WO2024058387A1 - 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 충전 시간 예측 방법 - Google Patents

배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 충전 시간 예측 방법 Download PDF

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WO2024058387A1
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charging
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temperature
mth
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김재구
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Definitions

  • the present invention relates to a technology for estimating the remaining charging time of a battery.
  • lithium batteries have almost no memory effect compared to nickel-based batteries, so they can be freely charged and discharged, and have a very high self-discharge rate. It is attracting attention due to its low and high energy density.
  • the charging rate (C-rate) of the charging current When charging a battery, if the charging rate (C-rate) of the charging current is small, a very long time is required to fully charge the battery. On the other hand, if the charging rate of the charging current is too high, the side effect is that the battery deteriorates quickly. Therefore, during constant current charging, it is necessary to adjust the charging rate of the charging current in stages according to the state of the battery.
  • the charging rate (may also be referred to as 'C-rate') is the charging current divided by the maximum capacity of the battery, and 'C' is used as the unit.
  • a charging rate map with the so-called 'multi-stage constant-current charging protocol' is mainly used.
  • a separate charge rate map may be created for each of a plurality of temperature sections, and a specific charge rate map is a table or function in which the relationship between a plurality of charge rates and a plurality of conversion conditions associated with a specific temperature section is recorded. If the state of the battery satisfies a specific transition condition (e.g., SOC reaches 60%) while charging using one of the plurality of charge rates recorded in a specific charge rate map, the next charging rate will be supplied to the battery as a charging current. You can.
  • a specific transition condition e.g., SOC reaches 60%
  • the present invention was developed to solve the above problems.
  • the temperature change of the battery in each stage (SOC range) is predicted to estimate the charging rate to be used in the next stage.
  • a battery management system that can improve the prediction accuracy of the remaining charging time until the SOC of the battery reaches the target SOC by repeating the process of predicting the predicted charging time at each stage according to the estimated charging rate, the battery
  • the purpose is to provide a battery pack including a management system, an electric vehicle including the battery pack, and a battery charging time prediction method that can be implemented in the battery management system.
  • a battery management system includes a first to M SOC section (M is a natural number of 2 or more) and a first to N temperature section (N is a natural number of 2 or more) associated with a multi-stage constant current charging protocol.
  • a memory configured to store a first charging reference map in which a total of M ⁇ N charging rates for and a control unit configured to determine an estimated SOC of the battery based on voltage detection values, current detection values, and temperature detection values at predetermined time intervals.
  • the control unit may be configured to determine, in the first charging reference map, the mth SOC section to which the SOC estimate belongs (m is a natural number less than or equal to M) and the mth charge rate associated with the temperature section to which the temperature detection value belongs. .
  • the control unit may be configured to determine a charging time prediction value in the mth SOC section based on the mth charging rate and the SOC difference between the SOC estimate and the end point of the mth SOC section.
  • the control unit may be configured to further determine a temperature prediction value at the end point of the mth SOC section when m is less than M.
  • the predicted temperature value at the end point of the mth SOC section represents the temperature of the battery at the start point of the (m+1)th SOC section.
  • the control unit uses a pre-given thermal model to determine a predicted temperature change from the SOC estimate to the end point of the m-th SOC section based on the m-th charging rate and the predicted charging time in the m-th SOC section. It can be configured.
  • the control unit may be configured to determine a predicted temperature value at the end point of the m-th SOC section by adding the predicted temperature change from the SOC estimate to the end point of the m-th SOC section to the temperature detection value.
  • the memory may be configured to further store a second charging reference map in which a total of M ⁇ N internal resistance values for the first to M SOC sections and the first to N temperature sections are recorded.
  • the control unit may be configured to determine, from the second charging reference map, the mth internal resistance value associated with the mth SOC section and the temperature section to which the temperature detection value belongs.
  • the control unit uses a pre-given thermal model, from the SOC estimate to the end point of the m-th SOC section, based on the m-th charging rate, the estimated charging time in the m-th SOC section, and the m-th internal resistance value. It can be configured to determine the predicted amount of temperature change.
  • the control unit may be configured to determine a predicted temperature value at the end point of the m-th SOC section by adding the predicted temperature change from the SOC estimate to the end point of the m-th SOC section to the temperature detection value.
  • the control unit is configured to adjust the m-th SOC section by comparing the predicted temperature change from the SOC estimate to the end point of the m-th SOC section with the actual temperature change when the charging procedure for the m-th SOC section is completed. It can be.
  • the control unit determines the predicted charging time in the (k-1)th SOC section and the predicted temperature at the end point of the (k-1)th SOC section.
  • the k-th charging rate associated with the temperature section to which the temperature prediction value at the end point of the k-th SOC section and the (k-1)th SOC section belongs can be configured to determine.
  • the control unit may be configured to determine a predicted charging time in the k-th SOC section and a predicted temperature at the end point of the k-th SOC section, based on the k-th charging rate and the size of the k-th SOC section. .
  • the control unit adds up the predicted values of the m to M-th charging times, and calculates the predicted value until the charging procedure using the multi-stage constant current charging protocol is terminated. It may be configured to determine the total remaining time.
  • control unit When the control unit has completed determining the predicted charging time in the (k-1)th SOC section and the predicted temperature at the end point of the (k-1)th SOC section, using a pre-given thermal model, It may be configured to determine the predicted amount of temperature change in the k-th SOC section based on the k-th charging rate and the predicted charging time in the k-th SOC section. The control unit may be configured to determine the predicted temperature value at the end point of the k-th SOC section by adding the predicted temperature change in the k-th SOC section to the predicted temperature value at the end point of the (k-1)-th SOC section. You can.
  • the memory may be configured to further store a second charging reference map in which a total of M ⁇ N internal resistance values for the first to M SOC sections and the first to N temperature sections are recorded.
