KR101463394B1 - Battery management system, and method of estimating battery's state of charge using the same - Google Patents

Battery management system, and method of estimating battery's state of charge using the same Download PDF

Info

Publication number
KR101463394B1
KR101463394B1 KR1020120121798A KR20120121798A KR101463394B1 KR 101463394 B1 KR101463394 B1 KR 101463394B1 KR 1020120121798 A KR1020120121798 A KR 1020120121798A KR 20120121798 A KR20120121798 A KR 20120121798A KR 101463394 B1 KR101463394 B1 KR 101463394B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
soc
battery cell
potential
charge
Prior art date
Application number
KR1020120121798A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140056693A (en
Inventor
배정효
최흥관
백지국
조창희
허주식
이재덕
Original Assignee
한국전기연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전기연구원 filed Critical 한국전기연구원
Priority to KR1020120121798A priority Critical patent/KR101463394B1/en
Publication of KR20140056693A publication Critical patent/KR20140056693A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101463394B1 publication Critical patent/KR101463394B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • 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]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

배터리 충전상태의 추정방법은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 충전 상태(SOC)를 배터리 관리 시스템(BMS)을 통해 추정하는 방법에 관한 것으로서, (a) 배터리 관리 시스템에 포함된 측정부가 배터리 셀의 순간 개방회로전압인 오프 전위(off potential)를 측정하는 단계와, (b) 배터리 관리 시스템의 제어부가 참조 테이블(lookup table)에 근거하여 (a) 단계에서 측정된 오프 전위에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 추정하는 단계를 포함한다. 참조 테이블은 배터리 셀의 온도, 충전 및 방전 횟수, 및 방전 전류량에 따른 상기 측정된 오프 전위에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 포함한다.A method for estimating a state of charge of a battery includes a method of estimating a state of charge (SOC) of a battery module including at least one battery cell through a battery management system (BMS) Measuring an off potential, which is an instantaneous open-circuit voltage of the battery cell; and (b) determining whether the control unit of the battery management system is in an off-state, And estimating a state of charge (SOC). The reference table includes a state of charge (SOC) corresponding to the measured OFF potential according to the temperature of the battery cell, the number of times of charging and discharging, and the amount of discharging current.

Description

배터리 관리 시스템, 및 배터리 관리 시스템을 이용하는 배터리 충전상태의 추정방법{Battery management system, and method of estimating battery's state of charge using the same}[0001] The present invention relates to a battery management system, and more particularly, to a battery management system and a method for estimating a battery state using the battery management system,

본 발명은 배터리 관리 시스템(BMS, battery management system) 관련 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 관리 시스템, 및 배터리 관리 시스템을 이용하여 배터리의 순간 개방회로전압인 오프 전위(off potential)를 측정하고 이를 이용하는 배터리 충전상태의 추정방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery management system (BMS) related technology, and more particularly, to a battery management system and a battery management system for measuring an off potential And a method of estimating a state of charge of a battery using the battery.

일반적으로, 에너지 저장 시스템(ESS, energy storage system), 전기 자동차, 하이브리드(Hybrid) 자동차, 및 전기 오토바이(E-Scooter) 등을 구동하기 위하여 대용량의 전력을 발생할 수 있는 대용량의 배터리(배터리 모듈)가 사용될 수 있다.Generally, a large-capacity battery (battery module) capable of generating a large amount of electric power for driving an energy storage system (ESS), an electric vehicle, a hybrid vehicle, and an electric motorcycle (E-Scooter) Can be used.

특히, 신재생 에너지의 보급과 함께 스마트 그리드(smart grid)의 핵심으로 전력의 저장 및 품질, 그리고 에너지 사용의 효율을 극대화시킬 수 있는 에너지 저장 시스템(ESS, energy storage system)에 대한 관심도 증가하고 있다. 에너지 저장 시스템(ESS)은 다수의 배터리 셀들(Battery Cells)을 가지는 대용량의 배터리 모듈(Battery Module)을 포함할 수 있고, 남는 전력(남는 에너지)을 필요한 때와 장소에 공급하기 위해 전력계통(grid)에 저장하는 기술로서 전력의 품질과 효율성을 최적화할 수 있는 시스템을 말한다.In particular, interest in energy storage systems (ESS), which can maximize the efficiency of energy storage and quality, and energy use as core of smart grid, is increasing with the spread of renewable energy . The energy storage system (ESS) may include a large-capacity battery module having a plurality of battery cells, and may include a power grid (not shown) to supply remaining power (remaining energy) ) Is a system that can optimize the quality and efficiency of electric power.

상기 배터리 모듈을 보다 효율적이고 안정적으로 관리하는 장치가 배터리 관리 시스템이다. 배터리 관리 시스템은 다수개의 배터리 셀들에 연결되어 각 배터리 셀의 전압 값을 A/D 컨버터(analog to digital converter)를 통해 읽어 들인 후 배터리 셀의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다.A device for managing the battery module more efficiently and stably is a battery management system. The battery management system may be connected to a plurality of battery cells to read a voltage value of each battery cell through an analog to digital converter, and then control charging or discharging of the battery cell.

배터리(배터리 셀)의 SOC(state of charge, 잔존 용량) 산출 방법에는 사용 전류(Ampere)와 시간(hour)의 관계에서 사용된 용량을 구하여 SOC를 산출하는 전류 적산법(Ah법), 또는 배터리의 내부 임피던스와 SOC의 관계에서 SOC를 계산하는 임피던스 측정법이 있을 수 있다.The method of calculating the state of charge (SOC) of a battery (battery cell) includes a current accumulation method (Ah method) for calculating the SOC by calculating the capacity used in relation to the current (Ampere) and the time (hour) There may be an impedance measurement method that calculates SOC in relation to internal impedance and SOC.

상기 전류 적산법은 방전 전류와 시간의 곱으로 잔존용량을 추정하는 방법으로서, 전류 또는 시간의 오차 누적으로 인해 시간이 가면 갈수록 SOC 에러(에러율)가 커질 수 있다. 도 1은 전류 적산법의 에러율을 설명하는 그래프(graph)이다. 도 1을 참조하면, SOC의 추정값1은 전류 또는 시간이 실제 값보다 작게 측정되었을 경우 산출되는 값을 지시(indication)하며 SOC의 추정값1은 시간의 경과에 따라 SOC의 정확한 실제 값과의 차이가 커질 수 있다. SOC의 추정값2는 전류 또는 시간이 실제 값보다 크게 측정되었을 경우 산출되는 값을 지시하며 SOC의 추정값2는 시간의 경과에 따라 SOC의 정확한 실제 값과의 차이가 커질 수 있다.The current integration method is a method of estimating the remaining capacity by multiplying the discharge current and time. The SOC error (error rate) may become larger as time goes by due to current or time error accumulation. Figure 1 is a graph illustrating the error rate of the current integration method. Referring to FIG. 1, an estimated SOC value 1 indicates a calculated value when a current or time is measured to be smaller than an actual value, and an estimated SOC value 1 indicates a difference with an accurate actual value of the SOC over time Can be large. The estimated value 2 of the SOC indicates a value calculated when the current or time is measured to be larger than the actual value, and the estimated value 2 of the SOC may be different from the accurate actual value of the SOC with the passage of time.

