KR20060098146A

KR20060098146A - 온도에 따른 오픈 회로 전압 히스테레시스를 이용한 배터리의 잔존 용량 초기값 설정 방법

Info

Publication number: KR20060098146A
Application number: KR1020050019487A
Authority: KR
Inventors: 조일; 김도연
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2006-09-18
Also published as: CN101138142A; JP2008532050A; EP1867028A1; TW200644378A; US20060202663A1; WO2006096002A1

Abstract

본 발명에 따라, 온도에 따라 변화하는 OCV 값을 고려한 배터리의 잔존 용량 초기값 설정 방법이 제공된다. 상기 방법은 여러 온도에서의 오픈 회로 전압(OCV)을 실험적으로 측정하는 단계와, 상기 실험적으로 측정된 OCV 값 및 배터리 잔존 용량을 온도별로 구성하여 테이블화하는 단계와, 상기 구성된 테이블을 배터리 관리 시스템(BMS)에 저장하는 단계와, 상기 BMS에서 현재의 온도 및 오픈 회로 전압을 측정하는 단계와, 상기 측정된 값을 양선형 보간법에 적용하여, 상기 측정된 값에 해당하는 배터리의 잔존 용량 값을 상기 테이블을 참조하여 근사화시켜 찾아내고 그 값을 초기 배터리 잔존 용량값으로 설정하는 단계를 포함한다.

Description

온도에 따른 오픈 회로 전압 히스테레시스를 이용한 배터리의 잔존 용량 초기값 설정 방법{METHOD OF SETTING INITIAL VALUE OF SOC OF BATTERY USING OCV TEMPERATURE HYSTERESIS}

도 1은 본 발명의 방법이 수행되는 과정을 나타내는 흐름도

본 발명은 배터리의 잔존 용량(SOC; State of Charge) 초기값을 설정하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 온도 및 시간 경과에 따른 오픈 회로 전압(OCV) 변화를 고려하여 더욱 정확하게 배터리의 잔존 용량 초기값을 설정할 수 있는 방법에 관한 것이다.

전기 자동차는 배터리에 저장된 전기 에너지를 에너지원으로 이용한다. 이러한 전기 자동차용 배터리로서 리튬-이온 폴리머 배터리가 많이 이용되고 있으며, 그 배터리에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다.

한편, 가솔린 자동차의 경우 연료를 사용하여 엔진을 구동시키므로, 연료의 양을 측정하는 데 큰 어려움이 없지만, 전기 자동차의 동력원인 배터리의 경우는 내부에 축적된 잔존 에너지를 측정하는 것은 곤란하다. 그런데 전기 자동차의 운 전자에게 있어서는 현재 얼마만큼의 에너지가 남아 있고 앞으로 어느 정도 더 주행할 수 있는가에 대한 정보가 매우 중요하다.

즉, 전기 자동차는 배터리에 충전된 에너지에 의해 주행하는 자동차이므로, 배터리에 충전된 잔존 용량을 파악하는 것이 매우 중요하며, 따라서 주행 중 배터리의 잔존 용량을 파악하여 주행 가능 거리 등의 정보를 운전자에게 알려주고자 하는 여러 기술이 개발되고 있다.

또한, 자동차의 주행에 앞서 배터리의 잔존 용량 초기값을 적절하게 설정하고자 하는 시도 역시 많이 이루어지고 있다. 이때, 잔존 용량의 초기값은 보통 오픈 회로 전압(OCV)을 참조로 하여 설정되고 있다. 이러한 방법에 있어서, 전제가 되고 있는 것은 OCV가 환경에 따라 변하지 않으며 잔존 용량의 절대 참조값이 된다는 것이다.

