KR102040880B1 - 배터리 상태 추정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 상태 추정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 충방전이 진행되지 않는 제1 시점의 제1 OCV 및 상기 제1 시점 이후 상기 배터리의 방전이 진행되는 제2 시점의 방전 전류, 방전율 및 온도를 측정하는 센싱부; 미리 주어진 설계 용량을 기준으로, 상기 배터리의 ASOC와 OCV 간의 상관관계가 기록된 제1 테이블 및 상기 배터리의 ASOC, 방전율, 온도 및 임피던스 간의 상관관계가 기록된 제2 테이블을 저장하는 메모리; 상기 제1 테이블로부터 상기 제1 OCV에 대응하는 제1 ASOC를 획득하고, 상기 제1 ASOC를 기초로 상기 배터리의 제2 ASOC를 추정하는 제1 추정부; 및 상기 제1 테이블로부터 상기 제2 ASOC에 대응하는 제2 OCV를 획득하고, 상기 제2 테이블로부터 상기 제2 ASOC, 상기 측정된 방전율 및 온도에 대응하는 임피던스를 획득하며. 상기 측정된 방전 전류 및 상기 임피던스를 기초로, 상기 제2 시점에 상기 배터리에 유발된 과전압을 산출하고, 상기 제2 OCV에서 상기 과전압을 뺀 값이 미리 주어진 기준 전압과 같거나 더 작은 경우, 상기 기준 전압에 대응하는 제3 ASOC와 상기 제2 ASOC의 차이를 기초로 상기 배터리의 만충전 용량을 추정하는 제2 추정부;를 포함한다.

Description

배터리 상태 추정 장치 및 방법{Apparatus and method for estimating battery state}
본 발명은 배터리의 상태를 추정하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 만충전 용량(full charge capacity)을 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등을 들 수 있으며, 이 중에서 특히 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
배터리로부터 에너지를 공급받는 각종 장치나 시스템의 안정적인 사용을 위해서는, 배터리의 충전 상태(SOC: State Of Charge)에 대한 정확한 정보가 필수적이다. 특히, SOC는 배터리가 어느 정도의 시간만큼 사용 가능한지 가늠하는 척도가 되므로, 사용자가 해당 장치를 사용하는데 있어서 매우 중요한 정보이다. 예컨대, 노트북이나 휴대폰, 자동차 등 배터리 장착 장치들은 SOC를 추정하고, 추정된 SOC를 사용 가능 시간 등으로 환산한 정보를 사용자에게 제공한다.
일반적으로 기준 용량에 대한 잔존용량이 백분율로 표현되는 배터리의 SOC는, 크게 ASOC(Absolute SOC)와 RSOC(Relative SOC)로 구분될 수 있다. ASOC는 배터리의 설계 용량(DC: design capacity)에 대한 잔존 용량(RC: Remain Capacity)의 비율을 나타내는 값이고, RSOC는 배터리의 만충전 용량(FCC: Full Charge Capacity)에 대한 잔존용량의 비율을 나타내는 값이다. 여기서, 잔존용량은 배터리에 남아있는 전하량을 나타낸다. 설계 용량은 배터리가 최대로 수용할 수 있는 전하량을 나타내는 미리 주어진 값이다. 또한, 만충전 용량은 배터리가 실제로 수용할 수 있는 최대 전하량을 나타낸다. 설계 용량과 달리, 만충전 용량은 배터리의 충방전이 반복됨에 따라 변화한다.
배터리의 SOC를 추정하는 방법들 중 하나인 전류 적산법은 배터리의 충방전 전류를 시간에 대해 적산한 값을 기초로 SOC를 추정한다. 이러한 전류 적산법은 구현이 간단하지만, 실제 전류와 측정 전류 간의 오차가 누적된다는 문제가 있고, 이러한 오차 누적으로 인한 영향을 저감하기 위해서는 반드시 고성능의 전류 센서가 필요하다는 한계가 있다. 또한, 전류 적산법은 배터리의 만충전 용량(full charge capacity)을 정확히 알 수 없어, RSOC가 급작스럽게 낮아지는 소위 RSOC 드랍 현상이 발생할 수 있다.
배터리의 SOC를 추정하는 다른 방법으로는 칼만필터 방식을 들 수 있다. 칼만필터 방식은, 배터리의 동작 특성을 표현하는 배터리 모델을 사용한다. 즉, 칼만필터 방식은, 배터리의 내부 저항과 커패시터를 포함하는 등가 회로로 표현되는 배터리 모델에 대한 충방전 전류와 온도 등을 기초로 확장 칼만 필터(EKF: Extended Kalman Filter)를 이용하여 SOC를 추정한다. 따라서, 전류 적산법과 비교할 때, 고성능의 전류 센서가 불필요하다는 장점이 있다. 그러나, 배터리의 내부 저항과 OPV(Over Potential Voltage)는 비례 관계를 가질 수 있으므로, 배터리의 내부 저항이 클수록 배터리의 만방전시 불가용 용량이 커진다. 상기 불가용 용량은 배터리의 만충전 용량과 직접 관련되는 값이다. 따라서, 결국 칼만필터 방식은, ASOC의 추정에는 적합한 특성을 가지지만, 상기 불가용 용량으로 인해 RSOC의 추정에는 부적합하다는 한계가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고성능 전류 센서가 불필요한 칼만 필터 방식을 이용하되, 배터리의 ASOC, 방전 전류, 온도 및 임피던스 간의 상관관계가 기록된 테이블을 이용하여, 배터리의 불가용 용량을 산출함으로써, 배터리의 만충전 용량 및 RSOC를 보다 정확하게 추정하는 배터리 상태 추정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 상태 추정 장치는, 배터리의 충방전이 진행되지 않는 제1 시점의 제1 OCV 및 상기 제1 시점 이후 상기 배터리의 방전이 진행되는 제2 시점의 방전 전류, 방전율 및 온도를 측정하는 센싱부; 미리 주어진 설계 용량을 기준으로, 상기 배터리의 ASOC와 OCV 간의 상관관계가 기록된 제1 테이블 및 상기 배터리의 ASOC, 방전율, 온도 및 임피던스 간의 상관관계가 기록된 제2 테이블을 저장하는 메모리; 상기 제1 테이블로부터 상기 제1 OCV에 대응하는 제1 ASOC를 획득하고, 상기 제1 ASOC를 기초로 상기 배터리의 제2 ASOC를 추정하는 제1 추정부; 및 상기 제1 테이블로부터 상기 제2 ASOC에 대응하는 제2 OCV를 획득하고, 상기 제2 테이블로부터 상기 제2 ASOC, 상기 측정된 방전율 및 온도에 대응하는 임피던스를 획득하며, 상기 측정된 방전 전류 및 상기 임피던스를 기초로, 상기 제2 시점에 상기 배터리에 유발된 과전압을 산출하고, 상기 제2 OCV에서 상기 과전압을 뺀 값이 미리 주어진 기준 전압과 같거나 더 작은 경우, 상기 기준 전압에 대응하는 제3 ASOC와 상기 제2 ASOC의 차이를 기초로 상기 배터리의 만충전 용량을 추정하는 제2 추정부;를 포함한다.