상기 임피던스 측정법은 배터리를 충전 또는 방전하고 있을 경우, 즉 전류가 흐르고 있을 경우에는 배터리의 내부 임피던스가 변하기 때문에 배터리의 SOC를 정확하게 계산(측정 또는 추정)할 수 없는 문제점이 있을 수 있다.Since the internal impedance of the battery changes when the battery is charged or discharged, that is, when a current flows, the impedance measurement method can not accurately calculate (measure or estimate) the SOC of the battery.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 배터리 모듈의 등가 전기 회로 모델을 이용하여 보다 정확한 배터리 충전 상태값(SOC, State of Charge)을 추정할 수 있는 배터리 관리 시스템, 및 배터리 관리 시스템을 이용하여 배터리의 순간 개방회로전압인 오프전위(off potential)를 측정하고 이를 이용하는 배터리 충전상태의 추정방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a battery management system capable of estimating a more accurate battery state value (SOC) using an equivalent electric circuit model of a battery module, Which is an instantaneous open-circuit voltage of the battery, and using the measured off-potential.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전상태의 추정방법은, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 충전 상태(SOC)를 배터리 관리 시스템(BMS)을 통해 추정하는 방법에 관한 것으로서, (a) 상기 배터리 관리 시스템에 포함된 측정부가 상기 배터리 셀의 순간 개방회로전압인 오프 전위(off potential)를 측정하는 단계; 및 (b) 상기 배터리 관리 시스템의 제어부가 참조 테이블(lookup table)에 근거하여 상기 (a) 단계에서 측정된 오프 전위에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 추정하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 참조 테이블은 상기 배터리 셀의 온도, 충전 및 방전 횟수(cycle), 및 방전 전류량에 따른 상기 측정된 오프 전위에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for estimating a state of charge of a battery, the method comprising: estimating a state of charge (SOC) of a battery module including at least one battery cell through a battery management system (BMS) Comprising the steps of: (a) measuring an off potential, which is an instantaneous open circuit voltage of the battery cell, by a measurement unit included in the battery management system; And (b) estimating a charge state value (SOC) corresponding to the off-state potential measured in the step (a) based on a lookup table by the control unit of the battery management system, The reference table may include a temperature of the battery cell, a cycle of charging and discharging, and a state of charge (SOC) corresponding to the measured OFF potential according to the amount of the discharge current.

상기 참조 테이블은 상기 배터리 셀의 자가 방전량에 따른 상기 측정된 오프 전위에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 포함할 수 있다.The reference table may include a charge state value (SOC) corresponding to the measured OFF potential according to the self discharge amount of the battery cell.

상기 배터리 모듈이 다수의 배터리 셀들을 포함하는 경우, 상기 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈의 출력이 지속되도록 상기 측정부는 상기 배터리 셀들의 오프 전위들을 순차적으로 측정하고, 상기 제어부는 상기 참조 테이블에 근거하여 상기 측정부에 의해 순차적으로 측정된 오프 전위들에 대응하는 배터리 모듈의 충전 상태값(SOC)을 추정할 수 있다.When the battery module includes a plurality of battery cells, the measuring unit successively measures the OFF potentials of the battery cells so that the output of the battery module including the battery cells is maintained. Based on the reference table (SOC) of the battery module corresponding to the OFF potentials sequentially measured by the measuring unit.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(BMS)은, 배터리 모듈에 포함된 적어도 하나의 배터리 셀의 순간 개방회로전압인 오프 전위(off potential)를 측정하는 측정부; 참조 테이블(lookup table)을 저장하는 저장부; 및 상기 저장부의 참조 테이블에 근거하여 상기 측정부에 의해 측정된 오프 전위에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 추정하는 제어부를 포함할 수 있으며, 상기 참조 테이블은 상기 배터리 셀의 온도, 충전 및 방전 횟수, 및 방전 전류량에 따른 상기 측정된 오프 전위에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a battery management system (BMS) including a measurement unit for measuring an off potential, which is an instantaneous open circuit voltage of at least one battery cell included in a battery module, ; A storage unit for storing a lookup table; And a control unit for estimating a charge state value (SOC) corresponding to the off-state potential measured by the measurement unit based on the reference table of the storage unit, wherein the reference table includes temperature, charge and discharge And a charge state value (SOC) corresponding to the measured OFF potential according to the discharge current amount.

상기 참조 테이블은 상기 배터리 셀의 자가 방전량에 따른 상기 측정된 오프 전위에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 포함할 수 있다.The reference table may include a charge state value (SOC) corresponding to the measured OFF potential according to the self discharge amount of the battery cell.

상기 배터리 모듈이 다수의 배터리 셀들을 포함하는 경우, 상기 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈의 출력이 지속되도록 상기 측정부는 상기 배터리 셀들의 오프 전위들을 순차적으로 측정하고, 상기 제어부는 상기 저장부의 참조 테이블에 근거하여 상기 측정부에 의해 순차적으로 측정된 오프 전위들에 대응하는 배터리 모듈의 충전 상태값(SOC)을 추정할 수 있다.When the battery module includes a plurality of battery cells, the measurement unit sequentially measures the OFF potentials of the battery cells so that the output of the battery module including the battery cells is maintained. (SOC) of the battery module corresponding to the OFF potentials sequentially measured by the measurement unit.

본 발명에 따른 배터리 관리 시스템, 및 배터리 관리 시스템을 이용하여 배터리의 순간 개방회로 전압인 오프 전위(off potential)를 측정하고 이를 이용하는 배터리 충전상태의 추정방법은, 빠르게 측정될 수 있는 순간 개방회로 전압인 오프 전위를 이용하고 상기 오프 전위에 대응하는 배터리 셀의 개방회로전압(OCV, open circuit voltage)(장기 개방회로 전압 또는 충전상태값(SOC))을 포함하는 참조 테이블을 이용하여 배터리(배터리 모듈)의 충전상태값(SOC)을 빠르고 정확하게 추정할 수 있고 배터리 모듈의 충전상태값(SOC)을 충전 또는 방전을 수행하고 있는 중에도 추정할 수 있으므로, 기존의 전류 적산법의 에러를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 임피던스 측정법의 단점인 배터리의 개방회로전압(OCV)(장기 개방회로 전압)의 추정(측정)시간(예를 들어, 30분 이상이고 1시간 이하인 시간)을 예를 들어 1초 이내로 획기적으로 감소시킬 수 있다.The battery management system and the battery management system according to the present invention are used to measure an off potential, which is an instantaneous open-circuit voltage of a battery, and to estimate the battery charge state using the measured instantaneous open-circuit voltage, (A battery module) using a reference table including an open-circuit voltage and an open circuit voltage (OCV) of a battery cell corresponding to the off-state potential (long-term open circuit voltage or charge state value (SOC) of the battery module can be estimated quickly and accurately, and the state of charge SOC of the battery module can be estimated even while charging or discharging is performed. Therefore, it is possible to reduce the error of the conventional current integration method (Measurement) time (for example, 30 minutes or more) of the open circuit voltage (OCV) (long-term open circuit voltage) of the battery which is a disadvantage of the impedance measurement method For 1 hour or less time) For example, it is possible to dramatically reduce less than one second.

또한 본 발명은 실험에 의해 결정된 배터리 셀의 온도 또는 자가 방전량 등에 따른 배터리 충전 상태값(SOC)을 참조 테이블을 통해 제공하므로 보다 정확하고 빠르게 SOC를 추정할 수 있어 배터리의 에너지를 효율적으로 활용할 수 있도록 할 수 있다.Further, the present invention provides a battery charge state value (SOC) according to the temperature or the self discharge amount of the battery cell determined by experiments through the reference table, so that the SOC can be estimated more accurately and quickly, .

