KR101486629B1

KR101486629B1 - 배터리 수명 추정 장치 및 배터리 수명 추정 방법

Info

Publication number: KR101486629B1
Application number: KR20120050165A
Authority: KR
Inventors: 박규하
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2015-01-29
Also published as: KR20130126231A

Abstract

배터리 수명 추정 장치 및 배터리 수명 추정 방법이 개시된다. 배터리 수명 추정 방법은 배터리의 용량(Capacity)을 추정하기 위한 제1 추정 파라미터 및 제2 추정 파라미터를 산출하는 단계, 상기 제1 추정 파라미터 및 상기 제2 추정 파라미터를 이용하여 최소 자승법(LSM; Least Square Method)으로 상기 배터리의 용량을 추정하는 단계 및 상기 추정된 배터리의 용량을 기초로 상기 배터리의 SOH(State of Health)를 산출하는 단계를 포함한다.

Description

배터리 수명 추정 장치 및 배터리 수명 추정 방법{APPARATUS AND METHOD OF ESTIMATING STATE OF HEALTH FOR BATTERY}

본 발명은 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리의 수명을 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전기 제품의 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로 주로 사용되는 이차 전지에 대한 중요성이 증가되고 있다. 또한, 최근에는 환경 문제에 대한 관심이 높아지면서 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리의 충방전 에너지를 이용하여 차량을 구동시키기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 감소시킬 수 있다는 점에서 소비자들에게 좋은 반응을 얻고 있다. 이에 따라 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 핵심 부품인 배터리에 보다 많은 관심과 연구가 집중되고 있다.

이와 함께, 배터리를 보다 효율적으로 사용하고 관리하기 위한 배터리 관리 시스템에 관한 기술도 중요성이 증가되고 있다. 특히, 배터리 관리 시스템은 배터리의 충전 또는 방전 출력 및 잔존 용량(State of Charging; SOC) 사용 전략을 적절하게 조정하기 위해서 배터리의 수명(State of Health; SOH)를 정확하게 예측할 수 있어야 한다.

일반적으로 배터리의 SOH는 배터리의 용량, 배터리의 전류 등을 이용하여 추정한다. 배터리의 용량이나 배터리의 전류와 같은 값들은 측정오차를 포함하고 있는 경우가 많기 때문에, 이를 이용하여 추정된 SOH에도 추정오차가 발생할 수 있다.

따라서, 추정오차를 최소한으로 하여 보다 정확하고 신뢰도가 높은 배터리의 SOH를 추정하는 방법이 필요하다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0111018호

본 발명은 배터리의 수명 추정 오차를 최소화 하는 배터리 수명 추정 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태는 배터리 수명 추정 장치에 관한 것으로, 배터리의 용량(Capacity)을 추정하기 위한 제1 추정 파라미터 및 제2 추정 파라미터를 산출하는 파라미터 산출부 및 상기 제1 추정 파라미터 및 상기 제2 추정 파라미터를 이용하여 최소 자승법(LSM; Least Square Method)으로 상기 배터리의 용량을 추정하고, 상기 추정된 배터리의 용량을 기초로 상기 배터리의 SOH(State of Health)를 산출하는 SOH 산출부를 포함한다.

상기 파라미터 산출부는, 제1 추정시점에 측정된 상기 배터리의 제1 전류와 제2 추정시점에 측정된 상기 배터리의 제2 전류를 이용하여 전류적산법에 의해 상기 제1 추정 파라미터를 산출하고, 상기 제1 추정시점에 추정된 상기 배터리의 제1 SOC와 상기 제2 추정시점에 추정된 상기 배터리의 제2 SOC의 차이값을 상기 제2 추정 파라미터로 산출할 수 있다.