경우에 따라, 상기 메모리는, 상기 설계 용량 및 상기 기준 전압을 나타내는 데이터를 더 저장할 수 있다.
또한, 상기 제1 추정부는, 상기 제2 테이블로부터 상기 제1 ASOC, 상기 제2 시점의 방전율 및 온도에 대응하는 임피던스를 획득하고, 상기 제2 시점의 방전 전류 및 온도와 상기 제1 추정부에 의해 획득된 임피던스를 더 기초로, 상기 제2 ASOC를 추정할 수 있다.
또한, 상기 제1 추정부는, 확장 칼만 필터를 이용하여 상기 제2 ASOC를 추정할 수 있다.
또한, 상기 제2 추정부는, 상기 설계 용량을 기준으로 상기 제2 ASOC와 상기 제3 ASOC의 차이에 대응하는 불가용 용량을 산출하고, 상기 설계 용량에서 상기 불가용 용량을 빼 상기 만충전 용량을 추정할 수 있다.
또한, 상기 제2 ASOC 및 상기 만충전 용량을 기초로 상기 배터리의 RSOC를 산출하는 RSOC 산출부;를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 RSOC 산출부는, 상기 설계 용량을 기준으로 상기 제2 ASOC에 대응하는 방전 용량을 산출하고, 상기 만충전 용량에서 상기 방전 용량을 빼 잔존 용량을 산출하며, 상기 만충전 용량에 대한 상기 잔존 용량의 비율을 나타내는 상기 RSOC를 산출할 수 있다.
또한, 상기 RSOC와 상기 제2 ASOC가 서로 다른 경우, 상기 RSOC와 상기 제2 ASOC 간의 차이에 대응하는 가중치를 이용하여 상기 제2 ASOC를 보정하는 보정부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 전술한 배터리 상태 추정 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 상태 추정 방법은, 배터리의 충방전이 진행되지 않는 제1 시점의 제1 OCV를 측정하는 단계; 미리 주어진 설계 용량을 기준으로 상기 배터리의 ASOC와 OCV 간의 상관관계가 기록된 제1 테이블로부터 상기 제1 OCV에 대응하는 제1 ASOC를 획득하는 단계; 상기 제1 시점 이후, 상기 배터리의 방전이 진행되는 제2 시점의 방전 전류, 방전율 및 온도를 측정하는 단계; 상기 제1 ASOC를 기초로 상기 배터리의 제2 ASOC를 추정하는 단계; 상기 제1 테이블로부터 상기 제2 ASOC에 대응하는 제2 OCV를 획득하는 단계; 상기 배터리의 ASOC, 방전율, 온도 및 임피던스 간의 상관관계가 기록된 제2 테이블로부터 상기 제2 ASOC, 상기 측정된 방전율 및 온도에 대응하는 임피던스를 획득하는 단계; 상기 측정된 방전 전류 및 상기 임피던스를 기초로, 상기 제2 시점에 상기 배터리에 유발된 과전압을 산출하는 단계; 및 상기 제2 OCV에서 상기 과전압을 뺀 값이 미리 주어진 기준 전압과 같거나 더 작은 경우, 상기 기준 전압에 대응하는 제3 ASOC와 상기 제2 ASOC의 차이를 기초로 상기 배터리의 만충전 용량을 추정하는 단계;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2 ASOC를 추정하는 단계는, 상기 제2 테이블로부터 상기 제1 ASOC, 상기 제2 시점의 방전율 및 온도에 대응하는 임피던스를 획득하는 단계; 및 상기 제2 시점의 방전 전류 및 온도와 상기 제1 추정부에 의해 획득된 임피던스를 더 기초로, 상기 제2 ASOC를 추정하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리의 만충전 용량을 추정하는 단계는, 상기 설계 용량을 기준으로 상기 제2 ASOC와 상기 제3 ASOC의 차이에 대응하는 불가용 용량을 산출하는 단계; 및 상기 설계 용량에서 상기 불가용 용량을 빼 상기 만충전 용량을 추정하는 단계;를 포함할 수 있다.
경우에 따라, 상기 설계 용량, 상기 제2 ASOC 및 상기 만충전 용량을 기초로 상기 배터리의 RSOC를 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 RSOC를 산출하는 단계는, 상기 설계 용량을 기준으로 상기 제2 ASOC에 대응하는 방전 용량을 산출하는 단계; 상기 제2 ASOC에서 상기 제3 ASOC를 뺀 값에 대응하는 불가용 용량을 산출하는 단계; 상기 만충전 용량에서 상기 방전 용량을 빼 잔존 용량(remain capacity)을 산출하는 단계; 및 상기 만충전 용량에 대한 상기 잔존 용량의 비율인 상기 RSOC를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 RSOC와 상기 제2 ASOC가 서로 다른 경우, 상기 RSOC와 상기 제2 ASOC 간의 차이에 대응하는 가중치를 이용하여 상기 제2 ASOC를 보정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 칼만필터 방식을 이용하여 배터리의 ASOC를 추정하고, 다양한 요인(예, 온도, 방전율, ASOC)에 따른 임피던스 변화를 나타내는 테이블을 이용하여 배터리의 불가용 용량을 산출함으로써, 배터리의 만충전 용량, 잔존용량 및 RSOC를 정확하게 추정할 수 있다.