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 전류적산법의 에러율을 설명하는 그래프(graph)이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(BMS)(200)을 설명하는 블락 다이어그램(block diagram)이다.
도 3은 도 2에 도시된 배터리 모듈(100)에 포함된 배터리 셀의 등가 전기 회로 모델을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 등가 전기 회로 모델에서 배터리 셀이 일정 시간 주기마다 방전될 때의 순간 개방회로전압인 오프전위(Voff) 및 개방 회로 전압(Voc)의 경과 시간에 따른 변화의 실시예(실험예)를 설명하는 그래프(graph)이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전상태의 추정방법(400)을 설명하는 흐름도(flow chart)이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a more complete understanding of the drawings used in the detailed description of the present invention, a brief description of each drawing is provided.
Figure 1 is a graph illustrating the error rate of the current integration method.
2 is a block diagram illustrating a battery management system (BMS) 200 according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing an equivalent electric circuit model of a battery cell included in the battery module 100 shown in FIG.
FIG. 4 is a graph showing an example of variation of the instantaneous open-circuit voltage (off-state potential) Voff and the open-circuit voltage (Voc) according to the elapsed time when the battery cell is discharged at a constant time period in the equivalent electric circuit model of FIG. Example) is a graph.
FIG. 5 is a flow chart illustrating a method 400 for estimating a charged state of a battery according to an embodiment of the present invention.

본 발명 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a better understanding of the present invention and the objects attained by the practice of the invention, reference should be made to the accompanying drawings, which illustrate embodiments of the invention, and to the description in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(BMS)(200)을 설명하는 블락 다이어그램(block diagram)이다.2 is a block diagram illustrating a battery management system (BMS) 200 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 배터리 관리 시스템(BMS, battery management system)(200)은, 측정부(205), 저장부(210), 및 제어부(215)를 포함한다.Referring to FIG. 2, a battery management system (BMS) 200 includes a measurement unit 205, a storage unit 210, and a control unit 215.

배터리 관리 시스템(BMS)(200)은 전기 자동차, 하이브리드(hybrid) 전기자동차, 또는 스마트 배전을 위한 대용량 에너지 저장장치이고 풍력발전 또는 태양열 발전 등과 같은 신재생 에너지 분야에 적용될 수 있는 에너지 저장 시스템(ESS)과 같은 기기에 장착될 수 있다. 에너지 저장 시스템(ESS)은 예를 들어 대용량(350(V), 10(AH))의 3.5(KW)급 가정용(주택용) 에너지 저장장치로서 모듈화(50(V), 5(AH))된 단위 셀(5(V) 또는 3.7(V), 5(AH))들을 직렬 혹은 병렬로 연결하여 만들 수 있다. 에너지 저장 시스템(ESS)은 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있는 PCS(Power Conditioning System, 전력 변환 장치(전력변환기))을 통해 전력 계통에 연계될 수 있다. 그 반대로, 상기 PCS는 양방향 PCS로서, 전력계통의 교류전력을 직류전력으로 변환하여 상기 변환된 직류전력이 BMS(200)를 통해 배터리 모듈(100)에 제공되도록 할 수 있다.The battery management system (BMS) 200 is an energy storage device for electric vehicles, hybrid electric vehicles, or smart distribution, and an energy storage system (ESS) that can be applied to renewable energy fields such as wind power generation or solar power generation. ). ≪ / RTI > The energy storage system (ESS) is a modular (50 (V), 5 (AH)) unit, for example a 3.5 (KW) class residential energy storage device with a large capacity (350 (V) Cells (5 (V) or 3.7 (V), 5 (AH)) can be connected in series or in parallel. An energy storage system (ESS) can be linked to the power system via a PCS (Power Conditioning System, power converter) that can convert DC power to AC power. Conversely, the PCS is a bi-directional PCS that converts AC power of the power system into DC power and provides the converted DC power to the battery module 100 through the BMS 200. [

배터리 관리 시스템(BMS)(200)은 배터리 모듈(100)의 다양한 상태를 모니터링(monitoring)(측정 또는 감지)하여, 배터리 모듈의 온도, 배터리 모듈의 주변온도, 배터리 모듈의 전압, 및 배터리 모듈의 방전(또는 충전) 전류(또는 배터리 모듈의 정격 용량(Ah)에 C-rate(current rate)를 곱한 값) 등에 따라 배터리 보호를 위한 제어를 할 수 있고 기기의 운전자(operator)에게 배터리 상태를 알려주고, 배터리 모듈(100)을 적정상태로 관리하는 기능을 가질 수 있다.The battery management system (BMS) 200 monitors (measures or senses) various states of the battery module 100 to detect the temperature of the battery module, the ambient temperature of the battery module, the voltage of the battery module, It is possible to control for battery protection according to the discharge (or charging) current (or the rated capacity (Ah) of the battery module multiplied by the C-rate (current rate)), And a function of managing the battery module 100 in an appropriate state.

배터리 관리 시스템(BMS)(200)은 배터리 모듈(100)의 각 배터리 셀의 전압과 전류와 온도를 측정하여 셀의 셀 밸런싱(cell balancing)과 SOC(State of Charge, 잔존 용량)를 산정하고 에너지 저장 시스템(ESS)의 안전, 충전, 또는 방전을 제어할 수 있다.The battery management system (BMS) 200 measures cell balancing and SOC (State of Charge) of the cell by measuring voltage, current and temperature of each battery cell of the battery module 100, To control the safety, charge, or discharge of the storage system (ESS).

측정부(205)는 배터리 모듈(100)의 충전 전압이고 순간 개방회로전압인 오프 전위(off potential), 또는 장시간(장기) 개방 회로 전압(OCV, open circuit voltage)을 측정할 수 있다. 배터리 모듈(battery module)(또는 배터리 팩(battery pack))(100)은 적어도 하나의 2차 전지인 배터리 셀(battery cell)을 포함한다. 상기 오프 전위는 배터리 모듈(100)(또는 배터리 셀)에 충전 전류 또는 방전 전류가 인가되고 있는 중에, 순간적으로 배터리 모듈(100)의 출력단을 개방하여 배터리 셀 혹은 배터리 팩 양단의 전압을 순간적(예를 들어 1/4(sec))으로 측정할 때의 전위일 수 있다. 개방 회로 전압(OCV)은 배터리 셀이 방전 또는 충전되지 않을 때의 배터리 셀의 양극과 음극 사이의 충전 전압일 수 있다. 배터리 모듈(100)이 두 개 이상의 배터리 셀들을 포함하는 경우, 상기 배터리 셀들은 서로 직렬 또는 병렬 또는 직렬과 병렬의 혼합방식으로 연결될 수 있다.The measuring unit 205 can measure the charging voltage of the battery module 100 and the off-state potential, which is an instantaneous open-circuit voltage, or an open circuit voltage (OCV), for a long time. A battery module (or battery pack) 100 includes a battery cell, which is at least one secondary battery. The off-state potential instantaneously opens the output terminal of the battery module 100 while the charging current or the discharging current is being applied to the battery module 100 (or the battery cell) so that the voltage across the battery cell or the battery pack is instantaneously For example, 1/4 (sec)). The open circuit voltage (OCV) may be the charging voltage between the anode and the cathode of the battery cell when the battery cell is not discharged or charged. When the battery module 100 includes two or more battery cells, the battery cells may be connected to each other in series, parallel, or a combination of series and parallel.

제어부(215)는 저장부(210)의 참조 테이블에 근거하여 측정부(205)에 의해 측정된 오프 전위에 대응하는 배터리 모듈(100)의 충전 상태값(SOC)을 추정(계산 또는 산출)한다. 충전 상태값(SOC)은 남은(방전 가능한) 배터리 용량을 총 사용 가능 배터리 용량으로 나눈 값을 의미할 수 있다.The control unit 215 estimates (calculates or calculates) the charge state value (SOC) of the battery module 100 corresponding to the OFF potential measured by the measurement unit 205 based on the reference table of the storage unit 210 . The state of charge (SOC) may refer to a value obtained by dividing the remaining (dischargeable) battery capacity by the total available battery capacity.