상기 제1 추정 파라미터와 상기 제2 추정 파라미터를 산출하기 위한 추정조건을 만족하는지 여부를 판단하는 추정조건 판단부를 더 포함하며, 상기 추정조건은, 기설정된 일정시간이 경과되었는지 여부를 판단하는 조건, 상기 배터리의 SOC가 기설정된 허용오차범위를 만족하는지 여부를 판단하는 조건, 상기 배터리의 전류가 기설정된 일정 입출력값을 가지는지 여부를 판단하는 조건 및 상기 배터리의 SOC와 이전 추정시점의 SOC가 기설정된 차이값을 가지는지 여부를 판단하는 조건 중 적어도 하나일 수 있다.

상기 제1 추정시점 및 상기 제2 추정시점 각각은 상기 추정조건을 만족하여, 상기 제1 추정 파라미터와 상기 제2 추정 파라미터를 산출하는 시점일 수 있다.

상기 배터리의 용량은 복수개의 추정시점 각각으로부터 산출된 복수개의 상기 제1 추정 파라미터 및 복수개의 상기 제2 추정 파라미터를 이용하여 최소 자승법으로 추정될 수 있다.

상기 배터리의 용량은, C = <X, Y>/<X, X> (여기서, C는 상기 배터리의 용량, <X, Y>는 X와 Y 벡터의 스칼라 곱, <X, X>는 X와 X의 스칼라 곱, X는 상기 복수개의 추정시점 각각으로부터 산출된 상기 복수개의 제2 추정 파라미터를 원소로 갖는 행렬, Y는 상기 복수개의 추정시점 각각으로부터 산출된 상기 복수개의 제1 추정 파라미터를 원소로 갖는 행렬)일 수 있다.

상기 배터리의 SOH는 상기 배터리의 출하 시의 초기 용량 대비 상기 추정된 배터리의 용량의 상대적 비율일 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태는 배터리 수명 추정 방법에 관한 것으로, 배터리의 용량(Capacity)을 추정하기 위한 제1 추정 파라미터 및 제2 추정 파라미터를 산출하는 단계, 상기 제1 추정 파라미터 및 상기 제2 추정 파라미터를 이용하여 최소 자승법(LSM; Least Square Method)으로 상기 배터리의 용량을 추정하는 단계 및 상기 추정된 배터리의 용량을 기초로 상기 배터리의 SOH(State of Health)를 산출하는 단계를 포함한다.

상기 제1 추정 파라미터 및 상기 제2 추정 파라미터를 산출하는 단계는,

제1 추정시점에 측정된 상기 배터리의 제1 전류와 제2 추정시점에 측정된 상기 배터리의 제2 전류를 이용하여 전류적산법에 의해 상기 제1 추정 파라미터를 산출하는 단계 및 상기 제1 추정시점에 추정된 상기 배터리의 제1 SOC와 상기 제2 추정시점에 추정된 상기 배터리의 제2 SOC의 차이값을 상기 제2 추정 파라미터로 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제1 추정 파라미터와 상기 제2 추정 파라미터를 산출하기 위한 추정조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하며, 상기 추정조건은, 기설정된 일정시간이 경과되었는지 여부를 판단하는 조건, 상기 배터리의 SOC가 기설정된 허용오차범위를 만족하는지 여부를 판단하는 조건, 상기 배터리의 전류가 기설정된 일정 입출력값을 가지는지 여부를 판단하는 조건 및 상기 배터리의 SOC와 이전 추정시점의 SOC가 기설정된 차이값을 가지는지 여부를 판단하는 조건 중 적어도 하나일 수 있다.

배터리의 수명 추정 오차를 최소화시킴으로써, 보다 정확한 배터리의 SOH 추정값을 얻을 수 있다. 또한, SOH 추정값을 이용하여 배터리의 정확한 교체 시기를 예측할 수 있으며, 나아가 배터리의 상태를 보다 효율적으로 제어하고 관리할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 수명 추정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 수명 추정 방법을 나타낸 순서도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 또한 본 발명은 이하에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 여러 가지 상이한 형태로 적용될 수 있다.