  • the control unit may be configured to determine, from the second charging reference map, a k-th internal resistance value associated with a temperature section to which the temperature prediction value at the end point of the k-th SOC section and the (k-1)th SOC section belongs. there is.
  • the control unit may be configured to determine a predicted amount of temperature change in the kth SOC section based on the kth charging rate, the kth charging time predicted value, and the kth internal resistance value.
  • the control unit adds the predicted temperature change in the kth SOC section to the predicted temperature at the end point of the kth SOC section and the (k-1)th SOC section, and adds the predicted temperature change at the end point of the kth SOC section. It can be configured to determine .
  • the control unit may be configured to adjust the k-th SOC section by comparing the predicted amount of temperature change in the k-th SOC section with the actual temperature change amount when the charging procedure for the k-th SOC section is completed.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention includes the battery management system.
  • An electric vehicle includes the battery pack.
  • a method for predicting battery charging time is provided to be executable by the battery management system at predetermined time intervals from the start of a charging procedure for the battery.
  • the battery charging time prediction method includes determining an SOC estimate of the battery based on a voltage detection value, a current detection value, and a temperature detection value of the battery, first to Mth SOC sections associated with a multi-stage constant current charging protocol, and the first From the first charging reference map in which a total of M Determining an mth charging rate associated with a section, and determining a charging time estimate in the mth SOC section based on the mth charging rate and a SOC difference between the SOC estimate and an end point of the mth SOC section. Includes.
  • the battery charging time prediction method further includes determining a temperature prediction value at the end point of the mth SOC section when m is less than M.
  • the predicted temperature value at the end point of the mth SOC section represents the temperature of the battery at the start point of the (m+1)th SOC section.
  • the step of determining the m-th charging time predicted value in the m-th SOC section includes, using a pre-given thermal model, based on the m-th charging rate and the charging time predicted value in the m-th SOC section, from the SOC estimate to the determining a predicted amount of temperature change up to the end point of the mth SOC section, and adding the predicted amount of temperature change from the SOC estimate to the end point of the mth SOC section to the temperature detection value, at the end point of the mth SOC section. It may include determining a predicted temperature value.
  • the battery charging time prediction method is based on the predicted charging time in the (k-1)th SOC section and the end point of the (k-1)th SOC section, when K is a natural number between (m+1) and M or less.
  • the first charging reference map determine the kth charging rate associated with the temperature section to which the temperature predicted value at the end point of the kth SOC section and the (k-1)th SOC section belongs. and determining a predicted charging time in the k-th SOC section and a predicted temperature at the end point of the k-th SOC section based on the k-th charging rate and the size of the k-th SOC section. You can.
  • the method for predicting the battery charging time includes, when the determination of the predicted charging time in the M-th SOC section is completed, the predicted values of the m to M-th charging times are added together, and the charging procedure using the multi-stage constant current charging protocol is terminated.
  • the step of determining the total remaining time until completion may be further included.
  • the temperature change of the battery in each stage is predicted to estimate the charging rate to be used in the next stage, and the estimated charging rate is estimated.
  • the prediction accuracy of the remaining charging time until the SOC of the battery reaches the target SOC can be improved.
  • the prediction accuracy of the remaining charging time can be further improved by predicting the temperature change of the battery at each stage by additionally utilizing not only the battery temperature but also the external temperature.
  • the end point of the corresponding stage is adjusted according to the difference between the predicted temperature change amount for each stage and the actual temperature change amount, thereby predicting the remaining charging time in a charging procedure to be resumed in the future. Accuracy can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of an electric vehicle according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram referenced to describe an exemplary first charging reference map used in a charging procedure using a multi-stage constant current charging protocol.
  • FIG. 3 is a schematic diagram referenced to explain an example of a total remaining time estimation process executed by the battery management system shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a diagram referenced in explaining an exemplary second charging reference map used in a charging procedure using a multi-stage constant current charging protocol.
  • FIG. 5 is a schematic diagram referenced to explain another example of an estimation process of total remaining time executed by the battery management system shown in FIG. 1.
  • Figure 6 is a flowchart illustrating a method for predicting battery charging time according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a flowchart illustrating a method for predicting battery charging time according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a flowchart illustrating a method for predicting battery charging time according to a third embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a flowchart illustrating a method for predicting battery charging time according to a fourth embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a flowchart illustrating a method for predicting battery charging time according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of an electric vehicle according to the present invention.
  • the electric vehicle 1 includes a vehicle controller 2, a battery pack 10, a relay 20, an inverter 30, and an electric motor 40.
  • the charge/discharge terminals (P+, P-) of the battery pack 10 may be electrically coupled to the charger 3 through a charging cable or the like.
  • the charger 3 may be included in the electric vehicle 1 or may be provided at a charging station.
  • the vehicle controller 2 (e.g., ECU: Electronic Control Unit) responds to the start button (not shown) provided in the electric vehicle 1 being switched to the ON position by the user, and sends a key-on signal to the battery management. It is configured to transmit to the system 100.
  • the vehicle controller 2 is configured to transmit a key-off signal to the battery management system 100 in response to the ignition button being switched to the OFF position by the user.
  • the charger 3 may communicate with the vehicle controller 2 and supply charging power of constant current or constant voltage through the charge/discharge terminals (P+, P-) of the battery pack 10.
  • the battery pack 10 includes a battery 11 and a battery management system 100.
  • the battery 11 includes a cell group 12 and a case 13.
  • the case 13 defines the overall appearance of the battery 11 and provides an internal space where the cell group 12 can be placed.
  • the case 13 is fixed to the battery room provided in the electric vehicle 1 using bolts or the like.