또한, 전류적산법(current integrating method) 대신 칼만 필터를 이용하여 배터리의 ASOC를 추정함으로써, 전류 센서의 측정 오차로 인한 RSOC의 부정확성을 저감할 수 있다.
또한, 방전율, 온도 및 추정된 ASOC에 대응하는 임피던스를 이용하여 실시간 또는 주기적으로 만충전 용량을 추정함으로써, 충방전되는 용량을 합산하여 만충전 용량을 업데이트하는 기존 방식에 비하여, RSOC의 정확성을 향상할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)의 기능적 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 상태 추정 장치가 이용하는 예시적인 제1 테이블을 보여준다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 상태 추정 장치가 이용하는 예시적인 제2 테이블을 보여준다.
도 4는 도 1에 도시된 배터리 상태 추정 장치가 배터리의 만충전 용량을 추정하는 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리의 만충전 용량을 추정하는 방법과 관련된 예시적인 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치가 배터리의 RSOC를 산출하는 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "부(unit)"과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)의 기능적 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 상태 추정 장치(100)는 메모리(110), 센싱부(120), 제1 추정부(130), 제2 추정부(140), RSOC 산출부(150) 및 보정부(160)를 포함할 수 있다. 위 구성 요소들 중 어느 하나는 적어도 다른 하나와 동작 가능하게 연결될 수 있다.
메모리(110)는 배터리 상태 추정 장치(100)의 전반적인 동작에 요구되는 각종 데이터들 및 명령어를 저장할 수 있다. 예컨대, 메모리(110)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
이러한 메모리(110)는 적어도 제1 테이블, 제2 테이블, 설계 용량 및 기준 전압을 나타내는 데이터를 저장할 수 있다. 즉, 제1 테이블, 제2 테이블, 설계 용량 및 기준 전압을 나타내는 데이터는 메모리(110)에 미리 저장된 상태일 수 있다. 물론, 메모리(110)에는 배터리 상태 추정 장치(100)에 포함된 다른 구성요소에 의해 처리되는 정보와 관련된 데이터가 일시적 또는 영구적으로 저장될 수도 있다.
제1 테이블에는 OCV 커브를 나타내는 데이터가 기록될 수 있다. OCV 커브는, 설계 용량을 기준으로, 실험을 통해 구해진 배터리(10)의 ASOC와 OCV(Open Circuit Voltage) 간의 상관관계를 정의하는 것일 수 있다. 이때, 제1 테이블에 기록된 복수의 ASOC값들과 복수의 OCV값들은 일대일 대응할 수 있다. 예컨대, 특정 시점에서 센싱부(120)에 의해 배터리(10)의 OCV가 측정되면, 제1 테이블의 OCV 커브로부터 상기 측정된 OCV에 대응하는 단 하나의 ASOC를 획득할 수 있다. 다른 예로, 후술할 제1 추정부(130)에 의해 추정된 ASOC를 이용하여, 제1 테이블의 OCV 커브로부터 상기 추정된 ASOC에 대응하는 단 하나의 OCV를 획득할 수 있다.
또한, 제2 테이블에는 임피던스 커브를 나타내는 데이터가 기록될 수 있다. 임피던스 커브는, 실험을 통해 구해진 ASOC, 방전율, 온도 및 임피던스 간의 상관관계를 나타내는 것일 수 있다. 예컨대, ASOC, 방전율, 온도 및 임피던스 중 3가지의 값이 특정되면, 제2 테이블의 임피던스 커브로부터 나머지 한가지의 값을 획득할 수 있다.
센싱부(120)는 배터리(10)의 전류, 전압 및 온도 중 적어도 하나를 측정하는 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 구체적으로, 센싱부(120)는 배터리(10)의 전류를 측정하는 전류 센서, 배터리(10)의 전압을 측정하는 전압 센서, 배터리(10)의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함할 수 있다. 전압 센서는 배터리(10)의 충방전이 진행되지 않는 시점에, 배터리(10)의 OCV를 측정할 수 있다. 전류 센서는 배터리(10)의 충전 또는 방전이 진행되는 동안, 배터리(10)의 충방전 전류를 측정할 수 있다. 또한, 전류 센서는 배터리(10)의 충방전 전류를 기초로, 충방전율(current rate)을 측정할 수 있다. 이러한 충방전율은 C-rate이라고 칭할 수도 있다.
이때, 충방전율(current rate)은 배터리(10)의 방전 전류 또는 충전 전류를 단위를 뺀 정격용량 값으로 나눈 값으로 표현될 수 있다. 메모리(110)는 배터리(10)의 정격용량을 나타내는 데이터를 더 포함할 수 있다. 충방전율의 단위는 C일 수 있다. 예를 들어, 정격용량이 1000mAh(Apere-hour)인 경우, 방전 전류가 100mA이면 방전율은 0.1C이고, 방전 전류가 500mA이면 방전율은 0.5C이며, 방전 전류가 1000mA이면 방전율은 1C로 측정될 수 있다. 이 경우, 방전 전류는 특정 시점에서 측정된 값일 수 있다. 또는, 방전 전류는 소정 시간 구간 동안에 다수번 측정된 전류값들의 평균값일 수 있다.
센싱부(120)는 배터리(10)의 충방전이 진행되지 않는 제1 시점의 제1 OCV를 측정할 수 있다. 또한, 센싱부(120)는 제1 시점 이후 배터리(10)의 방전이 진행되는 제2 시점의 방전 전류, 방전율 및 온도를 측정할 수 있다.
제1 추정부(130) 및 제2 추정부(140)는 센싱부(120)로부터 제공되는 센싱 데이터를 기초로, 메모리(110)에 접근하여, 적어도 하나의 파라미터를 획득할 수 있다. 이때, 획득된 파라미터는 배터리(10)의 RSOC(Relative State Of Charge)를 산출하는 데에 이용되는 입력값일 수 있다.