본 명세서에서 설명하는 구성요소는 필요에 따라 이하에서 설명할 구성요소 이외의 것을 포함할 수 있으며, 본 발명에 직접적인 연관이 없는 부분 또는 중복되는 내용에 대해서는 자세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서에서 설명하는 각 구성요소의 배치는 필요에 따라서 조정이 가능하며, 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 포함될 수도 있고 하나의 구성요소가 둘 이상의 구성요소로 세분화 될 수도 있다.

이하에서 서술하는 전기 자동차(electric vehicle)는 추진력으로 하나 또는 그 이상의 전기 모터를 포함하는 차량을 말한다. 전기 자동차를 추진하는데 사용되는 에너지는 재충전 가능한 배터리 및/또는 연료 전지와 같은 전기적 소스(electrical source)를 포함한다. 전기 자동차는 내연 기관(combustion engine)을 또 하나의 동력원으로 사용하는 하이브리드 전기 자동차일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차를 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 전기 자동차(1)는 배터리(10), BMS(Battery Management System, 20), ECU(Electronic Control Unit, 30), 인버터(40) 및 모터(50)를 포함한다.

배터리(10)는 모터(50)에 구동력을 제공하여 전기 자동차(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(100)는 모터(50) 및/또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(40)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다.

여기서, 배터리(10)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다.

또한, 배터리(10)는 복수의 전지 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 있는 전지 팩으로 형성된다. 그리고, 이러한 전지 팩이 하나 이상 구비되어 배터리(10)를 형성할 수도 있다.

BMS(20)는 배터리(10)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)를 관리한다. 예컨대, 배터리(10)의 잔존용량(State of Charging; SOC), 수명(State of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(10) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 배터리(10)의 교체 시기 추정도 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 BMS(20)는 후술하는 배터리 수명 추정 장치(도 2의 200)를 포함할 수 있다. 이러한 배터리 수명 추정 장치에 의해 보다 배터리(10)의 용량을 정확하게 추정할 수 있으며, 나아가 배터리(10)의 SOH 및 SOC 추정의 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

ECU(30)는 전기 자동차(1)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터(50)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다.

또한, ECU(30)는 BMS(20)에 의해 전달받은 배터리(10)의 SOC, SOH 등의 상태 정보에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(40)에 제어 신호를 보낸다.

인버터(40)는 ECU(30)의 제어 신호에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전되도록 한다.

모터(50)는 배터리(10)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(30)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 전기 자동차(1)를 구동한다.

상술한 전기 자동차(1)는 배터리(10)의 전기 에너지를 이용하여 구동되므로, 배터리(10)의 상태(예를 들어, SOC, SOH 등)를 정확하게 추정하는 것이 중요하다. 따라서, 이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 배터리 수명 추정 장치 및 방법에 대해서 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 수명 추정 장치를 나타낸 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 수명 추정 장치(200)는 배터리(10)와 연결되어 배터리(10)의 SOH를 추정한다. 여기서, 배터리(10)는 상술한 것처럼 복수의 전지 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 배터리 수명 추정 장치(200)는 이러한 복수의 전지 셀 각각에 대해 SOH를 추정할 수 있다. 따라서, 복수의 전지 셀 각각에 대한 SOH를 이용하여 각 전지 셀의 교체시기 예측 및 충방전 정도를 제어할 수 있다.

배터리 수명 추정 장치(200)는 추정조건 판단부(210), 파라미터 산출부(220) 및 SOH 산출부(230)를 포함한다.

추정조건 판단부(210)는 제1 추정 파라미터와 제2 추정 파라미터를 산출하기 위한 추정조건을 만족하는지 여부를 판단한다. 여기서, 제1 추정 파라미터와 제2 추정 파라미터는 파라미터 산출부(220)에 의해 산출되는 값으로, 배터리(10)의 용량(Capacity)을 추정하기 위한 파라미터이다.