  • the cell group 12 is disposed (stored) in the internal space provided from the case 13 and includes at least one battery cell BC.
  • the type of battery cell BC is not particularly limited as long as it can be repeatedly charged and discharged, such as a lithium ion cell.
  • the cell group 12 includes a plurality of battery cells
  • these plurality of battery cells may be connected in series, parallel, or in a mixture of series and parallel.
  • the relay 20 is electrically connected in series to the battery 11 through a power path connecting the battery 11 and the inverter 30.
  • the relay 20 is illustrated as connected between the positive terminal and the charge/discharge terminal (P+) of the battery 11.
  • the relay 20 is controlled on and off in response to a switching signal from the battery management system 100.
  • the relay 20 may be a mechanical contactor turned on and off by the magnetic force of the coil, or a semiconductor switch such as a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the inverter 30 is provided to convert direct current from the cell group 12 to alternating current in response to commands from the battery management system 100 or the vehicle controller 2.
  • the electric motor 40 is driven using alternating current power from the inverter 30.
  • a three-phase alternating current motor 40 can be used.
  • the battery management system 100 includes a voltage sensor 111, a current sensor 113, a battery temperature sensor 115, and a control unit 130.
  • the battery management system 100 may further include an outdoor temperature sensor 117.
  • the battery management system 100 may further include a communication circuit 150.
  • the voltage sensor 111 is connected in parallel to the battery 11 and is configured to detect the battery voltage, which is the voltage across both ends of the battery 11, and generate a voltage signal representing the detected battery voltage.
  • the current sensor 113 is connected in series to the battery 11 through a current path between the battery 11 and the inverter 30.
  • Current sensor 113 is configured to detect battery current, which is the current flowing through battery 11, and generate a current signal representing the detected battery current.
  • the current sensor 113 may be implemented as one or a combination of two or more of known current detection elements such as a shunt resistor and a Hall effect element.
  • Battery temperature sensor 115 is configured to detect battery temperature and generate a temperature signal representative of the detected battery temperature.
  • the battery temperature sensor 115 may be disposed within the case 13 to detect a temperature close to the actual temperature of the battery 11.
  • the battery temperature sensor 115 may be attached to the surface of at least one battery cell BC included in the cell group 12, and may detect the surface temperature of the battery cell BC as the battery temperature.
  • the voltage sensor 111, current sensor 113, and battery temperature sensor 115 may be referred to as a 'sensing unit'.
  • the outdoor temperature sensor 117 is configured to detect the outdoor temperature (ambient temperature), which is the temperature of a predetermined position spaced apart from the battery 11, and generate a temperature signal representing the detected outdoor temperature.
  • the outside temperature sensor 117 may be placed at a predetermined location outside the case 13 where heat exchange between the battery 11 and the outside air occurs.
  • Each of the battery temperature sensor 115 and the outdoor temperature sensor 117 may be implemented as one or a combination of two or more of known temperature detection elements such as a thermocouple, thermistor, and bimetal.
  • the communication circuit 150 is configured to support wired or wireless communication between the control unit 130 and the vehicle controller 2.
  • Wired communication may be, for example, CAN (controller area network) communication
  • wireless communication may be, for example, ZigBee or Bluetooth communication.
  • the type of communication protocol is not particularly limited as long as it supports wired and wireless communication between the control unit 130 and the vehicle controller 2.
  • the communication circuit 150 may include an output device (eg, display, speaker) that provides information received from the control unit 130 and/or the vehicle controller 2 in a form recognizable to the user.
  • the control unit 130 is operably coupled to the relay 20, voltage sensor 111, current sensor 113, battery temperature sensor 115, outdoor temperature sensor 117, and communication circuit 150. That two components are operably combined means that the two components are connected directly or indirectly to enable transmission and reception of signals in one direction or two directions.
  • the control unit 130 receives a voltage signal from the voltage sensor 111, a current signal from the current sensor 113, a temperature signal from the battery temperature sensor 115 (which may be referred to as a 'battery temperature signal'), and/or A temperature signal (which may be referred to as an 'outside temperature signal') from the outside temperature sensor 117 may be collected.
  • the control unit 130 can convert and record each analog signal collected from the sensors 111, 113, 115, and 117 into digital values using an analog to digital converter (ADC) provided therein.
  • ADC analog to digital converter
  • the control unit 130 may be referred to as a 'control circuit' or a 'battery controller', and may be hardware-wise comprised of application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), and programmable logic (PLDs). devices), FPGAs (field programmable gate arrays), microprocessors, and other electrical units for performing functions.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • microprocessors and other electrical units for performing functions.
  • the memory 140 may be, for example, a flash memory type, a hard disk type, a solid state disk type, an SDD type (Silicon Disk Drive type), or a multimedia card micro type. micro type), random access memory (RAM), static random access memory (SRAM), read-only memory (ROM), electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), programmable read-only memory (PROM) It may include at least one type of storage medium.
  • the memory 140 can store data and programs required for calculation operations by the control unit 130.
  • the memory 140 can store data representing the results of calculation operations by the control unit 130.
  • the memory 140 is shown in FIG. 1 as being physically independent from the control unit 130, it may also be built into the control unit 130.
  • Memory 140 may store at least one charge reference map associated with a multi-stage constant current charging protocol for battery 11 . Each charging reference map will be described in more detail below.
  • the control unit 130 may turn on the relay 20 in response to the key-on signal.
  • the control unit 130 may turn off the relay 20 in response to the key-off signal.
  • the key-off signal indicates a transition from an active state to an idle state.
  • the vehicle controller 2 may be responsible for on-off control of the relay 20 instead of the control unit 130.
  • the use state is a state in which the battery 11 is being charged and discharged, and may also be referred to as a 'cycle state'.