구체적으로, 제1 추정부(130)는 제1 테이블로부터 제1 OCV에 대응하는 제1 ASOC를 획득할 수 있다. 또한, 제1 추정부(130)는, 제2 테이블로부터 제1 ASOC, 제2 시점에 측정된 방전 전류와 온도에 대응하는 제1 임피던스를 획득할 수 있다. 제1 추정부(130)는 획득된 제1 ASOC를 기초로 배터리(10)의 제2 ASOC를 추정할 수 있다. 구현예에 따라, 제1 추정부(130)는, 제1 ASOC, 제2 시점에 측정된 방전 전류와 온도 및 제1 임피던스를 기초로, 확장 칼만 필터를 이용하여 제2 ASOC를 추정할 수 있다. 이러한 확장 칼만 필터의 원리는 본 발명의 기술 분야에 속하는 당업자에게 널리 알려져 있으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
전술한 제1 ASOC는 배터리(10)가 충방전되지 않는 동안의 특정 시점에서 추출되는 값인 반면, 제2 AOC는 배터리(10)의 방전되는 동안의 특정 시점에서 추정되는 값이라는 점에서 상이하다.
제2 추정부(140)는 배터리(10)의 만충전 용량(full charge capacity)을 추정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 배터리(10)의 충전 및 방전이 반복됨에 따라, 설계 용량과 만충전 용량 간의 차이는 커질 수 있다. 이때, 설계 용량은 미리 정해진 고정된 값이므로, 만충전 용량을 정확히 추정하는 것이 요구된다.
구체적으로, 제2 추정부(140)는 제1 테이블로부터 제2 ASOC에 대응하는 제2 OCV를 획득할 수 있다. 상기 제2 ASOC는, 제1 추정부(130)로부터 제공되는 값일 수 있다. 또한, 제2 추정부(140)는, 제2 테이블로부터 제2 ASOC, 제2 시점에 측정된 방전율 및 온도에 대응하는 제2 임피던스를 획득할 수 있다. 이어서, 제2 추정부(140)는, 제2 시점에 측정된 방전 전류 및 제2 임피던스를 기초로, 상기 제2 시점에 배터리(10)에 유발된 과전압(OP: Over Potential)을 산출할 수 있다. 여기서 과전압은, 방전 중인 배터리(10) 양 단자간 전압에서 제2 OCV를 뺀 값에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제2 임피던스가 1Ω이며, 제2 시점에 측정된 방전 전류가 0.5A라고 가정할 때, 과전압은 1Ω와 0.5A의 곱인 0.5V와 동일할 수 있다.
이어서, 제2 추정부(140)는 제2 OCV와 기준 전압을 비교할 수 있다. 이때, 기준 전압은 미리 주어지는 값으로서, 메모리(110)에 미리 저장된 상태일 수 있다. 구체적으로, 제2 추정부(140)는 제2 OCV에서 과전압을 뺀 값이 미리 주어진 기준 전압과 같거나 더 작은지 판단할 수 있다. 만약, 제2 OCV에서 과전압을 뺀 값이 기준 전압과 같거나 더 작은 경우, 기준 전압에 대응하는 제3 ASOC와 제2 ASOC의 차이를 기초로 상기 배터리(10)의 만충전 용량을 추정할 수 있다. 이때, 기준 전압은 미리 주어진 값이므로, 이에 대응하는 제3 ASOC 역시 메모리(110)에 미리 저장된 상태일 수 있다. 또는, 제2 추정부(140)는 제1 테이블로부터 기준 전압에 대응하는 제3 ASOC를 직접 획득할 수도 있다.
제2 추정부(140)는 설계 용량을 기준으로 제2 ASOC와 제3 ASOC의 차이에 대응하는 불가용 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 설계 용량이 1000mAh이고, 제3 ASOC가 5%이며, 제2 ASOC가 10%인 경우, 제2 ASOC에서 제3 ASOC를 제한 값은 5%이므로, 불가용 용량은 설계 용량인 1000mAh의 5%에 해당하는 50mAh로 산출될 수 있다. 즉, 불가용 용량은 설계 용량과 만충전 용량 간의 차이와 동일할 수 있다. 이러한 불가용 용량은 배터리(10) 자체의 내부 저항 및 커패시턴스에 의해 실제로 사용할 수 없는 전하의 양을 나타낸 것일 수 있다.
제2 추정부(140)는 설계 용량에서 불가용 용량을 차감하여 만충전 용량을 추정할 수 있다. 위 예시와 같이, 설계 용량이 1000mAh이고, 불가용 용량이 50mAh인 경우, 만충전 용량은, 설계 용량에서 불가용 용량을 제한 값인 950mAh와 동일할 수 있다.
제2 추정부(140)에 의한 만충전 용량의 추정이 완료된 경우, 새로운 만충전 용량이 추정될 때까지, 기 추정된 만충전 용량을 기초로 배터리의 RSOC가 산출될 수 있다.
RSOC 산출부(150)는 제2 추정부(140)에 의한 만충전 용량이 추정된 이후에 새롭게 추정된 제2 ASOC를 기초로, 배터리(10)의 RSOC를 산출할 수 있다. 구체적으로, RSOC 산출부(150)는 설계 용량 및 만충전 용량과 함께 새롭게 추정된 제2 ASOC를 기초로 배터리(10)의 RSOC를 산출할 수 있다. 또는, RSOC 산출부(150)는 RSOC를 산출 시, 이전에 추정된 제2 ASOC를 그대로 이용할 수도 있다.
구체적으로, RSOC 산출부(150)는 설계 용량을 기준으로 제2 ASOC에 대응하는 방전 용량을 산출할 수 있다. 일 예로, 설계 용량이 1000mAh이고, 제2 ASOC가 80%라고 가정하면, 설계 용량 대비 20%가 이미 사용된 것이므로, 방전 용량은 200mAh일 수 있다.
RSOC 산출부(150)는 만충전 용량에서 방전 용량을 차감하여 잔존 용량을 산출할 수 있다. 예컨대, 만충전 용량이 950mAh이고, 방전 용량이 200mAh라고 가정하면, 잔존 용량은 만충전 용량에서 방전 용량을 제한 값인 750mAh와 동일할 수 있다.
이어, RSOC 산출부(150)는 만충전 용량에 대한 잔존 용량의 비율을 나타내는 RSOC를 산출할 수 있다. 예를 들어, 만충전 용량이 950mAh이고, 잔존 용량이 750mAh라고 가정하면, RSOC는 (750mAh/950mAh) × 100% ≒ 78.9%로 산출될 수 있다. RSOC 산출부(150)에 의해 산출된 RSOC는 배터리 상태 추정 상태(100)와 연결되는 외부 기기 등을 통해 사용자에게 통지될 수 있다.