한편, 추정조건은 기설정된 일정시간이 경과되었는지 여부를 판단하는 조건, 예컨대 이전 추정시점으로부터 기설정된 일정시간이 경과되면 제1 및 제2 추정 파라미터를 산출하도록 한다. 또는, 배터리(10)의 SOC가 기설정된 허용오차범위를 만족하는지 여부를 판단하는 조건, 예컨대 SOC 산출모듈(미도시)로부터 획득된 배터리(10)의 SOC가 기설정된 허용오차범위(예를 들어, 5%) 내에 있으면 제1 및 제2 추정 파라미터를 산출하도록 한다. 또는, 배터리(10)의 전류가 기설정된 일정 입출력값을 가지는지 여부를 판단하는 조건, 예컨대 센서(미도시)로부터 획득된 배터리(10)의 입출력 전류가 기설정된 일정 입출력값을 가지는 것으로 확인되면 제1 및 제2 추정 파라미터를 산출하도록 한다. 또는, 배터리(10)의 SOC와 이전 추정시점의 SOC가 기설정된 차이값을 가지는지 여부를 판단하는 조건, 예컨대 SOC 산출모듈(미도시)로부터 획득된 배터리(10)의 SOC와 이전에 추정조건을 만족하여 제1 및 제2 추정 파라미터를 산출한 시점(이전 추정시점)의 배터리(10)의 SOC 간의 차이가 기설정된 차이값을 가지면 제1 및 제2 추정 파라미터를 산출하도록 한다.

따라서, 추정조건 판단부(210)는 상술한 4개의 추정조건 중 적어도 하나를 만족하면 파라미터 산출부(220)에서 제1 추정 파라미터와 제2 추정 파라미터를 산출하도록 한다.

파라미터 산출부(220)는 배터리(10)의 용량을 추정하기 위한 제1 추정 파라미터와 제2 추정 파라미터를 산출한다.

보다 구체적으로, 제1 추정시점(이전 추정시점)에 측정된 배터리(10)의 제1 전류와 제2 추정시점(현재 추정시점)에 측정된 배터리(10)의 제2 전류를 이용하여 전류적산법에 의해 제1 추정 파라미터를 산출한다. 그리고, 제1 추정시점(이전 추정시점)에 추정된 배터리(10)의 제1 SOC와 제2 추정시점(현재 추정시점)에 추정된 배터리(10)의 제2 SOC의 차이값을 제2 추정 파라미터로 산출한다.

여기서, 제1 추정시점 및 제2 추정시점 각각은 추정조건 판단부(210)에서 추정조건이 만족되어 제1 추정 파라미터 및 제2 추정 파라미터를 산출하는 시점을 말한다. 예컨대, 제1 추정시점으로부터 기설정된 일정시간이 경과하였거나, 제1 추정시점 이후에 획득된 배터리(10)의 전류나 SOC 값이 상술한 추정조건을 만족한 경우 제2 추정시점이 되며, 이때 제1 및 제2 추정 파라미터를 산출한다.

또한, 배터리(10)의 제1 전류 및 제2 전류는 센서(미도시)로부터 측정된 값일 수 있고, 배터리(10)의 제1 SOC 및 제2 SOC는 SOC 산출모듈(미도시)로부터 획득된 값일 수 있다. 센서(미도시)와 SOC 산출모듈(미도시)은 배터리 수명 추정 장치(200)에 포함될 수 있고, 또는 배터리 수명 추정 장치(200)의 외부에 구현되어 있을 수 있다.

파라미터 산출부(220)는 제1 추정 파라미터 및 제2 추정 파라미터를 아래 수학식 1 및 수학식 2를 통해서 산출할 수 있다.

여기서, P₁은 제1 추정 파라미터, n₁은 제1 추정시점, n₂은 제2 추정시점, i는 배터리(10)의 전류이다.

여기서, P₂은 제2 추정 파라미터, n₁은 제1 추정시점, n₂은 제2 추정시점, SOC[n₁]은 제1 추정시점에 추정된 배터리(10)의 제1 SOC, SOC[n₂]은 제2 추정시점에 추정된 배터리(10)의 제2 SOC이다.