그러나, 여러 실험 및 논문에 따르면, OCV는 환경에 따라 고정된 값을 갖는 것이 아니라, 온도 및 시간 경과(aging)에 따라 변한다는 것이 입증되었다. 하지만, 지금까지의 배터리 잔존 용량 초기값 설정 방법에 따르면, 온도에 따라 변하는 OCV를 고려하지 않고 있어 배터리 잔존 용량을 정확하게 추정할 수 없다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 것과 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 온도에 따라 변화하는 OCV 이력(hysteresis)을 고려하여 배터리의 잔존 용량 초기값을 설정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라 제공되는 배터리의 잔존 용량 초기값 설정 방법은 여러 온도에서의 오픈 회로 전압(OCV)을 실험적으로 측정하는 단계와, 상기 실험적으로 측정된 OCV 값 및 배터리 잔존 용량을 온도별로 구성하여 테이블화하는 단계와, 상기 구성된 테이블을 배터리 관리 시스템(BMS)에 저장하는 단계와, 상기 BMS에서 현재의 온도 및 오픈 회로 전압을 측정하는 단계와, 상기 측정된 값을 양선형 보간법에 적용하여, 상기 측정된 값에 해당하는 배터리의 잔존 용량 값을 상기 테이블을 참조하여 근사화시켜 찾아내고 그 값을 초기 배터리 잔존 용량값으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 여러 온도에 따른 오픈 회로 전압을 이용하여 배터리의 잔존 용량을 재설정하는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 한 가지 실시예에 따르면, 상기 테이블은 가로축을 온도로 하여 그 온도가 -30℃~+45℃ 사이에서 5℃ 단위로 구분되고, 세로축을 S0C로 하여 0~100% 사이에서 1% 단위로 구분되어 구성된다.

전술한 본 발명의 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조로 한 이하의 본 발명의 바람직한 실시 형태의 상세한 설명을 통해 더욱 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

첨부된 도면을 참조한 이하의 설명에 있어서, 통상적으로 요구되는 공지의 장치 및 그 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기한 바와 같이, 배터리의 잔존 용량(SOC) 초기값 설정시 참조가 되는 오 픈 회로 전압(OCV)은 환경에 따라 고정된 값을 갖지 않으며, 온도 내지는 시간 경과에 따라 변한다. OCV가 고정된 값을 갖는다는 전제 하에 SOC 초기값을 설정하는 종래 기술과는 달리, 본 발명에 따르면 온도에 따라 변화하는 OCV, 즉 OCV 이력(hysteresis)을 고려하고 이를 SOC 초기값 설정에 이용함으로써, SOC를 추정하는 알고리즘의 전체적인 오류를 줄일 수 있다.

본 발명의 방법이 수행되는 과정을 흐름도의 형식으로 보여주는 도 1을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에 따르면, 종래 기술과는 달리, 배터리가 장착되어 작동되는 각종 온도에서의 OCV를 실험적으로 측정한다(S10).

예컨대, 기존과 같이 단순히 SOC의 참조값이 되는 OCV를 SOC와의 관계만을 구하는 것이 아니라, 배터리가 실제 장착되어 사용되는 환경 하의 여러 온도에서 실험적으로 미리 오픈 회로 전압을 구하여, 이들 값을 온도별로 SOC와 연관시켜 테이블로 구성한다(S20).

본 발명의 한 가지 실시예에 따르면, SOC는 X축으로 하여 0~100% 사이에서 1% 단위로, 온도는 Y축으로 하여 실제 배터리 동작 온도를 고려하여 -30℃~ 45℃ 사이에서 5도 단위로 테이블화되며, 그 한 가지 예시적인 테이블을 나타내면 다음과 같다.

온도별 OCV 및 SOC

SOC＼온도(℃)	-30	..........	25	30	...
0.01(1%)	2.845	..........	2.90	2.95	...
0.02(2%)	2.855	..........	2.92	2.96	...
. . . . .	. . . . .	..........	.	.	.

다음에, 상기 구성된 테이블을 배터리 관리 시스템(BMS)에 저장하고(S30), 이 BMS에서 현재의 온도 및 오픈 회로 전압값을 측정한다(S40).