한편, RSOC 산출부(150)의 동작을 설명하기 위한 상기 예를 살펴보면, 제2 ASOC인 80%와 RSOC인 78.9%는 서로 다른 것을 확인할 수 있다. 따라서, 제2 ASOC와 RSOC의 간의 차이를 기초로, 제2 ASOC를 적절히 보정한다면, RSOC의 드롭 현상 등을 저감하는 효과를 기대할 수 있다. 이에 대하여 후술하기로 한다.
보정부(160)는 배터리(10)의 RSOC를 기준으로 제2 ASOC를 보정한다. 구체적으로, 보정부(160)는 RSOC와 제2 ASOC를 비교하여, RSOC와 제2 ASOC가 서로 다른지 판단할 수 있다. 예컨대, 보정부(160)는 RSOC와 제2 ASOC 간의 차이값의 크기가 임계값 이상인지 판단할 수 있다. 이때, 상기 임계값은 미리 주어지는 0 이상의 실수로서, 메모리(110)에 미리 저장되는 것일 수 있다.
만약, RSOC와 제2 ASOC 간의 차이값의 크기가 임계값 이상인 경우, 보정부(160)는 RSOC와 제2 ASOC 간의 차이에 대응하는 가중치를 이용하여 제2 ASOC를 보정할 수 있다. 예컨대, RSOC가 제2 ASOC보다 큰 경우, 보정부(160)는 1보다 큰 실수를 제2 ASOC에 곱하여, 제2 ASOC를 보정할 수 있다. 다른 예로, RSOC가 제2 ASOC보다 작은 경우, 보정부(160)는 1보다 작고 0보다 큰 실수를 제2 ASOC에 곱하여, 제2 ASOC를 보정할 수 있다.
보정부(160)에 의해 보정된 제2 ASOC는 확장 칼만 필터에 의해 이용될 수 있다. 구체적으로, 배터리 상태 추정 장치(100)는, 소정 주기(예, 1초)마다 제2 ASOC를 산출할 수 있는데, l번째 주기에서 보정된 제2 ASOC를 (l+1)번째 주기의 제2 ASOC를 추정하는 데에 이용할 수 있다.
전술한 제1 추정부(130), 제2 추정부(140), RSOC 산출부(150) 및 보정부(160)는 각각 하드웨어적으로, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 제어부(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 또는, 제1 추정부(130), 제2 추정부(140), RSOC 산출부(150) 및 보정부(160) 중 적어도 둘 이상은, 단일의 하드웨어적 수단을 이용하여 구현될 수도 있다. 예컨대, 제1 추정부(130)와 제2 추정부(140)는 제1 프로세서에 의해 구현되고, RSOC 산출부(150) 및 보정부(160)는 제2 프로세서에 의해 구현되는 것도 가능하다.
한편, 도 1에는 구성요소들 중 어느 하나가 적어도 하나의 연결 라인을 통해 다른 하나와 연결되는 것으로 도시되어 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 배터리 상태 추정 장치(100)의 구성요소들 간의 실제적인 구현은, 도 1에 도시된 연결 라인에 의해 한정되는 것으로 이해되어서는 안된다.
또한, 도 1에 도시된 구성요소들 중 일부는 배터리 상태 추정 장치(100)로부터 생략될 수 있다. 따라서, 배터리 상태 추정 장치(100)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 적은 구성요소들을 가지거나, 위에서 열거되지 않은 추가적인 구성요소를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
배터리(10)는 하나의 전지셀이거나, 둘 이상의 전지셀들이 직렬 또는 병렬로 연결된 것일 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 팩에 포함되는 형태로 구현될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 배터리 상태 추정 장치(100)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 휴대폰과 같은 소형 장치나 자동차 등의 중대형 장치에 포함될 수 있다. 특히, 하이브리드 자동차를 포함하는 전기 자동차는 배터리(10)에 의해 모터의 구동 전력이 공급되므로, 배터리의 상태를 추정하는 것이 매우 중요하다. 본 발명에 따른 자동차는 상술한 배터리 상태 추정 장치(100)를 포함하기 때문에, RSOC의 보다 정확한 추정이 가능하게 될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 상태 추정 장치(100)가 이용하는 예시적인 제1 테이블(111)을 보여준다.
도 2를 참조하면, 제1 테이블(111)은 복수개의 ASOC값들과 복수개의 OCV값들 간의 상관관계를 나타낸다. 살펴보면, 제1 테이블(111)의 ASOC값들은 0%부터 100%까지 5%씩의 차이를 두고 총 21개로 구분되어 있다. 또한, 제1 테이블(111)의 OCV값들 역시 총 21개로 구분되어 있으며, 이 중 어느 하나의 OCV값은 제1 테이블(111)의 하나의 ASOC에 대응하는 관계에 있음을 확인할 수 있다.
예를 들어, 제1 테이블(111)의 ASOC값 5%에 대응하는 OCV값은 3230mV이다. 다른 예로, 제1 테이블(111)의 OCV값 3935mV에 대응하는 ASOC값은 75%이다.
이에 따라, 메모리(110)는 특정 ASOC값이 입력되는 경우, 제1 테이블(111)을 이용하여 단일의 OCV값을 출력할 수 있다. 또한, 메모리(110)는 특정 OCV값이 입력되는 경우, 제1 테이블(111)을 이용하여 단일의 ASOC값을 출력할 수 있다.
도 2에는 제1 테이블(111)에 인접한 ASOC값들이 5%씩 차이를 가지는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 필요에 따라 변경 가능하다는 것은 당업자에게 자명하다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 상태 추정 장치(100)가 이용하는 예시적인 제2 테이블(112)을 보여준다.
도 3을 참조하면, 제2 테이블(112)은 배터리(10)의 ASOC, 방전율, 온도 및 임피던스 간의 상관관계를 나타낸다.
살펴보면, 도 2의 제1 테이블과 동일하게, 제2 테이블(112)의 ASOC값들은 0%부터 100%까지 5%씩의 차이를 두고 총 21개로 구분되어 있다. 이때, 제2 테이블(112)에 있어서, ASOC값마다 적어도 하나의 임피던스값이 대응될 수 있는데, 이러한 임피던스값은 미리 주어진 온도값들 및 방전율값 중 적어도 어느 하나에 따라 달라질 수 있다.