  • the dormant state is a state in which charging and discharging of the battery 11 is stopped, and may also be referred to as a 'calendar state'.
  • the control unit 130 detects a voltage detection value, a current detection value, a battery temperature detection value, and an ambient temperature signal based on the voltage signal, current signal, battery temperature signal, and ambient temperature signal.
  • the state of charge (SOC) of the battery 11 may be determined (estimated) based on the voltage detection value, current detection value, and/or battery temperature detection value.
  • SOC is the ratio of the remaining capacity to the fully charged capacity (maximum capacity) of the battery 11, and is usually processed in the range of 0 to 1 or 0 to 100%.
  • known methods such as ampere counting, OCV (Open Circuit Voltage)-SOC curve, and/or Kalman filter may be used.
  • OCV Open Circuit Voltage
  • FIG. 2 is a diagram referenced to describe an exemplary first charging reference map used in a charging procedure using a multi-stage constant current charging protocol.
  • the first charge reference map CRM1 is a table or function representing the correspondence between the charge rate and the SOC and temperature of the battery 11, and may be referred to as a 'charge rate map'.
  • the first charging reference map (CRM1) includes the first to M SOC sections (S#1 to S#M) and the first to N temperature sections (T#1 to T#1) associated with the multi-stage constant current charging protocol. A total of M ⁇ N charging rates for T#N) are recorded.
  • M and N are each natural numbers of 2 or more.
  • the symbol C#m_n used in this specification represents the charging rate associated with the SOC section (S#m) and the temperature section (T#n). Additionally, the size (width) of the SOC section (S#m) is the difference between the start and end points of the SOC section (S#m). For example, in Figure 2, the starting point of the SOC section (S#3) is 20%, the ending point is 30%, and the size is 10%.
  • the symbol ⁇ S#m used in this specification represents the size of the SOC section (S#m).
  • the first to M SOC sections may be divided from the entire SOC range predetermined as the target of a charging procedure using a multi-stage constant current charging protocol. That is, the start point of the first SOC section is the same as the start point of the entire SOC range, and the end point of the Mth SOC section (S#M) is the same as the end point of the entire SOC range associated with the multi-stage constant current charging protocol.
  • the endpoint of the entire SOC range can be preset as the target SOC.
  • the end point of the preceding section among the two adjacent sections may coincide with the starting point of the following section. For example, the end point of the first SOC section coincides with the start point of the second SOC section.
  • the charging rate associated with the SOC section S#j may be less than or equal to the charging rate associated with the SOC section S#i.
  • the charging rate (C# 10_1 ) 0.2 C associated with the SOC section (S#10) is less than the charging rate (C# 9_1) 0.3 C associated with the SOC section (S#9 ).
  • the charging rate associated with the temperature section (T#y) may be greater than or equal to the charging rate associated with the SOC section (T#x).
  • the charging rate (C# 5_3 ) 1.2 C associated with the temperature section (T#3) is greater than the charging rate (C# 5_2 ) 1.0 C associated with the temperature section (T#2).
  • the above-described example assumes that the first to eighth temperature sections (T#1 to T#8) are divided from a predetermined appropriate temperature range. Therefore, it should be understood that at temperatures lower than the starting point of the temperature section (T#1) or higher than the ending point of the temperature section (T#8), the change in charge rate according to temperature and SOC may be determined differently from FIG. 2. .
  • the SOC estimate of the battery 11 at the current time belongs to the SOC section (S#1) and the temperature detection value belongs to the temperature section (T#2)
  • the charge rate of 1.0 C (C# 1_2) ) Constant current charging is carried out using ).
  • the temperature of the battery 11 at the end point of the SOC section (S#1) may actually fall within the temperature section (T#3) due to constant current charging in the SOC section (S#1)
  • the conventional method When predicting the remaining charging time, it is assumed that the temperature of the battery 11 will remain in the temperature section (T#2) even in the SOC section (S#2).
  • 1.0 C which is the charging rate (C# 2_2 ) associated with the temperature section (T#2) and SOC section (S#2), and the charging rate (C# 3_3 ) associated with the temperature section (T#3) and SOC section (S#2).
  • 1.2 C has a difference of 0.2 C, and this difference creates a difference between the time predicted to be required for charging from the start point to the end point of the SOC section (S#2) and the time actually required.
  • the present invention predicts the battery temperature in the next SOC section (e.g., S#2) during constant current charging in a specific SOC section (e.g., S#1), and reflects the predicted battery temperature in the subsequent SOC section (e.g., S In #2), predict which of the N charging rates will be selected, and then predict the predicted charging time in the SOC section (e.g., S#2) based on the predicted charging rate. Accordingly, compared to the conventional method described above, there is a technical effect in that the predicted charging time for each SOC section from the current SOC section to the last SOC section can be obtained closer to the actual value.
  • FIG. 3 is a schematic diagram referenced to explain an example of a total remaining time estimation process executed by the battery management system 100 shown in FIG. 1 .
  • S tA and T tA represent the SOC estimate and temperature detection value of the battery 11 at the time when the estimation operation of the total remaining time to the target SOC is executed, that is, at the current time.
  • the control unit 130 identifies the SOC section (S# m ) and temperature section (T# n ) to which the SOC estimate (S tA) and temperature detection value (T tA) belong, and the SOC section (S#m) and temperature
  • the charging rate (C#m_n) associated with the section (T#n) can be obtained from the first charging reference map (CRM1).
  • the control unit 130 divides the capacity corresponding to the SOC difference ( ⁇ S#m) by the charging rate (C#m_n), so that the SOC of the battery 11 is at the end point of the SOC section (S#m) from the current point.
  • the maximum capacity of the battery 11 can be estimated using any one or a combination of two or more of various known methods.