SOH 산출부(230)는 파라미터 산출부(220)에 의해 산출된 제1 추정 파라미터 및 제2 추정 파라미터를 이용하여 최소 자승법(LSM; Least Square Method)으로 배터리(10)의 용량을 추정하고, 추정된 배터리(10)의 용량을 기초로 배터리(10)의 SOH를 산출한다.

보다 구체적으로, 복수개의 추정시점 각각으로부터 산출된 복수개의 제1 추정 파라미터 및 복수개의 제2 추정 파라미터를 이용하여 최소 자승법으로 배터리(10)의 용량을 추정한다. 그리고, 추정된 배터리(10)의 용량을 배터리(10)의 출하 시의 초기 용량과 비교하여 배터리(10)의 SOH를 산출한다.

예를 들어, 파라미터 산출부(220)에 의해 산출된 제1 추정 파라미터와 제2 추정 파라미터는 EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM)과 같은 메모리(미도시)에 저장될 수 있으며, 이 메모리(미도시)로부터 복수개(예를 들어, 기설정된 표본수)의 제1 추정 파라미터와 제2 추정 파라미터를 읽어와 최소 자승법으로 배터리(10)의 용량을 추정할 수 있다.

여기서, 최소 자승법이란 많은 측정값으로부터 가장 정확한 값에 가까운 값을 구하는 방법의 하나로서, 오차의 제곱의 합이 가장 작도록 정하는 방법이다. 일반적으로 배터리의 전류를 측정하는 과정에서 오차가 발생하고, 또한 SOC의 추정시에도 참값과의 오차가 발생하기 때문에, 파라미터 산출부(220)에 의해 산출된 제1 추정 파라미터와 제2 추정 파라미터에도 오차가 있을 수 있다. 따라서, 이러한 제1 및 제2 추정 파라미터를 이용하여 배터리(10)의 용량을 추정할 때 최소 자승법을 이용하여 추정오차를 최소로 하는 값을 구하고, 그 결과값을 배터리(10)의 SOH를 산출하는데 이용한다. 이러한 방법으로 산출된 SOH 값은 보다 정확한 값을 가지게 되므로, 전술한 BMS(20)에서 이 SOH 값을 이용하여 배터리(10)의 여러 가지 상태를 추정하게 되면 보다 높은 신뢰도를 가지고 배터리(10)의 제어 및 관리를 수행할 수 있다.

이하에서는 수학식 3 내지 수학식 7을 이용하여 SOH 산출부(230)에서 배터리(10)의 용량 및 SOH를 산출하는 과정에 대해서 설명한다.

먼저, 배터리(10)의 용량은 아래 수학식 3과 같이 산출될 수 있다.

여기서, C는 배터리(10)의 용량, n₁은 제1 추정시점, n₂은 제2 추정시점, i는 배터리(10)의 전류, SOC[n₁]은 제1 추정시점에 추정된 배터리(10)의 제1 SOC, SOC[n₂]은 제2 추정시점에 추정된 배터리(10)의 제2 SOC이다.

상술한 것처럼, 제1 추정 파라미터와 제2 추정 파라미터에는 오차가 있을 수 있기 때문에, 그 오차에 의해 영향을 받지 않을 정도의 복수개(예컨대, 기설정된 표본수)의 제1 추정 파라미터와 제2 추정 파라미터를 이용하여 아래 수학식 4와 같이 배터리(10)의 용량을 추정한다.

여기서, X[n]은 n번째 추정시점에서 산출된 제2 추정 파라미터, Y[n]은 n번째 추정시점에서 산출된 제1 추정 파라미터이다.

상기 수학식 4로부터 아래 수학식 5 및 수학식 6을 도출할 수 있으며, 아래 수학식 5 및 수학식 6은 최소 자승법을 적용한 행렬 형식으로 나타낸 수학식이다.