저장부(210)는 참조 테이블(lookup table)을 저장한다. 저장부(210)는 전기적으로 쓰고 지울 수 있는 비휘발성 저장장치로서 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)일 수 있다. 상기 참조 테이블은 배터리 모듈(100)(또는 배터리 셀)의 온도, 충전 및 방전 횟수(cycle), 및 방전 전류량(또는 방전 전류의 크기)에 따른 측정부(205)에서 측정된 오프 전위에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 포함한다. 상기 장기 개방 회로 전압(OCV)에 대한 충전 상태값(SOC)은 볼츠만(Boltzmann) 방정식을 통해 얻어질 수도 있다. 하나의 방전 횟수와 하나의 충전 횟수를 합쳐 배터리 모듈(100)의 1 cycle를 구성할 수 있다.The storage unit 210 stores a lookup table. The storage unit 210 may be an electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM) as an electrically erasable and erasable non-volatile storage device. The reference table corresponds to the OFF potential measured by the measuring unit 205 according to the temperature, the number of charging and discharging cycles of the battery module 100 (or battery cell), and the amount of discharging current (or the magnitude of the discharging current) And a charge state value (SOC). The state of charge (SOC) for the long term open circuit voltage (OCV) may be obtained through the Boltzmann equation. One cycle of the battery module 100 can be configured by combining one discharge count and one charge count.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 참조 테이블은 배터리 모듈(100)의 충전 전류량(또는 충전 전류의 크기), 배터리 모듈(100)의 자가 방전량(self-discharge, 배터리 모듈의 내부저항에 의한 자연 방전율), 배터리 모듈(100)의 주변 온도, 또는 배터리 모듈(100)의 경년 변화(SOH, State of Health)에 따른 측정부(205)에서 측정된 오프 전위에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 포함할 수도 있다. 상기 참조 테이블의 값은 배터리 모듈(100)에 대한 실험에 의해 결정될 수 있다. 상기 자가 방전량은 예를 들어 배터리 모듈(100)의 온도가 높을수록 배터리 모듈의 내부 저항이 증가할 수 있으므로 증가할 수 있다. 따라서 본 발명은 실험에 의해 결정된 배터리 셀의 온도 또는 자가 방전량 등에 따른 충전 상태값(SOC)을 참조 테이블을 통해 제공하므로 보다 정확한 SOC를 제공할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the reference table may be a table indicating the amount of charge current (or the amount of charge current) of the battery module 100, the self-discharge amount of the battery module 100, (SOC) corresponding to the off-state potential measured by the measuring unit 205 according to the ambient temperature of the battery module 100 or the age of the battery module 100 (SOH) . The value of the reference table may be determined by experimentation with the battery module 100. For example, the self-discharge amount may be increased because the internal resistance of the battery module may increase as the temperature of the battery module 100 increases. Therefore, the present invention can provide a more accurate SOC by providing the charge state value (SOC) according to the temperature or the self discharge amount of the battery cell determined by experiment through the reference table.

배터리 모듈(100)의 실험에 의해 결정되는 충전 및 방전 횟수(cycle), 자가 방전량, 및 경년 변화는 배터리 관리 시스템(BMS)(200)의 감지부(미도시)에 의해 측정되는 배터리 셀의 방전 전압값(또는 충전 전압값), 방전 전류값(또는 충전 전류값), 온도값, 또는 주변 온도값에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 방전 전압(방전 전류)의 초기값이 작은 배터리 모듈은 충전 및 방전 횟수가 많고 경년 변화(aging)가 많이 진행된 배터리 모듈일 수 있다.The number of cycles of charging and discharging, the amount of self-discharge, and the aged change determined by the experiment of the battery module 100 is determined by the battery module 100, which is measured by the sensing unit (not shown) of the battery management system (BMS) Discharge voltage value (or charge voltage value), discharge current value (or charge current value), temperature value, or ambient temperature value. For example, a battery module having a small initial value of a discharge voltage (discharge current) may be a battery module having a large number of times of charging and discharging and aging aggressively.

제어부(215)는 CPU(central processing unit)로서 측정부(205) 및 저장부(210)를 포함하는 배터리 관리 시스템(BMS)(200)의 전체적인 동작을 제어할 수 있다.The control unit 215 may control the overall operation of the battery management system (BMS) 200 including the measurement unit 205 and the storage unit 210 as a central processing unit (CPU).

오프 전위가 측정되면 예를 들어 1초 이내에 배터리 모듈(100)의 배터리 셀의 출력이 중단되므로, 전술한 배터리 관리 시스템(BMS)(200)의 구성(작용)은 배터리 셀이 충전 또는 방전되지 않는 경우에 사용될 수 있다.When the OFF potential is measured, for example, the output of the battery cell of the battery module 100 is stopped within one second, so that the configuration (action) of the battery management system (BMS) 200 described above is such that the battery cell is not charged or discharged Can be used.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 개별 셀(개별 배터리 셀)의 오프 전위를 순차적으로 측정하여 전체 배터리 모듈의 출력에 영향을 미치지 않도록, 배터리 셀을 충전 또는 방전하면서(즉, 배터리 모듈(100)의 출력을 연속으로 유지(지속)하면서) 셀의 오프 전위를 측정하여 배터리 모듈(100)의 충전 상태값(SOC)을 추정할 수도 있다.In another embodiment of the present invention, while the battery cells are charged or discharged (that is, the battery module 100 is turned on) while the battery cells are being charged or discharged so as to sequentially measure the OFF potentials of individual cells (individual battery cells) (SOC) of the battery module 100 by measuring the off-state potential of the cell while maintaining the output of the battery module 100 continuously.

부연하여 설명하면, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 배터리 모듈(100)이 다수의 배터리 셀들을 포함하는 경우, 상기 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈의 출력이 중단되지 않도록(또는 배터리 모듈의 출력이 지속되도록) 측정부(205)는 상기 배터리 셀들의 오프 전위들을 순차적으로 측정하고, 제어부(215)는 저장부(210)의 참조 테이블에 근거하여 측정부(205)에 의해 순차적으로 측정된 오프 전위들에 대응하는 배터리 모듈의 충전 상태값(SOC)을 추정할 수 있다. 예를 들어, 상기 오프 전위들에 대응하는 배터리 모듈의 충전 상태값(SOC)은, 배터리 모듈(100)의 배터리 셀들이 서로 직렬로 연결되는 경우 상기 오프 전위들의 합에 대응하는 충전 상태값(SOC)이거나, 또는 배터리 모듈(100)의 배터리 셀들이 서로 병렬로 연결되는 경우 상기 오프 전위들 각각에 대응하는 충전 상태값(SOC)일 수 있다.In other embodiments of the present invention, when the battery module 100 includes a plurality of battery cells, the output of the battery module including the battery cells is not interrupted The controller 215 sequentially measures the OFF potentials of the battery cells and the control unit 215 controls the OFF potentials sequentially measured by the measurement unit 205 based on the reference table of the storage unit 210 The state of charge (SOC) of the battery module corresponding to the battery state of the battery module. For example, when the battery cells of the battery module 100 are connected to each other in series, the charge state value SOC of the battery module corresponding to the OFF potentials is a charge state value SOC , Or a charge state value (SOC) corresponding to each of the OFF potentials when the battery cells of the battery module 100 are connected to each other in parallel.