한편, BMS에서 실시간으로 측정되는 현재의 온도와 OCV는 그 측정값이 테이블화되어 있는 온도 및 OCV에 정확히 대응되는 것이 아니라, 측정값 전후의 중간 값을 갖는 경우가 대부분이다. 따라서, 현재 측정된 온도 및 OCV에 해당하는 SOC 값을 테이블을 참조하여 찾아내기 위하여, 테이블에서 가장 근접한 2개의 값을 읽어 양선형 보간법에 적용하여 중간값을 근사화하는 과정을 거친다(S50). 예컨대, 상기 표 1에 있어서, BMS가 현재의 온도를 27℃, OCV를 2.93으로 읽은 경우에, 그에 해당하는 SOC는 0.01(1%)와 0.02(2%) 사이에 존재하며, 이를 보편적인 양선형 보간법 수식을 이용하여 그 중간값을 찾아내고, 그 찾아낸 SOC 값을 초기 배터리의 잔존 용량값으로 설정한다(S50).

상기 일련의 과정을 통해 추정되어 설정된 초기 SOC 값은 배터리 관리 시스템(BMS)을 통해서 하이브리드 전기 자동차의 차량 제어 장치에 전달되어 배터리의 충방전 출력을 제어하게 된다.

이처럼, 본 발명에 따르면, 단순히 고정된 오픈 회로 전압을 참조로 하여 초기 SOC 값을 설정하는 종래 기술과는 달리, 온도에 따라 변화하는 OCV 값을 온도별로 SOC와 상관시켜 미리 테이블화한 다음, 초기 SOC 값을 설정하고자 하는 온도에서 OCV를 측정하고 테이블로부터 상기 측정된 OCV에 상응하는 SOC 근사값을 찾아 초기값으로 설정하기 때문에, 온도에 따른 SOC 초기값을 보다 정확하게 추정하여 이용할 수가 있게 된다.

한편, 본 발명의 한 가지 바람직한 실시예에 따르면, 상기 여러 온도에 따른 오픈 회로 전압을 이용하여 배터리의 잔존 용량을 재설정하는 것을 더 포함할 수도 있어, 필요에 따라 각 온도에서의 SOC 초기값 설정을 수행할 수가 있다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 기초로 하여 설명하였으나, 본 발명은 전술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 방식으로 변경, 수정될 수 있다는 것은 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면 오픈 회로 전압이 온도에 따라 변한다는 것을 고려하여, 이를 SOC 초기값 설정에 이용함으로써 온도 변화에 따른 OCV 변화를 고려하지 않는 데에서 비롯되는 오류를 수정할 수가 있게 되어, 보다 정확하게 SOC 초기값을 설정할 수가 있다.

Claims

여러 온도에서의 오픈 회로 전압(OCV)을 실험적으로 측정하는 단계와,

상기 실험적으로 측정된 OCV 값 및 배터리 잔존 용량을 온도별로 구성하여 테이블화하는 단계와,

상기 구성된 테이블을 배터리 관리 시스템(BMS)에 저장하는 단계와,

상기 BMS에서 현재의 온도 및 오픈 회로 전압을 측정하는 단계와,

상기 측정된 값을 양선형 보간법에 적용하여, 상기 측정된 값에 해당하는 배터리의 잔존 용량 값을 상기 테이블을 참조하여 근사화시켜 찾아내고 그 값을 초기 배터리 잔존 용량값으로 설정하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 잔존 용량 초기값 설정 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 여러 온도에 따른 오픈 회로 전압을 이용하여 배터리의 잔존 용량을 재설정하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 잔존 용량 초기값 설정 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 테이블은 가로축을 온도로 하여 그 온도가 -30℃~+45℃ 사이에서 5℃ 단위로 구분되고, 세로축을 S0C로 하여 0~100% 사이에서 1% 단위로 구분되어 구성된 것을 특징으로 하는 배터리의 잔존 용량 초기값 설정 방법.