여기서, X는 n개의 추정시점 각각으로부터 산출된 n개의 제2 추정 파라미터를 원소로 갖는 행렬이고, X^T는 X의 전치행렬이다. 그리고, Y는 n개의 추정시점 각각으로부터 산출된 n개의 제1 추정 파라미터를 원소로 갖는 행렬이다.

여기서, <X, Y>는 X와 Y 벡터의 스칼라 곱, <X, X>는 X와 X의 스칼라 곱이다. X는 n개의 추정시점 각각으로부터 산출된 n개의 제2 추정 파라미터를 원소로 갖는 행렬이고, Y는 n개의 추정시점 각각으로부터 산출된 n개의 제1 추정 파라미터를 원소로 갖는 행렬이다.

따라서, 본 발명에 따른 배터리(10)의 용량은 상기 수학식 6을 통해서 계산될 수 있다. 그리고, 이를 이용하여 아래 수학식 7과 같이 배터리(10)의 SOH를 산출할 수 있다.

여기서, C_n은 배터리(10)의 출하 시의 초기 용량이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 수명 추정 방법을 나타낸 순서도이다. 이 방법은 도 2의 배터리 수명 추정 장치(200)에 의해 수행될 수 있다.

도 3을 참조하면, 배터리의 전류 및 SOC를 획득한다(S10). 예컨대, 센서(미도시)로부터 배터리의 전류를 획득할 수 있으며, 또한 SOC 산출모듈(미도시)로부터 배터리의 SOC를 획득할 수 있다. 이때, 센서(미도시) 및 SOC 산출모듈(미도시)은 배터리 수명 추정 장치(200)에 포함될 수 있고, 또는 배터리 수명 추정 장치(200)의 외부 구성요소일 수 있다.

제1 추정 파라미터와 제2 추정 파라미터를 산출하기 위한 추정조건을 만족하는지 여부를 판단한다(S20). 추정조건은 기설정된 일정시간이 경과되었는지 여부를 판단하는 조건, 배터리(10)의 SOC가 기설정된 허용오차범위를 만족하는지 여부를 판단하는 조건, 배터리(10)의 전류가 기설정된 일정 입출력값을 가지는지 여부를 판단하는 조건 및 배터리(10)의 SOC와 이전 추정시점의 SOC가 기설정된 차이값을 가지는지 여부를 판단하는 조건 중 적어도 하나이다.

즉, 단계S10에서 획득된 배터리의 전류 및 SOC를 근거로 상기 4개의 추정조건 중 적어도 하나를 만족하는지 여부를 판단한다. 만일, 추정조건 중 적어도 하나를 만족하면 단계S30을 수행하도록 하고, 상기 4개의 추정조건을 만족하지 못하면 단계S10으로 복귀한다.

단계S20의 판단 결과에 따라, 배터리의 용량을 추정하기 위한 제1 추정 파라미터와 제2 추정 파라미터를 산출한다(S30).

즉, 제1 추정시점(이전 추정시점)에 측정된 배터리의 제1 전류와 제2 추정시점(현재 추정시점)에 측정된 배터리의 제2 전류를 이용하여 전류적산법에 의해 제1 추정 파라미터를 산출한다. 그리고, 제1 추정시점(이전 추정시점)에 추정된 배터리의 제1 SOC와 제2 추정시점(현재 추정시점)에 추정된 배터리의 제2 SOC의 차이값을 제2 추정 파라미터로 산출한다.

이때, 제1 추정 파라미터는 상술한 수학식 1과 같고, 제2 추정 파라미터는 상술한 수학식 2와 같다. 또한, 제1 추정시점 및 제2 추정시점 각각은 단계S20에서 추정조건이 만족되어 제1 추정 파라미터 및 제2 추정 파라미터를 산출하는 시점을 말한다.