도 3은 도 2에 도시된 배터리 모듈(100)에 포함된 배터리 셀의 등가 전기 회로 모델을 나타내는 도면이다. 상기 배터리 셀의 등가 전기 회로 모델은 직렬 연결된 두 개 이상의 배터리 셀들의 회로 모델, 또는 병렬 연결된 두 개 이상의 배터리 셀들의 회로 모델, 또는 직렬연결과 병렬연결의 혼합된 두 개 이상 배터리 셀들의 회로 모델을 나타낼 수 있다.3 is a diagram showing an equivalent electric circuit model of a battery cell included in the battery module 100 shown in FIG. The equivalent electric circuit model of the battery cell may be a circuit model of two or more battery cells connected in series or a circuit model of two or more battery cells connected in parallel or a circuit model of two or more mixed battery cells of a series connection and a parallel connection .

도 3을 참조하면, 상기 배터리 셀의 등가 전기 회로 모델은, Ri, Rp, Cp, 및 Cb를 포함한다. Ri는 배터리 셀의 전해질(또는 전해액)(electrolyte)로 인한 내부 저항을 지시(indication)하고, Rp는 배터리 셀의 방전 또는 충전시의 확산 효과(diffusion effect)로 인한 분극 저항(polarization resistance)(또는 전하 이동 저항(charge transfer resistance))을 지시하고, Cp는 배터리 셀의 방전 또는 충전시의 확산 효과로 인한 분극 커패시터(polarization capacitor)를 지시하고, Cb는 배터리 셀의 충전(저장) 커패시터를 지시한다. 상기 분극 커패시터(또는 분극 커패시턴스)는 표면 커패시턴스(surface capacitor)로도 언급될 수 있다. Ri, Rp, Cp, 및 Cb는 실험에 의해 결정될 수 있다. 상기 분극 커패시터는 배터리 셀의 전극(양극 또는 음극)과 전해질의 경계에 발생할 수 있는 이중 층 커패시터(double layer capacitance)를 의미할 수 있다.Referring to FIG. 3, the equivalent electric circuit model of the battery cell includes Ri, Rp, Cp, and Cb. Ri denotes an internal resistance due to an electrolyte (or electrolyte) of the battery cell, and Rp denotes a polarization resistance due to a diffusion effect during discharging or charging of the battery cell (Charge transfer resistance), Cp indicates a polarization capacitor due to the diffusion effect of discharging or charging the battery cell, and Cb indicates a charging (storage) capacitor of the battery cell . The polarization capacitor (or polarization capacitance) may also be referred to as a surface capacitor. Ri, Rp, Cp, and Cb can be determined experimentally. The polarization capacitor may refer to a double layer capacitance that may occur at the boundary between the electrode (anode or cathode) of the battery cell and the electrolyte.

단자 ab에 부하(load)가 연결되어 배터리 셀이 방전될 때, 단자 전압(Vab)은 Cb에 저장(충전)된 개방회로 전압(Voc)(또는 충전 상태값(SOC))에서 Rp에 의한 전압 강하(Vp) 및 Ri에 의한 전압 강하(Vi)를 뺀 값으로 표현된다. 즉, Vab = Voc - Vp - Vi 이다.When a load is connected to the terminal ab and the battery cell is discharged, the terminal voltage Vab becomes equal to the voltage by Rp in the open circuit voltage Voc (or the charge state value SOC) stored (charged) in Cb (Vp) and the voltage drop (Vi) by Ri. That is, Vab = Voc - Vp - Vi.

단자 ab에 부하(load)의 연결이 차단되어 배터리 셀의 방전이 중단될 때, Cp에 저장된 전압(Vp)(또는 전하)은 Cb로 이동되어 Cb에 저장되는 전압(Voc)은 일정한 시간 경과 후에 Vp(분극 전압)만큼 상승할 수 있다. 즉, 상기 상승된 전압(Voc)이 정확한 배터리 셀의 충전상태값(SOC)일 수 있으며, 전술한 본 발명의 배터리 관리 시스템(BMS)(200)에 의해 추정될 수 있다. 분극 전압(Vp)은 배터리 모듈(100)의 배터리 셀이 방전 또는 충전할 때 발생하는 배터리 셀의 분극 커패시터(Cp)에 저장된 전압일 수 있다.When the connection of the load to the terminal ab is cut off and the discharge of the battery cell is interrupted, the voltage Vp (or charge) stored in Cp is shifted to Cb, and the voltage Voc stored in Cb is discharged Vp (polarization voltage). That is, the increased voltage Voc may be a correct state of charge (SOC) of the battery cell and may be estimated by the battery management system (BMS) 200 of the present invention. The polarization voltage Vp may be a voltage stored in the polarization capacitor Cp of the battery cell generated when the battery cell of the battery module 100 discharges or charges.

도 4는 도 3의 등가 전기 회로 모델에서 배터리 셀이 일정 시간 주기마다 방전될 때의 순간 개방회로전압인 오프전위(Voff) 및 개방 회로 전압(Voc)의 경과 시간에 따른 변화의 실시예(실험예)를 설명하는 그래프(graph)이다. 상기 실험예에서 배터리 셀은 충전 횟수가 1회(1 cycle)인 리튬 이온 전지(Li-ion battery)가 사용되고, 리튬 이온 전지의 온도는 25[℃]이다.FIG. 4 is a graph showing an example of variation of the instantaneous open-circuit voltage (off-state potential) Voff and the open-circuit voltage (Voc) according to the elapsed time when the battery cell is discharged at a constant time period in the equivalent electric circuit model of FIG. Example) is a graph. In the above experimental example, a lithium ion battery having one cycle of charging is used as the battery cell, and the temperature of the lithium ion battery is 25 [deg.] C.

도 4 및 도 3을 참조하여 SOC가 100%(예를 들어, Voc=4.2(volt))인 배터리 셀이 3분(minute) 동안 방전(사용)된 후 1 시간(hour)(또는 30분) 동안 방전이 중단(off)되어 SOC가 95(%)(예를 들어, Voc=4.1275(volt))가 되는 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to FIGS. 4 and 3, a battery cell having an SOC of 100% (for example, Voc = 4.2 (volt)) is discharged for one hour (or 30 minutes) A description will be made of a process in which the discharge is stopped off and the SOC becomes 95 (%) (for example, Voc = 4.1275 (volt)).

3분(minute)의 방전 시간 동안에 있어서, 단자전압(Vab)은 도 4에 도시된 바와 같이 내부저항(Ri)에 의한 IR DROP(전압 강하)에 의해 순간적으로 강하한 후 배터리의 분극 현상(분극 동작)에 따른 분극 커패시터(Cp)에 의해 서서히 하강한다.The terminal voltage Vab is instantaneously dropped by the IR DROP (voltage drop) due to the internal resistance Ri as shown in FIG. 4, and then the polarization of the battery The voltage is gradually lowered by the polarization capacitor Cp in accordance with the operation (operation).

1 시간(hour)의 방전 중단(off) 시간 동안에 있어서, 단자전압(Vab)은 도 4에 도시된 바와 같이 내부저항(Ri)에 의한 IR DROP(전압 강하분) 만큼 순간적으로 상승하여 오프 전위(Voff)가 된 후 배터리의 소극(depolarization) 현상에 의해 서서히 분극 커패시터(Cp)에 저장된 분극전압(Vp)만큼 상승하여 SOC가 95(%)(예를 들어, Voc=4.1275(volt))가 된다. 상기 내부저항(Ri)에 의한 IR DROP(전압 강하분 또는 전압 상승분)은 소극 현상에 의해 나타나는 전압일 수 있다.The terminal voltage Vab instantaneously rises by an IR DROP (voltage drop) by the internal resistance Ri as shown in Fig. 4, so that the off-state potential Voff), the SOC is gradually increased by 95% (for example, Voc = 4.1275 (volts)) by the polarization voltage Vp stored in the polarization capacitor Cp by the depolarization phenomenon of the battery . The IR DROP (voltage drop component or voltage rise component) due to the internal resistance Ri may be a voltage caused by a negative electrode phenomenon.