  • the control unit 130 calculates the accumulated current amount over the period from when the SOC of the battery 11 is at the first value until it reaches the second value.
  • the current maximum capacity of the battery 11 can be calculated by dividing by the difference of 2 values.
  • the control unit 130 multiplies the SOH (State Of Health) calculated through any one of various known methods or a combination of two or more by a predetermined design capacity (maximum capacity of a new battery) to determine the maximum capacity of the battery 11. You can also decide.
  • control unit 130 inputs the charging rate (C#m_n) and the charging time estimate ( ⁇ t#m) into a pre-given thermal model, from the current point until reaching the end point of the SOC section (S#m). Determine the predicted temperature change ( ⁇ T#m) of the battery 11.
  • the thermal model will be described separately later.
  • the control unit 130 adds the temperature change prediction amount ( ⁇ T#m) to the temperature detection value (T tA ), and adds the temperature prediction value (T tB) indicating the temperature of the battery 11 at the end point of the SOC section (S#m). ) is determined.
  • the end point of the SOC section (S#m) coincides with the start point of the SOC section (S#(m+1))
  • the temperature prediction value (T tB ) indicates that the SOC of the battery 11 in the future will be in the SOC section. It also represents the temperature of the battery 11 when it reaches the starting point of (S#(m+1)).
  • the operation of predicting the charging time prediction value for the SOC section (S#(m+1)) is that in determining the charging rate in the first charging reference map (CRM1), the temperature prediction value (T tB ) is used instead of the temperature detection value (T tA ). Except that it is used, it is common with the prediction operation of the charging time estimate for the SOC section (S#m).
  • the control unit 130 repeats the above-described process for each SOC section until the charging time prediction value for the SOC section to which the target SOC belongs is determined, thereby changing the current SOC section (S#m) to the last SOC section (S#M).
  • Charging time estimates for each may be sequentially determined. Therefore, if you add up all the charging time predictions determined for the current SOC section (S#m) to the last SOC section (S#M), the estimated charging time from the present to the last SOC section (S#M) is completed. The total remaining time may be determined.
  • Inputs to the thermal model include charge rate, battery temperature, and charge time estimates.
  • the battery temperature value input to the thermal model may be a temperature detection value acquired using the battery temperature sensor 115 or the temperature prediction value described above.
  • the output of the thermal model includes temperature change predictions.
  • the equation below is an example of a temperature change estimation function that can be used as a thermal model.
  • T BAT is the battery temperature value
  • ⁇ is the adjustment coefficient (predetermined)
  • I is the charging current value corresponding to the charging rate
  • R is the internal resistance value of the battery 11
  • C H is the internal resistance value of the battery 11.
  • Heat capacity (predetermined) ⁇ t is the charging time
  • T ATM is the ambient temperature value
  • ⁇ is the heat exchange coefficient (predetermined).
  • R and T ATM may each be fixed values given in advance.
  • R may be a variable value that can be adjusted by the control unit 130 according to the charging status of the battery 11.
  • T ATM in the above formula the outside temperature detection value acquired using the outside temperature sensor 117 can be used.
  • FIG. 4 is a diagram referenced in explaining an exemplary second charging reference map used in a charging procedure using a multi-stage constant current charging protocol.
  • CCM2 second charging reference map
  • CCM1 first charging reference map
  • the second charge reference map (CRM2) is a table or function representing the correspondence between internal resistance value and temperature of the battery 11, and may be referred to as a 'resistance value map'. there is.
  • R#m_n represents the internal resistance value associated with the SOC section (S#m) and the temperature section (T#n).
  • the internal resistance value associated with the SOC section closer to the target SOC tends to gradually increase.
  • the internal resistance value (R# 10_1 ) of 26.1m ⁇ associated with the SOC section (S#10) is the internal resistance value (R# 9_1) of 25.6m ⁇ associated with the SOC section (S#9 ). greater than m ⁇ .
  • the internal resistance value associated with the relatively higher temperature section tends to gradually decrease.
  • the internal resistance value (R# 5_3 ) 6.4 m ⁇ associated with the temperature section (T#3) is 11.3 m ⁇ . Smaller than m ⁇ .
  • FIG. 4 is used in explaining the present invention. It should be understood as a simple example.
  • the internal resistance value obtained from the second charging reference map (CRM2) is exemplified with reference to the above formula.
  • FIG. 5 is a schematic diagram referenced to explain another example of an estimation process of total remaining time executed by the battery management system shown in FIG. 1.
  • the estimation process shown in FIG. 5 is different from the estimation process shown in FIG. 3 in that it additionally utilizes the internal resistance value obtained from the second charging reference map (CRM2), and is different from the estimation process described above with reference to FIG. 3.
  • CCM2 second charging reference map
  • S tA and T tA are the SOC estimate and temperature detection value of the battery 11 at the current time, respectively.
  • the control unit 130 refers to the first charging charge rate (C#m_n) associated with the SOC section (S#m) and temperature section (T#n) to which the SOC estimate (S tA ) and temperature detection value (T tA ) belong. It can be obtained from the map (CRM1). Additionally, the control unit 130 may obtain the internal resistance value (R#m_n) associated with the SOC section (S#m) and the temperature section (T#n) from the second charging reference map (CRM2).
  • control unit 130 determines the charging time prediction value ( ⁇ t#m), and then adds the internal resistance value (R#m_n) along with the charging rate (C#m_n) and the charging time prediction value ( ⁇ t#m) to the thermal model. Enter the temperature change prediction amount ( ⁇ T#m).
  • the control unit 130 adds the predicted temperature change amount ( ⁇ T#m) to the temperature detection value (T tA ) and determines the predicted temperature value (T tB ).