단계S30에서 산출된 제1 추정 파라미터와 제2 추정 파라미터가 기설정된 표본수만큼 산출되었는지 여부를 판단한다(S40). 이는 제1 추정 파라미터와 제2 추정 파라미터에 추정오차가 발생할 수 있으므로, 그 오차에 의해 영향을 받지 않을 정도의 표본 값들이 필요하기 때문이다.

만일, 기설정된 표본수의 제1 추정 파라미터와 제2 추정 파라미터가 산출되지 않은 경우 단계S10으로 복귀하며, 기설정된 표본수를 만족하면 단계S50을 수행한다.

단계S40의 판단 결과에 따라, 제1 추정 파라미터와 제2 추정 파라미터를 이용하여 최소 자승법으로 배터리의 용량을 추정한다(S50). 즉, 기설정된 표본수의 제1 추정 파라미터와 제2 추정 파라미터를 바탕으로 상술한 수학식 3 내지 수학식 6을 이용하여 배터리의 용량을 추정한다.

단계S50에서 추정된 배터리의 용량을 기초로 배터리의 SOH를 산출한다(S60). 즉, 수학식 7과 같이 배터리의 출하 시의 초기 용량 대비 단계S50에서 추정된 배터리의 용량의 상대적 비율을 SOH 값으로 도출할 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 흐름도의 단계들은 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 흐름도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 흐름도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 전기 자동차
10 : 배터리
20 : BMS
30 : ECU
40 : 인버터
50 : 모터
200 : 배터리 수명 추정 장치
210 : 추정조건 판단부
220 : 파라미터 산출부
230 : SOH 산출부