전술한 과정을 부연하여 설명하면, 배터리 셀이 3분 동안 방전된 후 순간적으로 배터리 셀의 출력이 개방되면, 전류가 흐르지 않는 상태에서 배터리 셀 양단의 전압에는 IR Drop(전압 강하분)이 제거되면서 순간 개방회로전압(off potential)인 오프 전위(Voff)가 나타나고, 배터리 셀에는 서서히 분극 커패시터(Cp)에 의해 소극이 일어나면서 1시간 후가 되면 배터리 셀의 전압이 안정화되는 데 이 전압이 배터리 셀의 Voc(개방회로전압, OCV)일 수 있다. 개방회로전압(OCV)은 장기(장시간) 개방회로전압으로 언급될 수 있다.If the output of the battery cell is instantaneously released after the battery cell is discharged for 3 minutes, the voltage across the battery cell is not dropped and the IR drop (voltage drop) is removed The off-state potential Voff which is an instantaneous open circuit voltage appears and when the battery cell is gradually depolarized by the polarizing capacitor Cp, the voltage of the battery cell is stabilized after one hour, (Open circuit voltage, OCV). The open circuit voltage (OCV) can be referred to as a long term (long time) open circuit voltage.

다시 상기 시간 주기로 방전 동작 및 방전 중단 동작을 수행하는 경우, Voc(또는 SOC)는 90(%)가 될 수 있다. 그 후, 상기 방전 동작 및 방전 중단 동작에 의해 Voc는 최종적으로 0(%)(예를 들어, Voc=2.75(volt))가 될 수 있다.When the discharge operation and the discharge stop operation are performed again in the above time period, the Voc (or SOC) may be 90 (%). Thereafter, the Voc can be finally 0 (%) (e.g., Voc = 2.75 (volt)) by the discharge operation and the discharge stop operation.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전상태의 추정방법(400)을 설명하는 흐름도(flow chart)이다. 배터리 충전상태의 추정방법(400)은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된 배터리 관리 시스템(BMS)(200)에 적용될 수 있다.FIG. 5 is a flow chart illustrating a method 400 for estimating a charged state of a battery according to an embodiment of the present invention. The battery charge state estimation method 400 may be applied to the battery management system (BMS) 200 described with reference to FIGS.

도 5 및 도 2를 참조하면, 측정 단계(405)에서 배터리 관리 시스템(BMS)(200)에 포함된 측정부(205)가 배터리 모듈(100)에 포함된 배터리 셀의 순간 개방 회로 전압인 오프 전위(Voff)를 측정한다. 즉, 본 발명은 전압측정법을 이용할 수 있다. 상기 오프 전위(Voff)는 배터리 모듈(100)의 배터리 셀에 충전 전류 또는 방전 전류가 순간적으로 개방(off)될 때 배터리 양단에서 측정되는 전위일 수 있다.5 and 2, in the measurement step 405, the measurement unit 205 included in the battery management system (BMS) 200 measures the instantaneous open circuit voltage of the battery cell included in the battery module 100, And the potential Voff is measured. That is, the present invention can use a voltage measurement method. The OFF potential Voff may be a potential measured at both ends of the battery when the charging current or the discharging current is instantaneously turned off in the battery cell of the battery module 100. [

참조 단계(410)에 따르면, 배터리 관리 시스템(BMS)(200)의 제어부(215)가 저장부(210)에 배치(저장)된 참조 테이블(lookup table)에 근거하여(또는 참조 테이블을 참조하여), 측정 단계(405)에서 측정된 오프 전위(Voff)에 대응하는 배터리 모듈(100)의 충전 상태값(SOC)을 추정(계산)한다. 상기 참조 테이블은 배터리 셀의 온도, 충전 및 방전 횟수, 및 방전 전류량에 따른 측정 단계(405)에서 측정된 오프 전위(Voff)에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 포함한다.According to the reference step 410, the control unit 215 of the battery management system (BMS) 200 determines whether or not a reference table is stored based on a lookup table stored in the storage unit 210 ), And estimates (calculates) the state of charge (SOC) of the battery module 100 corresponding to the off-state potential Voff measured in the measuring step 405. The reference table includes a charge state value (SOC) corresponding to the OFF potential Voff measured in the measurement step 405 according to the temperature of the battery cell, the number of times of charging and discharging, and the amount of discharge current.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 참조 테이블은 배터리 셀의 자가 방전량(자연 방전율)에 따른 측정 단계(405)에서 측정된 오프 전위(Voff)에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 더 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the reference table further includes a charge state value (SOC) corresponding to the off-state potential Voff measured in the measurement step 405 according to the self discharge amount (natural discharge rate) of the battery cell can do.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 배터리 모듈(100)이 다수의 배터리 셀들을 포함하는 경우, 상기 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈의 출력이 중단되지 않도록(배터리 모듈의 출력이 지속되도록) 측정부(205)는 상기 배터리 셀들의 오프 전위들을 순차적으로 측정하고, 제어부(215)는 저장부(210)의 참조 테이블에 근거하여 측정부(205)에 의해 순차적으로 측정된 오프 전위들에 대응하는 배터리 모듈의 충전 상태값(SOC)을 추정할 수 있다. 상기 오프 전위들에 대응하는 배터리 모듈의 충전 상태값(SOC)은, 배터리 모듈(100)의 배터리 셀들이 서로 직렬로 연결되는 경우 상기 오프 전위들의 합에 대응하는 충전 상태값(SOC)이거나, 또는 배터리 모듈(100)의 배터리 셀들이 서로 병렬로 연결되는 경우 상기 오프 전위들 각각에 대응하는 충전 상태값(SOC)일 수 있다.In another embodiment of the present invention, when the battery module 100 includes a plurality of battery cells, the measurement unit (not shown) may be provided so that the output of the battery module including the battery cells is not interrupted 205 corresponding to off potentials sequentially measured by the measurement unit 205 based on the reference table of the storage unit 210. The control unit 215 measures the OFF potentials of the battery cells The state of charge (SOC) can be estimated. The charge state value SOC of the battery module corresponding to the off potentials is a charge state value SOC corresponding to the sum of the off potentials when the battery cells of the battery module 100 are connected in series, When the battery cells of the battery module 100 are connected in parallel to each other, the charge state value SOC may correspond to each of the OFF potentials.

전술한 바와 같이, 본 발명의 배터리 관리 시스템, 및 배터리 관리 시스템을 하여 배터리의 순간 개방회로전압인 오프전위(off potential)를 측정하고 이를 이용하는 배터리 충전상태의 추정방법은, 배터리 셀이 일정시간 동안 방전된 후 배터리 셀의 충전 상태값(SOC)을 추정할 때 분극 전압(Vp)을 고려하여 배터리 셀의 SOC를 추정할 수 있으므로, 보다 정확한 SOC를 제공할 수 있다. 그 결과, 본 발명은 기존의 전류 적산법의 에러를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 임피던스 측정법의 단점인 배터리의 개방회로전압(OCV) 추정시간을 획기적으로 감소시킬 수 있다. 또한 본 발명은 실험에 의해 결정된 배터리 셀의 온도 또는 자가 방전량 등에 따른 배터리 충전 상태값(SOC)을 참조 테이블을 통해 제공하므로 보다 정확하고 빠르게 SOC를 추정할 수 있어 배터리의 에너지를 효율적으로 활용할 수 있도록 할 수 있다.As described above, the battery management system and the battery management system of the present invention measure the off potential, which is an instantaneous open circuit voltage of the battery, and use the measured off potential to estimate the battery charge state. Since the SOC of the battery cell can be estimated by considering the polarization voltage Vp when estimating the state of charge SOC of the battery cell after the discharge, more accurate SOC can be provided. As a result, the present invention not only reduces the error of the conventional current integration method but also significantly reduces the open circuit voltage (OCV) estimation time of the battery, which is a disadvantage of the impedance measurement method. Further, the present invention provides a battery charge state value (SOC) according to the temperature or the self discharge amount of the battery cell determined by experiments through the reference table, so that the SOC can be estimated more accurately and quickly, .