  • the prediction operation of the charging time prediction value for the SOC section (S#(m+1)) following the current SOC section (S#m) is performed at the current time in determining the charging rate in the first charging reference map (CRM1). of the charging time prediction for the SOC section (S#m) described above, except that the predicted temperature (T tB ) at the end point of the SOC section (S#m) is used instead of the temperature detection value (T tA ) of It is common with estimation motion.
  • the current ambient temperature detection value acquired using the ambient temperature sensor 117 is converted to T ATM of the thermal model. You can enter it.
  • the outside temperature usually does not change significantly during charging of the battery 11. Therefore, whenever the predicted temperature change for each SOC section where the charging procedure will be performed after the current point is determined, the outside temperature value detected by the outside temperature sensor 117 at the start of charging (or the current point) is the same as the thermal model. It is okay to enter it repeatedly.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for predicting battery charging time according to the first embodiment of the present invention.
  • the method of FIG. 6 may be executed by the battery management system 100 at set times while charging the battery 11 using a multi-stage constant current charging protocol.
  • only the first charging reference map (CRM1) is used among the first charging reference map (CRM1) and the second charging reference map (CRM2).
  • step S610 the control unit 130 determines the SOC estimate of the battery 11 based on the voltage detection value, current detection value, and battery temperature detection value of the battery 11. do.
  • the control unit 130 records the voltage detection value, current detection value, temperature detection value, and SOC estimate determined at each set time in the memory 140.
  • the ambient temperature detection value (T ATM ) may be additionally determined.
  • step S620 the control unit 130 determines the mth SOC section (S#m, where m is M or less) to which the SOC estimate of the battery 11 belongs from the first charging reference map (CRM1) associated with the multi-stage constant current charging protocol. is a natural number) and determines the mth charge rate (C#m_n) associated with the temperature section (T#n) to which the temperature detection value belongs.
  • the mth SOC section (S#m) may be the current SOC section, and the mth charging rate may indicate the size of the charging current used for constant current charging in the mth SOC section (S#m).
  • step S630 the control unit 130 determines the mth charging rate (C#m_n) and the SOC difference ( ⁇ S#m) between the SOC estimate and the end point of the mth SOC section (S#m). Determine the charging time estimate at (S#m).
  • step S640 the control unit 130 sets the end point of the mth SOC section (S#m) based on the mth charging rate (C#m_n) and the mth charging time prediction value in the mth SOC section (S#m). Determine the temperature forecast at . If the outside temperature detection value (T ATM ) is determined in step S610, the temperature prediction value at the end point of the mth SOC section (S#m) may be determined based on the outside temperature detection value (T ATM ) in step S640. .
  • Step S640 described above can be executed on the condition that m is less than M.
  • the fact that m is less than M means that there remains at least one SOC section following the mth SOC section (S#m) in which the charging procedure is currently in progress. That is, if the mth SOC section (S#m) is not the Mth SOC section (S#M), step S640 may be performed.
  • Step S640 may include steps S642 and S644.
  • step S642 the control unit 130 uses a pre-given thermal model to start from the mth SOC estimate based on the mth charge rate (C#m_n) and the predicted charging time in the mth SOC section (S#m). Determine the predicted temperature change ( ⁇ T#m) up to the end point of the SOC section (S#m).
  • step S644 the control unit 130 adds the predicted temperature change ( ⁇ T#m) from the SOC estimate to the end point of the mth SOC section (S#m) to the temperature detection value, and adds the predicted temperature change ( ⁇ T#m) from the SOC estimate to the end point of the mth SOC section (S#m) to the temperature detection value. ) Determine the predicted temperature at the end point.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for predicting battery charging time according to a second embodiment of the present invention.
  • the method of FIG. 7 may be executed by the battery management system 100 at set times while charging the battery 11 using a multi-stage constant current charging protocol.
  • both the first charging reference map (CRM1) and the second charging reference map (CRM2) are used.
  • step S710 the control unit 130 determines the SOC estimate of the battery 11 based on the voltage detection value, current detection value, and battery temperature detection value of the battery 11. do.
  • Step S710 is substantially the same as step S610.
  • step S720 the control unit 130 determines the mth SOC section (S#m) to which the SOC estimate of the battery 11 belongs and the temperature detection value to which it belongs, from the first charging reference map (CRM1) associated with the multi-stage constant current charging protocol. Determine the mth charging rate (C#m_n) associated with the temperature interval (T#n). Step S720 is substantially the same as step S620.
  • step S722 the control unit 130 determines the mth internal resistance value (R) associated with the mth SOC section (S#m) and the temperature section (T#n) to which the temperature detection value belongs in the second charging reference map (CRM2). Determine #m_n).
  • step S730 the control unit 130 determines the mth charging rate (C#m_n) and the SOC difference ( ⁇ S#m) between the SOC estimate and the end point of the mth SOC section (S#m). Determine the charging time estimate at (S#m).
  • Step S730 is substantially the same as step S630.
  • step S740 the control unit 130 performs the mth charging rate (C#m_n), the charging time estimate in the mth SOC section (S#m), and the mth internal resistance value (R#m_n). Determine the predicted temperature at the end point of the SOC interval (S#m). If the outside temperature detection value (T ATM ) is determined in step S710, the temperature prediction value at the end point of the mth SOC section (S#m) may be determined in step S740 based on the outside temperature detection value (T ATM ). Like step S640 described above, step S740 may be executed on the condition that I is less than M.
  • Step S740 may include steps S742 and S744.
  • step S742 the control unit 130 uses a pre-given thermal model to determine the mth charge rate (C#m_n), the predicted charging time in the mth SOC section (S#m), and the mth internal resistance value (R#). Based on m_n), the predicted temperature change ( ⁇ T#m) from the SOC estimate to the end point of the mth SOC section (S#m) is determined.