제2 테이블(112)에는 미리 주어진 온도값들인 5℃, 25℃ 및 45℃와 미리 주어진 방전율값들인 0.2C, 0.5C 및 1C 각각에 대한 ASOC와 임피던스 간의 상관관계가 기록되어 있음을 확인할 수 있다.
예를 들어, 방전율이 1C이고, 온도가 25℃라고 가정할 때, 제2 테이블(112)의 ASOC값 5%에 대응하는 임피던스값은 173mOhm이다.
이에 따라, 메모리(110)는 방전율값, 온도값 및 ASOC값이 입력되는 경우, 제2 테이블(112)을 이용하여 단일의 임피던스값을 출력할 수 있다.
도 3에는 제2 테이블(112)의 미리 주어진 온도값들이 5℃, 25℃ 및 45℃이고, 미리 주어진 방전율값들인 0.2C, 0.5C 및 1C 인 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 필요에 따라 변경 가능하다는 것은 당업자에게 자명하다. 즉, 제2 테이블(112)의 온도값들 및 방전율값들 각각의 개수와 크기는 자유롭게 설정되고, 필요에 따라 변경 가능할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 배터리 상태 추정 장치(100)가 배터리(10)의 만충전 용량을 추정하는 방법을 개략적으로 도시한 순서도이고, 도 5는 본 발명에 따른 배터리의 만충전 용량을 추정하는 방법과 관련된 예시적인 그래프이다.
특히, 도 5는 배터리(10)의 방전율과 온도가 각각 1C와 25℃로 일정하게 유지되는 경우의 시간에 따른 배터리(10)의 전압 변화를 보여준다. 도 5에서 굵은 실선은 제2 ASOC를 나타내고, 얇은 실선은 제2 ASOC에서 과전압을 뺀 값을 나타낸다. 또한, VF는 미리 주어진 기준 전압을 나타내고, Tk와 Tk +n은 각각 제2 ASOC가 추정되는 서로 다른 시점을 나타내며, OCVk은 Tk에서 추정된 제2 ASOC에 대응하는 제2 OCV를 나타내고, OCVk +n은 Tk +n에서 추정된 제2 ASOC에 대응하는 제2 OCV을 나타내며, OPk은 Tk에서 산출된 과전압을 나타내고, OPk +n은 Tk +n에서 산출된 과전압을 나타낸다. 또한, 설계 용량은 1000mAh이고, VF는 3057mV인 것으로 가정한다.
도 4와 함께 도 2, 3 및 5를 참조하면, 단계 S410에서, 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리(10)의 충방전이 진행되지 않는 제1 시점의 제1 OCV를 측정할 수 있다. 이때, 제1 시점은 배터리(10)의 방전이 개시되는 시점으로부터 가장 가까운 시점이며, 제1 OCV는 센싱부(120)에 의해 측정되는 값일 수 있다.
단계 S415에서, 배터리 상태 추정 장치(100)는 제1 테이블(111)로부터 제1 OCV에 대응하는 제1 ASOC를 획득할 수 있다. 예를 들어, 제1 OCV = 3442mV인 경우, 제1 ASOC = 15%일 수 있다.
단계 S420에서, 배터리 상태 추정 장치(100)는 제1 시점 이후인 제2 시점에서, 배터리(10) 방전 전류, 방전율 및 온도를 측정할 수 있다. 이때, 제2 시점은 배터리(10)의 방전이 진행되는 동안의 어느 한 시점일 수 있고, 배터리(10) 방전 전류, 방전율 및 온도 각각은 센싱부(120)에 의해 측정될 수 있다.
단계 S425에서, 배터리 상태 추정 장치(100)는 제1 ASOC, 제2 시점의 방전율 및 온도에 대응하는 제1 임피던스를 획득할 수 있다. 예를 들어, 제1 ASOC가 15%라면, 방전율은 1C이고 온도는 25℃이므로, 제1 임피던스는 제2 테이블(112)로부터 137mOhm으로 획득될 수 있다.
단계 S430에서, 배터리 상태 추정 장치(100)는 제1 ASOC를 기초로 배터리(10)의 제2 ASOC를 추정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 추정부(130)는 제1 ASOC, 제2 시점의 방전 전류 및 온도와 제1 임피던스를 기초로, 확장 칼만 필터를 이용하여 제2 ASOC를 추정할 수 있다.
단계 S435에서, 배터리 상태 추정 장치(100)는 제1 테이블(111)로부터 제2 ASOC에 대응하는 제2 OCV를 획득할 수 있다. 예를 들어, Tk에서 추정된 제2 ASOC가 20%인 경우, OCVk는 3485mV일 수 있다. 다른 예로, Tk +k에서 추정된 제2 ASOC가 5%인 경우, OCVk +n는 3230mV일 수 있다.
단계 S440에서, 배터리 상태 추정 장치(100)는 제2 테이블(112)로부터 제2 ASOC, 상기 제2 시점의 방전율 및 온도에 대응하는 제2 임피던스를 획득할 수 있다.
예를 들어, Tk에서의 제2 ASOC가 20%라면, 제2 임피던스는 125mOhm일 수 있다. 다른 예로, Tk +n에서의 제2 ASOC가 5%라면, 제2 임피던스는 173mOhm일 수 있다.
단계 S445에서, 배터리 상태 추정 장치(100)는 제2 시점의 방전 전류 및 제2 임피던스를 기초로, 제2 시점에 배터리(10)에 유발된 과전압을 산출할 수 있다.
예를 들어, Tk에서의 제2 임피던스가 125mOhm라면, OPk = 1000mA ×125mOhm = 125mV일 수 있다. 다른 예를 들어, Tk +n에서의 제2 임피던스가 173mOhm라면, OPk +n = 1000mA ×173mOhm = 173mV일 수 있다.
단계 S450에서, 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리(10)의 만충전 용량을 추정할 수 있다.