Claims

배터리의 용량(Capacity)을 추정하기 위한 제1 추정 파라미터 및 제2 추정 파라미터를 산출하는 파라미터 산출부;
상기 제1 추정 파라미터 및 상기 제2 추정 파라미터를 이용하여 최소 자승법(LSM; Least Square Method)으로 상기 배터리의 용량을 추정하고, 상기 추정된 배터리의 용량을 기초로 상기 배터리의 SOH(State of Health)를 산출하는 SOH 산출부; 및
상기 제1 추정 파라미터와 상기 제2 추정 파라미터를 산출하기 위한 추정조건을 만족하는지 여부를 판단하는 추정조건 판단부;를 더 포함하되,
상기 추정조건은, 기설정된 일정시간이 경과되었는지 여부를 판단하는 조건, 상기 배터리의 SOC가 기설정된 허용오차범위를 만족하는지 여부를 판단하는 조건, 상기 배터리의 전류가 기설정된 일정 입출력값을 가지는지 여부를 판단하는 조건 및 상기 배터리의 SOC와 이전 추정시점의 SOC가 기설정된 차이값을 가지는지 여부를 판단하는 조건 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 배터리 수명 추정 장치.
제1항에 있어서,
상기 파라미터 산출부는,
제1 추정시점에 측정된 상기 배터리의 제1 전류와 제2 추정시점에 측정된 상기 배터리의 제2 전류를 이용하여 전류적산법에 의해 상기 제1 추정 파라미터를 산출하고, 상기 제1 추정시점에 추정된 상기 배터리의 제1 SOC와 상기 제2 추정시점에 추정된 상기 배터리의 제2 SOC의 차이값을 상기 제2 추정 파라미터로 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 추정 장치.
삭제
제2항에 있어서,
상기 제1 추정시점 및 상기 제2 추정시점 각각은 상기 추정조건을 만족하여, 상기 제1 추정 파라미터와 상기 제2 추정 파라미터를 산출하는 시점인 것을 특징으로 하는 배터리 수명 추정 장치.
제2항에 있어서,
상기 배터리의 용량은 복수개의 추정시점 각각으로부터 산출된 복수개의 상기 제1 추정 파라미터 및 복수개의 상기 제2 추정 파라미터를 이용하여 최소 자승법으로 추정된 것을 특징으로 하는 배터리 수명 추정 장치.
제5항에 있어서,
상기 배터리의 용량은,
C = <X, Y>/<X, X>
(여기서, C는 상기 배터리의 용량, <X, Y>는 X와 Y 벡터의 스칼라 곱, <X, X>는 X와 X의 스칼라 곱, X는 상기 복수개의 추정시점 각각으로부터 산출된 상기 복수개의 제2 추정 파라미터를 원소로 갖는 행렬, Y는 상기 복수개의 추정시점 각각으로부터 산출된 상기 복수개의 제1 추정 파라미터를 원소로 갖는 행렬)인 것을 특징으로 하는 배터리 수명 추정 장치.
제1항에 있어서,
상기 배터리의 SOH는 상기 배터리의 출하 시의 초기 용량 대비 상기 추정된 배터리의 용량의 상대적 비율인 것을 특징으로 하는 배터리 수명 추정 장치.
배터리의 용량(Capacity)을 추정하기 위한 제1 추정 파라미터 및 제2 추정 파라미터를 산출하는 단계;
상기 제1 추정 파라미터 및 상기 제2 추정 파라미터를 이용하여 최소 자승법(LSM; Least Square Method)으로 상기 배터리의 용량을 추정하는 단계;
상기 추정된 배터리의 용량을 기초로 상기 배터리의 SOH(State of Health)를 산출하는 단계; 및
상기 제1 추정 파라미터와 상기 제2 추정 파라미터를 산출하기 위한 추정조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계;를 포함하되,
상기 추정조건은, 기설정된 일정시간이 경과되었는지 여부를 판단하는 조건, 상기 배터리의 SOC가 기설정된 허용오차범위를 만족하는지 여부를 판단하는 조건, 상기 배터리의 전류가 기설정된 일정 입출력값을 가지는지 여부를 판단하는 조건 및 상기 배터리의 SOC와 이전 추정시점의 SOC가 기설정된 차이값을 가지는지 여부를 판단하는 조건 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 배터리 수명 추정 방법.
제8항에 있어서,
상기 제1 추정 파라미터 및 상기 제2 추정 파라미터를 산출하는 단계는,
제1 추정시점에 측정된 상기 배터리의 제1 전류와 제2 추정시점에 측정된 상기 배터리의 제2 전류를 이용하여 전류적산법에 의해 상기 제1 추정 파라미터를 산출하는 단계; 및
상기 제1 추정시점에 추정된 상기 배터리의 제1 SOC와 상기 제2 추정시점에 추정된 상기 배터리의 제2 SOC의 차이값을 상기 제2 추정 파라미터로 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 추정 방법.
삭제
제9항에 있어서,
상기 제1 추정시점 및 상기 제2 추정시점 각각은 상기 추정조건을 만족하여, 상기 제1 추정 파라미터와 상기 제2 추정 파라미터를 산출하는 시점인 것을 특징으로 하는 배터리 수명 추정 방법.
제9항에 있어서,
상기 배터리의 용량은 복수개의 추정시점 각각으로부터 산출된 복수개의 상기 제1 추정 파라미터 및 복수개의 상기 제2 추정 파라미터를 이용하여 최소 자승법으로 추정된 것을 특징으로 하는 배터리 수명 추정 방법.
제12항에 있어서,
상기 배터리의 용량은,
C = <X, Y>/<X, X>
(여기서, C는 상기 배터리의 용량, <X, Y>는 X와 Y 벡터의 스칼라 곱, <X, X>는 X와 X의 스칼라 곱, X는 상기 복수개의 추정시점 각각으로부터 산출된 상기 복수개의 제2 추정 파라미터를 원소로 갖는 행렬, Y는 상기 복수개의 추정시점 각각으로부터 산출된 상기 복수개의 제1 추정 파라미터를 원소로 갖는 행렬)인 것을 특징으로 하는 배터리 수명 추정 방법.
제8항에 있어서,
상기 배터리의 SOH는 상기 배터리의 출하 시의 초기 용량 대비 상기 추정된 배터리의 용량의 상대적 비율인 것을 특징으로 하는 배터리 수명 추정 방법.