  • step S744 the control unit 130 adds the predicted temperature change ( ⁇ T#m) from the SOC estimate to the end point of the m-th SOC section (S#m) to the temperature detection value, and adds the predicted temperature change ( ⁇ T#m) from the SOC estimate to the end point of the m-th SOC section (S#m) ) Determine the predicted temperature at the end point.
  • Figure 8 is a flowchart illustrating a method for predicting battery charging time according to a third embodiment of the present invention.
  • the method of Figure 8 may be performed subsequent to the method of Figure 6 or the method of Figure 7, provided that m is less than M.
  • m is less than M.
  • only the first charging reference map (CRM1) among the first charging reference map (CRM1) and the second charging reference map (CRM2) is used.
  • step S810 the control unit 130 sets the section index k equal to (m+1).
  • step S820 the control unit 130 determines the charging time prediction value in the (k-1)th SOC section (S#(k-1)) and the (k-1)th SOC section (S#(k-1)). It is determined whether the determination of the temperature prediction value at the end point is complete. If the value of step S820 is “Yes,” the process proceeds to step S830.
  • step S830 the control unit 130 operates at the end point of the kth SOC section (S#k) and the (k-1)th SOC section (S#(k-1)) in the first charging reference map (CRM1). Determine the kth charging rate associated with the temperature range to which the temperature forecast falls.
  • step S840 the control unit 130 determines the predicted charging time in the k-th SOC section (S#k) and the k-th SOC section ( Determine the predicted temperature at the end point of S#k).
  • Step S840 may include steps S842 and S844.
  • step S842 the control unit 130 uses a pre-given thermal model in the k-th SOC section (S#k) based on the k-th charging rate and the predicted charging time in the k-th SOC section (S#k). Determine the predicted amount of temperature change.
  • step S844 the control unit 130 adds the predicted temperature change in the kth SOC section (S#k) to the predicted temperature value at the end point of the (k-1)th SOC section (S#(k-1)). Thus, the predicted temperature value at the end point of the kth SOC section (S#k) is determined.
  • step S850 the control unit 130 determines whether the section index k is equal to M.
  • M can be said to be the identification number of the last SOC section (S#M) to which the target SOC belongs.
  • the fact that the section index k is equal to M means that the determination of the charging time estimate for the last SOC section (S#M) has been completed. If the value of step S850 is “No”, the process proceeds to step S852, increases the section index k by 1, and then returns to step S820. That is, steps S820 to S852 described above may be repeated from when k is (m+1) until it increases to M.
  • step S850 If the value of step S850 is “Yes,” the process proceeds to step S860.
  • step S860 the control unit 130 adds up the m to M th charging time estimates until the charging procedure using the multi-stage constant current charging protocol is terminated (i.e., when the SOC of the battery reaches the target SOC). Determine the total remaining time (until).
  • the m-th to M-th charging time prediction values correspond one-to-one to the m-th to M-th SOC sections (S#m to S#M).
  • Figure 9 is a flowchart illustrating a method for predicting battery charging time according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the method of FIG. 9 may be executed subsequent to the method of FIG. 6 or the method of FIG. 7, provided that m, which is the section index of the SOC section (S#m) in which the charging procedure is currently in progress, is less than M.
  • m which is the section index of the SOC section (S#m) in which the charging procedure is currently in progress, is less than M.
  • both the first charging reference map (CRM1) and the second charging reference map (CRM2) are used.
  • Step S910 the control unit 130 sets the section index k equal to (m+1).
  • Step S910 is substantially the same as step S810.
  • step S920 the control unit 130 determines the charging time prediction value in the (k-1)th SOC section (S#(k-1)) and the (k-1)th SOC section (S#(k-1)). It is determined whether the determination of the temperature prediction value at the end point is complete. Step S920 is substantially the same as step S820.
  • step S930 the control unit 130 operates at the end point of the kth SOC section (S#k) and the (k-1)th SOC section (S#(k-1)) in the first charging reference map (CRM1). Determine the kth charging rate associated with the temperature range to which the temperature forecast falls.
  • Step S930 is substantially the same as step S830.
  • step S932 the control unit 130 operates at the end point of the kth SOC section (S#k) and the (k-1)th SOC section (S#(k-1)) in the second charging reference map (CRM2). Determine the kth internal resistance value associated with the temperature range to which the predicted temperature value belongs.
  • step S940 the control unit 130 provides a predicted charging time in the k-th SOC section (S#k) based on the k-th charging rate, the size of the k-th SOC section (S#k), and the k-th internal resistance value. Determine the temperature prediction value at the end point of the kth SOC section (S#k).
  • Step S940 may include steps S942 and S944.
  • step S942 the control unit 130 uses a pre-given thermal model to determine the kth charging rate, the predicted charging time in the kth SOC section (S#k), and the kth internal resistance value in the kth SOC section. Determine the predicted temperature change at (S#k).
  • step S944 the control unit 130 adds the predicted temperature change in the kth SOC section (S#k) to the predicted temperature value at the end point of the (k-1)th SOC section (S#(k-1)).
  • the predicted temperature value at the end point of the kth SOC section (S#k) is determined.
  • step S950 the control unit 130 determines whether the section index k is equal to M. If the value of step S950 is “No”, the process proceeds to step S952. If the value in step S950 is “No”, the process proceeds to step S952, increases the section index k by 1, and then returns to step S920. If the value of step S950 is “Yes,” the process proceeds to step S960. Steps S950 and S952 are substantially the same as steps S850 and S852.
  • step S960 the control unit 130 determines the total remaining time until the charging procedure using the multi-stage constant current charging protocol is terminated by summing the mth to Mth charging time prediction values. Step S960 is substantially the same as step S860.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method for predicting battery charging time according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the method of FIG. 10 provides that constant current charging for each SOC section for which the charging time estimate is determined by any one of the first to fourth embodiments described above with reference to FIGS. 6 to 9 is actually completed, and the corresponding SOC It can be executed to adjust the section.