구체적으로, 제2 추정부(140)에 의해, 제2 OCV에서 과전압을 뺀 값이 미리 주어진 기준 전압과 비교될 수 있다. 일 예로, Tk에서 OCVk가 3485mV이고, OPk는 125mV라면, (OCVk - OPk)는 3360Mv로서, VF인 3057Mv보다 크다. 다른 예로, Tk +n에서 OCVk +n가 3230mV이고, OPk +n는 173mV이면, (OCVk +n - OPk +n)는 VF와 동일하다.
제2 추정부(140)는, 제2 OCV에서 과전압을 뺀 값이 기준 전압과 같거나 더 작은 경우, 제2 ASOC와 기준 전압에 대응하는 제3 ASOC의 차이를 산출할 수 있다.
예컨대, Tk에서 (OCVk - OPk)가 VF보다 크다면, 제2 추정부(140)는 제2 ASOC와 제3 ASOC의 차이를 산출을 하지 않을 수 있다. 반면, Tk +n에서 (OCVk +n - OPk +n)가 VF와 동일하다면, 제2 추정부(140)는 Tk +n에서 추정된 제2 ASOC에서 제3 ASOC를 뺀 값을 산출할 수 있다. 이때, 제3 ASOC는 제1 테이블(111)에 기록된 3057mV에 대응하는 값인 0%일 수 있다. 만약, 제3 ASOC가 0%라면, 제2 추정부(140)는 제2 ASOC와 제3 ASOC의 차이인 5%를 산출할 수 있다. 또는, 제3 ASOC 역시 미리 정해져 있는 값일 수 있다. 즉, 메모리(110)에는 제3 ASOC를 나타내는 데이터가 미리 저장된 상태일 수 있다.
다음, 제2 추정부(140)는 제2 ASOC와 제3 ASOC의 차이를 불가용 용량으로 환산할 수 있다. 예컨대, 제2 ASOC - 제3 ASOC = 5%이므로, 불가용 용량 = 설계 용량 × (제2 ASOC - 제3 ASOC) = 1000mAh × 5% = 50mAh일 수 있다. 이어서, 제2 추정부(140)는 설계 용량에서 불가용 용량을 뺀 값인 만충전 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 불가용 용량 = 50mAh이므로, 만충전 용량 = 설계 용량 - 불가용 용량 = 950mAh일 수 있다.
배터리 상태 추정 장치(100)는, 새로운 만충전 용량이 산출될 때까지, 단계 S450를 통해 산출된 만충전 용량을 기초로, 배터리(10)의 RSOC를 산출할 수 있다.
이하에서는 도 6을 참조하며, 배터리(10)의 RSOC 산출 방법을 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)가 배터리(10)의 RSOC를 산출하는 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다. 이해를 돕기 위해, 본 발명에 따른 RSOC 산출 방법은 도 4에 도시된 방법에 의한 만충전 용량의 추정이 완료된 후에 실행되는 것으로 가정한다. 예컨대, 도 6에 도시된 RSOC 산출 방법은, 도 4의 방법에 의한 만충전 용량의 추정이 완료된 후, 어느 정도 충전이 이루어진 시점에 개시될 수 있다.
단계 S610에서, 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리(10)의 ASOC를 추정할 수 있다. 예컨대, 제1 추정부(130)는 도 4의 단계 S430와 동일하거나 유사한 방식으로 배터리(10)의 ASOC를 추정할 수 있다.
단계 S620에서, 배터리 상태 추정 장치(100)는 단계 S610에서 추정된 ASOC를 기초로, 배터리(10)의 방전 용량을 산출할 수 있다. 예컨대, 설계 용량 = 1000mAh이고, 단계 S610에서 추정된 ASOC = 75%라고 가정라면, 설계 용량 대비 100%-75% = 25%가 방전된 상태에 해당하므로, RSOC 산출부(150)에 의해 산출되는 방전 용량은 250mAh일 수 있다. 또는, 방전 용량은, 제1 추정부(130)에 의해 산출된 후, RSOC 산출부(150)에 제공될 수도 있다.
단계 S630에서, 배터리 상태 추정 장치(100)는 만충전 용량에 대한 잔존 용량의 비율을 나타내는 RSOC를 산출할 수 있다. 구체적으로, RSOC 산출부(150)는 만충전 용량에서 방전 용량을 빼 잔존 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 만충전 용량 = 950mAh이고, 방전 용량 = 250mAh라고 가정하면, 잔존 용량 = 700mAh일 수 있다. 이어, RSOC 산출부(150)는 만충전 용량에 대한 잔존 용량의 비율을 나타내는 RSOC를 산출할 수 있다. 예를 들어, 만충전 용량 = 950mAh이고, 잔존 용량 = 700mAh이라고 가정하면, RSOC = (700mAh/950mAh) × 100% ≒ 73.7%일 수 있다.
단계 S640에서, 배터리 상태 추정 장치(100)는 RSOC와 ASOC가 서로 다른 경우, RSOC와 ASOC 간의 차이에 대응하는 가중치를 이용하여 ASOC를 보정할 수 있다. 이때, RSOC와 ASOC 간의 차이에 대응하는 가중치는 메모리(110)에 미리 저장되어 있을 수 있다. 보정된 ASOC는 다음 주기의 ASOC를 추정하기 위한 입력값으로 이용될 수 있다. 예컨대, 제1 추정부(130)는 m번째 주기에서 보정된 ASOC를 기초로, (m+1)번째 주기의 ASOC를 추정할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절한 부결합(subcombination)에서 구현될 수 있다.