본 발명은 빠르고 정확한 SOC를 제공할 수 있으므로, 본 발명은 배터리 관리 시스템(BMS)에 의한 불필요한 충전, 또는 불필요한 셀 밸런싱 등을 방지할 수 있어 배터리 모듈의 수명을 연장시킬 수 있고, 전류 적산법에 비해 SOC 정보를 이용하는 전기 자동차의 정확한 배터리 SOC 산정, 및 전력 계통에 전기 에너지를 공급하거나 또는 전력 계통의 전기 에너지를 저장할 수 있는 에너지 저장 시스템의 정확한 배터리 SOC 산정을 가능하게 할 수 있다.Since the present invention can provide a quick and accurate SOC, unnecessary charging by the battery management system (BMS), unnecessary cell balancing or the like can be prevented, the life of the battery module can be prolonged, Accurate battery SOC estimation of an electric vehicle using SOC information, and accurate battery SOC estimation of an energy storage system capable of supplying electric energy to a power system or storing electric energy of a power system.

본 실시예에서 사용되는 구성요소 또는 “~부(unit)” 또는 블록 또는 모듈은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 쓰레드, 프로그램과 같은 소프트웨어(software)나, FPGA(fieldprogrammable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소 또는 '~부' 등은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다.The components or " units " or blocks or modules used in the present embodiment may be implemented in software such as a task, a class, a subroutine, a process, an object, an execution thread, , A field programmable gate array (FPGA), or an application-specific integrated circuit (ASIC), or a combination of the above software and hardware. The components or parts may be included in a computer-readable storage medium, or a part of the components may be dispersed in a plurality of computers.

이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the embodiments have been disclosed in the drawings and specification. Although specific terms are used herein, they are used for the purpose of describing the present invention only and are not used to limit the scope of the present invention described in the claims or the claims. It is therefore to be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100: 배터리 모듈
200: BMS
205: 측정부
210: 저장부
215: 제어부
405: 측정 단계
410: 참조 단계100: Battery module
200: BMS
205:
210:
215:
405: Measuring step
410: Reference step

Claims (6)

적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 충전 상태(SOC)를 배터리 관리 시스템(BMS)을 통해 추정하는 배터리 충전상태의 추정방법에 있어서,
(a) 상기 배터리 관리 시스템에 포함된 측정부가 상기 배터리 셀의 순간 개방회로전압인 오프 전위(off potential)를 측정하는 단계; 및
(b) 상기 배터리 관리 시스템의 제어부가 참조 테이블(lookup table)에 근거하여 상기 (a) 단계에서 측정된 오프 전위에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 추정하는 단계를 포함하며,
상기 참조 테이블은 상기 배터리 셀의 온도, 충전 및 방전 횟수, 및 방전 전류량에 따른 상기 측정된 오프 전위에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 포함하며,
상기 오프 전위는 상기 배터리 셀에 충전 전류 또는 방전 전류가 인가되고 있는 중에, 순간적으로 상기 배터리 셀의 출력단을 개방하여 상기 배터리 셀 양단의 전압을 순간적으로 측정할 때의 전위로서, 상기 개방된 배터리 셀의 출력단의 전위에서 상기 배터리 셀의 전해질로 인한 내부 저항에 의한 전압 강하분만큼 상승한 전위인 배터리 충전상태의 추정방법.A method for estimating a state of charge (SOC) of a battery module including at least one battery cell through a battery management system (BMS)
(a) measuring an off potential, which is an instantaneous open circuit voltage of the battery cell, by a measurement unit included in the battery management system; And
(b) the control unit of the battery management system estimates a charge state value (SOC) corresponding to the off potential measured in the step (a) based on a lookup table,
Wherein the reference table includes a charge state value (SOC) corresponding to the measured OFF potential according to a temperature of the battery cell, a number of times of charging and discharging, and a discharge current amount,
Wherein the off-state potential is a potential for instantaneously measuring the voltage across the battery cell by opening the output terminal of the battery cell instantaneously while a charge current or a discharge current is being applied to the battery cell, Which is a potential that is increased by a voltage drop due to an internal resistance due to an electrolyte of the battery cell at a potential of an output terminal of the battery cell. 제1항에 있어서,
상기 참조 테이블은 상기 배터리 셀의 자가 방전량에 따른 상기 측정된 오프 전위에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 포함하는 배터리 충전상태의 추정방법.The method according to claim 1,
Wherein the reference table includes a charge state value (SOC) corresponding to the measured OFF potential according to a self discharge amount of the battery cell. 제1항에 있어서,
상기 배터리 모듈이 다수의 배터리 셀들을 포함하는 경우, 상기 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈의 출력이 지속되도록 상기 측정부는 상기 배터리 셀들의 오프 전위들을 순차적으로 측정하고, 상기 제어부는 상기 참조 테이블에 근거하여 상기 측정부에 의해 순차적으로 측정된 오프 전위들에 대응하는 배터리 모듈의 충전 상태값(SOC)을 추정하는 배터리 충전상태의 추정방법.The method according to claim 1,
When the battery module includes a plurality of battery cells, the measuring unit successively measures the OFF potentials of the battery cells so that the output of the battery module including the battery cells is maintained. Based on the reference table And estimating a state of charge (SOC) of the battery module corresponding to the OFF potentials sequentially measured by the measurement unit. 배터리 관리 시스템(BMS)에 있어서,
배터리 모듈에 포함된 적어도 하나의 배터리 셀의 순간 개방회로전압인 오프 전위(off potential)를 측정하는 측정부;
참조 테이블(lookup table)을 저장하는 저장부; 및
상기 저장부의 참조 테이블에 근거하여 상기 측정부에 의해 측정된 오프 전위에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 추정하는 제어부를 포함하며,
상기 참조 테이블은 상기 배터리 셀의 온도, 충전 및 방전 횟수, 및 방전 전류량에 따른 상기 측정된 오프 전위에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 포함하며,
상기 오프 전위는 상기 배터리 셀에 충전 전류 또는 방전 전류가 인가되고 있는 중에, 순간적으로 상기 배터리 셀의 출력단을 개방하여 상기 배터리 셀 양단의 전압을 순간적으로 측정할 때의 전위로서, 상기 개방된 배터리 셀의 출력단의 전위에서 상기 배터리 셀의 전해질로 인한 내부 저항에 의한 전압 강하분만큼 상승한 전위인 배터리 관리 시스템.A battery management system (BMS)
A measuring unit for measuring an off potential, which is an instantaneous open circuit voltage of at least one battery cell included in the battery module;
A storage unit for storing a lookup table; And
And a control unit for estimating a charge state value (SOC) corresponding to the OFF potential measured by the measurement unit based on the reference table of the storage unit,
Wherein the reference table includes a charge state value (SOC) corresponding to the measured OFF potential according to a temperature of the battery cell, a number of times of charging and discharging, and a discharge current amount,
Wherein the off-state potential is a potential for instantaneously measuring the voltage across the battery cell by opening the output terminal of the battery cell instantaneously while a charge current or a discharge current is being applied to the battery cell, Wherein the voltage of the output terminal of the battery cell is increased by a voltage drop due to an internal resistance due to an electrolyte of the battery cell. 제4항에 있어서,
상기 참조 테이블은 상기 배터리 셀의 자가 방전량에 따른 상기 측정된 오프 전위에 대응하는 충전 상태값(SOC)을 포함하는 배터리 관리 시스템.5. The method of claim 4,
Wherein the reference table includes a charge state value (SOC) corresponding to the measured OFF potential according to a self discharge amount of the battery cell. 제4항에 있어서,
상기 배터리 모듈이 다수의 배터리 셀들을 포함하는 경우, 상기 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈의 출력이 지속되도록 상기 측정부는 상기 배터리 셀들의 오프 전위들을 순차적으로 측정하고, 상기 제어부는 상기 저장부의 참조 테이블에 근거하여 상기 측정부에 의해 순차적으로 측정된 오프 전위들에 대응하는 배터리 모듈의 충전 상태값(SOC)을 추정하는 배터리 관리 시스템.5. The method of claim 4,
When the battery module includes a plurality of battery cells, the measurement unit sequentially measures the OFF potentials of the battery cells so that the output of the battery module including the battery cells is maintained. And estimates a state of charge (SOC) of the battery module corresponding to the OFF potentials sequentially measured by the measurement unit.
KR1020120121798A 2012-10-31 2012-10-31 Battery management system, and method of estimating battery's state of charge using the same KR101463394B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120121798A KR101463394B1 (en) 2012-10-31 2012-10-31 Battery management system, and method of estimating battery's state of charge using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120121798A KR101463394B1 (en) 2012-10-31 2012-10-31 Battery management system, and method of estimating battery's state of charge using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140056693A KR20140056693A (en) 2014-05-12
KR101463394B1 true KR101463394B1 (en) 2014-11-21

