교하여, 비교 결과에 따라 리셋 OCV를 설정하고, 상기 리셋 OCV에 대응하는 리셋 SOC로 추정 SOC를 리셋하는 SOC 리셋부

를 포함하는 배터리 관리 시스템.
제15항에 있어서,

상기 휴지기간 판단부는,

상기 배터리의 온도와 OCV 휴지기간에 관한 데이터 테이블을 포함하고,

상기 배터리의 온도에 대응하는 OCV 휴지기간을 상기 데이터 테이블로부터 검출하는 배터리 관리 시스템.
제16항에 있어서,

상기 데이터 테이블은,

상기 임의의 배터리의 온도에서, 상기 배터리의 전류가 흐르지 않는 상태로 소정의 시간이 경과하였을 때 측정된 OCV를 리셋 OCV로 설정하여 상기 배터리의 온도에 대응하는 상기 리셋 OCV에 관한 정보를 포함하고 있는 배터리 관리 시스템.
제17항에 있어서,

상기 데이터 테이블은, 상기 측정된 OCV 전압에 대응하는 SOC와 1% 오차를 갖는 SOC에 대응하는 OCV를 리셋 OCV로 설정하는 배터리 관리 시스템.