10: 배터리
100: 배터리 상태 추정 장치
110: 메모리
120: 센싱부
130: 제1 추정부
140: 제2 추정부
150: RSOC 산출부
160: 보정부

Claims (15)

  1. 배터리의 충방전이 진행되지 않는 제1 시점의 제1 OCV 및 상기 제1 시점 이후 상기 배터리의 방전이 진행되는 제2 시점의 방전 전류, 방전율 및 온도를 측정하는 센싱부;
    미리 주어진 설계 용량을 기준으로, 상기 배터리의 ASOC와 OCV 간의 상관관계가 기록된 제1 테이블 및 상기 배터리의 ASOC, 방전율, 온도 및 임피던스 간의 상관관계가 기록된 제2 테이블을 저장하는 메모리;
    상기 제1 테이블로부터 상기 제1 OCV에 대응하는 제1 ASOC를 획득하고, 상기 제1 ASOC를 기초로 상기 배터리의 제2 ASOC를 추정하는 제1 추정부; 및
    상기 제1 테이블로부터 상기 제2 ASOC에 대응하는 제2 OCV를 획득하고,
    상기 제2 테이블로부터 상기 제2 ASOC, 상기 측정된 방전율 및 온도에 대응하는 임피던스를 획득하며,
    상기 측정된 방전 전류 및 상기 임피던스를 기초로, 상기 제2 시점에 상기 배터리에 유발된 과전압을 산출하고,
    상기 제2 OCV에서 상기 과전압을 뺀 값이 미리 주어진 기준 전압과 같거나 더 작은 경우, 상기 기준 전압에 대응하는 제3 ASOC와 상기 제2 ASOC의 차이를 기초로 상기 배터리의 만충전 용량을 추정하는 제2 추정부;
    를 포함하는, 배터리 상태 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메모리는,
    상기 설계 용량 및 상기 기준 전압을 나타내는 데이터를 더 저장하는, 배터리 상태 추정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 추정부는,
    상기 제2 테이블로부터 상기 제1 ASOC, 상기 제2 시점의 방전율 및 온도에 대응하는 임피던스를 획득하고,
    상기 제2 시점의 방전 전류 및 온도와 상기 제1 추정부에 의해 획득된 임피던스를 더 기초로, 상기 제2 ASOC를 추정하는, 배터리 상태 추정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 추정부는,
    확장 칼만 필터를 이용하여 상기 제2 ASOC를 추정하는, 배터리 상태 추정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 추정부는,
    상기 설계 용량을 기준으로 상기 제2 ASOC와 상기 제3 ASOC의 차이에 대응하는 불가용 용량을 산출하고,
    상기 설계 용량에서 상기 불가용 용량을 빼 상기 만충전 용량을 추정하는, 배터리 상태 추정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 ASOC 및 상기 만충전 용량을 기초로 상기 배터리의 RSOC를 산출하는 RSOC 산출부;
    를 더 포함하는, 배터리 상태 추정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 RSOC 산출부는,
    상기 설계 용량을 기준으로 상기 제2 ASOC에 대응하는 방전 용량을 산출하고,
    상기 만충전 용량에서 상기 방전 용량을 빼 잔존 용량을 산출하며,
    상기 만충전 용량에 대한 상기 잔존 용량의 비율을 나타내는 상기 RSOC를 산출하는, 배터리 상태 추정 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 RSOC와 상기 제2 ASOC가 서로 다른 경우, 상기 RSOC와 상기 제2 ASOC 간의 차이에 대응하는 가중치를 이용하여 상기 제2 ASOC를 보정하는 보정부;
    를 더 포함하는, 배터리 상태 추정 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 상태 추정 장치를 포함하는 배터리 팩.
  10. 배터리 상태 추정 장치에 의해 실행되는 방법에 있어서,
    배터리의 충방전이 진행되지 않는 제1 시점의 제1 OCV를 측정하는 단계;
    미리 주어진 설계 용량을 기준으로 상기 배터리의 ASOC와 OCV 간의 상관관계가 기록된 제1 테이블로부터 상기 제1 OCV에 대응하는 제1 ASOC를 획득하는 단계;
    상기 제1 시점 이후, 상기 배터리의 방전이 진행되는 제2 시점의 방전 전류, 방전율 및 온도를 측정하는 단계;
    상기 제1 ASOC를 기초로 상기 배터리의 제2 ASOC를 추정하는 단계;
    상기 제1 테이블로부터 상기 제2 ASOC에 대응하는 제2 OCV를 획득하는 단계;
    상기 배터리의 ASOC, 방전율, 온도 및 임피던스 간의 상관관계가 기록된 제2 테이블로부터 상기 제2 ASOC, 상기 측정된 방전율 및 온도에 대응하는 임피던스를 획득하는 단계;
    상기 측정된 방전 전류 및 상기 임피던스를 기초로, 상기 제2 시점에 상기 배터리에 유발된 과전압을 산출하는 단계; 및
    상기 제2 OCV에서 상기 과전압을 뺀 값이 미리 주어진 기준 전압과 같거나 더 작은 경우, 상기 기준 전압에 대응하는 제3 ASOC와 상기 제2 ASOC의 차이를 기초로 상기 배터리의 만충전 용량을 추정하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 상태 추정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 ASOC를 추정하는 단계는,
    상기 제2 테이블로부터 상기 제1 ASOC, 상기 제2 시점의 방전율 및 온도에 대응하는 임피던스를 획득하는 단계; 및
    상기 제2 시점의 방전 전류 및 온도와 함께 상기 제1 ASOC, 상기 제2 시점의 방전율 및 온도에 대응하는 것으로 획득된 상기 임피던스를 더 기초로, 상기 제2 ASOC를 추정하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 상태 추정 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 배터리의 만충전 용량을 추정하는 단계는,
    상기 설계 용량을 기준으로 상기 제2 ASOC와 상기 제3 ASOC의 차이에 대응하는 불가용 용량을 산출하는 단계; 및
    상기 설계 용량에서 상기 불가용 용량을 빼 상기 만충전 용량을 추정하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 상태 추정 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 설계 용량, 상기 제2 ASOC 및 상기 만충전 용량을 기초로 상기 배터리의 RSOC를 산출하는 단계;
    를 더 포함하는 배터리 상태 추정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 RSOC를 산출하는 단계는,
    상기 설계 용량을 기준으로 상기 제2 ASOC에 대응하는 방전 용량을 산출하는 단계;
    상기 제2 ASOC에서 상기 제3 ASOC를 뺀 값에 대응하는 불가용 용량을 산출하는 단계;
    상기 만충전 용량에서 상기 방전 용량을 빼 잔존 용량(remain capacity)을 산출하는 단계; 및
    상기 만충전 용량에 대한 상기 잔존 용량의 비율인 상기 RSOC를 산출하는 단계;
    를 포함하는 배터리 상태 추정 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 RSOC와 상기 제2 ASOC가 서로 다른 경우, 상기 RSOC와 상기 제2 ASOC 간의 차이에 대응하는 가중치를 이용하여 상기 제2 ASOC를 보정하는 단계;
    를 더 포함하는 배터리 상태 추정 방법.
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