Family

ID=50887783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120121798A KR101463394B1 (en) 2012-10-31 2012-10-31 Battery management system, and method of estimating battery's state of charge using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101463394B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160108963A (en) 2015-03-09 2016-09-21 연세대학교 산학협력단 Apparatus and method for diagnosing status of battery using high frequency and impedance, and computer-readable recording medium with program therefor
US20210194261A1 (en) * 2019-12-23 2021-06-24 Delta Electronics, Inc. Battery controller and battery level measurement method thereof
KR20230045147A (en) 2021-09-28 2023-04-04 (주)이투솔루션즈 Method and device for obtain to battery status information

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102424528B1 (en) * 2015-06-11 2022-07-25 삼성전자주식회사 Method and device to estimate state of battery
CN105068011B (en) * 2015-07-29 2018-08-03 中国汽车技术研究中心 A method of for estimating and correcting LiMn2O4 series-connected cell packet SOC value
KR20190072991A (en) 2017-12-18 2019-06-26 영화테크(주) Electrolyte Temperature Presumption Method of Lead Battery
CN108710085A (en) * 2018-06-06 2018-10-26 安徽江淮汽车集团股份有限公司 A kind of monomer Selection method and system to be equalized of power battery
CN113009348B (en) * 2021-04-01 2024-03-12 浙江吉利控股集团有限公司 Method and device for improving power battery SOC estimation precision
KR102638180B1 (en) * 2021-11-03 2024-02-16 엘지전자 주식회사 Energy storage system and method for operating the same
KR20230107066A (en) * 2022-01-07 2023-07-14 주식회사 엘지에너지솔루션 Apparatus for predicting capacity of battery and operating method of the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000078758A (en) * 1998-08-26 2000-03-14 Toshiba Battery Co Ltd Charged state managing apparatus for secondary battery
KR20070003628A (en) * 2005-06-30 2007-01-05 주식회사 엘지화학 Method for estimating soc of a battery and battery management system using the same
KR20100085791A (en) * 2009-01-21 2010-07-29 주식회사 파워트론 The control and management equipment of battery stack, and method there of
KR20110084633A (en) * 2010-01-18 2011-07-26 에스케이이노베이션 주식회사 Apparatus and method for estimating the life span of battery

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000078758A (en) * 1998-08-26 2000-03-14 Toshiba Battery Co Ltd Charged state managing apparatus for secondary battery
KR20070003628A (en) * 2005-06-30 2007-01-05 주식회사 엘지화학 Method for estimating soc of a battery and battery management system using the same
KR20100085791A (en) * 2009-01-21 2010-07-29 주식회사 파워트론 The control and management equipment of battery stack, and method there of
KR20110084633A (en) * 2010-01-18 2011-07-26 에스케이이노베이션 주식회사 Apparatus and method for estimating the life span of battery

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160108963A (en) 2015-03-09 2016-09-21 연세대학교 산학협력단 Apparatus and method for diagnosing status of battery using high frequency and impedance, and computer-readable recording medium with program therefor
US20210194261A1 (en) * 2019-12-23 2021-06-24 Delta Electronics, Inc. Battery controller and battery level measurement method thereof
US11750005B2 (en) * 2019-12-23 2023-09-05 Delta Electronics, Inc. Battery controller and battery level measurement method thereof
KR20230045147A (en) 2021-09-28 2023-04-04 (주)이투솔루션즈 Method and device for obtain to battery status information

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140056693A (en) 2014-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101463394B1 (en) Battery management system, and method of estimating battery's state of charge using the same
Ng et al. Enhanced coulomb counting method for estimating state-of-charge and state-of-health of lithium-ion batteries
US8965722B2 (en) Apparatus for calculating residual capacity of secondary battery
Haifeng et al. A new SOH prediction concept for the power lithium-ion battery used on HEVs
EP2846395A2 (en) Battery pack, apparatus including battery pack, and method of managing battery pack
CN103969589B (en) The method detecting open-circuit voltage skew by the Optimal Fitting of anelectrode half-cell voltage curve
CN110914696A (en) Method and system for estimating battery open cell voltage, state of charge, and state of health during operation of a battery
US9157968B1 (en) System and method for characterizing the health of a rechargeable battery
KR101825617B1 (en) Apparatus and method for changing using-band of battery
WO2012016442A1 (en) Charge equalizing control method for power battery pack
JP2015073429A (en) Method for detecting cell state-of-charge and state-of-discharge divergence of series string of batteries or capacitors
US8008893B2 (en) Battery analysis system
US20150226807A1 (en) Determination of nominal cell resistance for real-time estimation of state-of-charge in lithium batteries
KR101485347B1 (en) Battery management system, and method of balancing battery cell in battery module using the same
US20140365150A1 (en) Method and device for determining a charge state of an electric energy store
CA2899239A1 (en) Method for determining a state of charge and remaining operation life of a battery
Berrueta et al. Comparison of State-of-Charge estimation methods for stationary Lithium-ion batteries
Schaltz et al. Partial charging method for lithium-ion battery state-of-health estimation
KR101387658B1 (en) Method of balancing battery cell in battery module for energy reduction
US20220196754A1 (en) Method for detecting abnormal battery cell
KR101822594B1 (en) Apparatus and method for changing using-band of battery
US11415637B2 (en) System and method for estimating battery state of health
Qi et al. A control strategy for dynamic balancing of lithium iron phosphate battery based on the performance of cell voltage
JP2020079764A (en) Secondary-battery state determination method
WO2022007712A1 (en) Method for testing storage battery of vehicle, and battery testing device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171113

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181114

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191106

Year of fee payment: 6