  • step S1010 the control unit 130 determines the actual temperature change amount in the mth SOC section (S#m). If the mth SOC section (S#m) is the SOC section at the start of charging using the multi-stage constant current charging protocol, the battery temperature detection value at the start of charging and the end point of the mth SOC section (S#m) The difference between battery temperature detection values may be determined as the actual temperature change amount in the mth SOC section (S#m).
  • the difference between the two battery temperature detection values at the start and end points of the mth SOC section (S#m) is the mth SOC section. It can be determined by the actual temperature change in the SOC section (S#m).
  • step S1020 the control unit 130 determines whether the actual amount of temperature change in the mth SOC section (S#m) is greater than the predicted amount of temperature change in the mth SOC section (S#m). If the value of step S1020 is “Yes,” the process proceeds to step S1030.
  • step S1030 the control unit 130 adjusts the mth SOC section (S#m) according to the difference between the actual temperature change amount and the predicted temperature change amount in the mth SOC section (S#m).
  • control unit 130 may decrease the end point of the mth SOC section (S#m) by an adjustment value that has a predetermined positive correlation with respect to the difference. Accordingly, the size of the mth SOC section (S#m) is reduced by the adjustment value.
  • the end point of the mth SOC section (S#m) is advanced by the adjustment value, meaning that the start point of the (m+1)th SOC section (S#(m+1)) is also adjusted by the adjustment value. It means advancing by the value. Accordingly, the size of the (m+1)th SOC section (S#(m+1)) is increased by the adjustment value.
  • section index m is described, but it can also be commonly applied to the remaining section indexes below M.
  • the charging procedure for the SOC section in which an unexpected temperature increase occurred is terminated early, while the charging procedure for the SOC section following the corresponding SOC section is started early.
  • the first charging reference map (CRM1) described above with reference to FIG. 3 if it is written so that a relatively small charging rate tends to be associated with a relatively high SOC section, the charging rate that causes excessive temperature rise By early switching to another, lower charge rate, the charging procedure using the multi-stage constant current charging protocol can be safely continued.
  • the first charging reference map CRM1 is corrected to prevent overheating of the battery 11 due to charging.
  • control unit 130 may also correct the second charging reference map CRM2 to correspond to the correction of the first charging reference map CRM1. For example, when a specific SOC section of the first charging reference map CRM1 is adjusted, the specific SOC section of the second charging reference map CRM2 may also be adjusted in the same way.
  • the embodiments of the present invention described above are not only implemented through devices and methods, but may also be implemented through a program that realizes the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded.
  • the implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs based on the description of the embodiments described above.

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Abstract

배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 충전 시간 예측 방법이 제공된다. 상기 배터리 관리 시스템은, 제1 내지 제M SOC 구간 및 제1 내지 제N 온도 구간에 대한 총 M × N개의 충전율이 기록되어 있는 제1 충전 참조 맵을 저장하는 메모리와, 배터리의 전압, 전류 및 온도를 검출하는 센싱부 및 상기 배터리의 SOC 추정치를 결정하는 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 제1 충전 참조 맵에서, 상기 SOC 추정치가 속하는 제m SOC 구간 및 상기 온도 검출치가 속하는 온도 구간에 연관된 제m 충전율을 결정한다. 상기 제어부는, 상기 제m 충전율 및 상기 SOC 추정치와 상기 제m SOC 구간의 종료점 간의 SOC 차이를 기초로, 상기 제m SOC 구간에서의 충전 시간 예측치를 결정한다.

Description

배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 충전 시간 예측 방법
본 발명은, 배터리의 잔여 충전 시간을 추정하는 기술에 관한 것이다.
본 출원은 2022년 09월 15일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2022-0116579호 및 2023년 04월 25일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2023-0054311호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 차량, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
배터리를 충전함에 있어서, 충전 전류의 충전율(C-rate)이 작을 경우에는 배터리를 완충하기까지 매우 긴 시간이 요구된다. 반면, 충전 전류의 충전율이 지나치게 높을 경우, 배터리가 빠르게 퇴화되는 부작용이 있다. 따라서, 정전류 충전 중, 배터리의 상태에 맞춰 충전 전류의 충전율을 단계적으로 조절할 필요가 있다. 참고로, 충전율('C-rate'이라고 칭할 수도 있음)이란, 충전 전류를 배터리의 최대 용량으로 나눈 값으로서, 단위로는 'C'를 사용한다.
정전류 충전 시의 충전율을 단계적으로 조절하기 위해 이른바 '멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜(multi-stage constant-current charging protocol)'을 가지는 충전율 맵이 주로 활용된다. 복수의 온도 구간 각각에 대해 별도의 충전율 맵이 작성될 수 있으며, 특정 충전율 맵은 특정 온도 구간에 연관된 복수의 충전율과 복수의 전환 조건 간의 관계가 기록된 테이블 또는 함수이다. 특정 충전율 맵에 기록된 복수의 충전율 중 어느 하나를 이용한 충전 중에 배터리의 상태가 특정 전환 조건(예, SOC가 60%에 도달)을 만족하게 되면, 다음 순서의 충전율이 충전 전류로서 배터리에 공급될 수 있다.
관련하여, 배터리의 충전 중에 배터리의 SOC가 목표 SOC(예, 완충 상태)가 되기까지 남은 시간이 얼마나 되는지를 사용자에게 통지할 필요가 있다.
종래에는, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 중에 충전율을 단계적으로 변경함에 있어서, 배터리의 온도 변화를 반영하는 방안이 부재하여, 충전 시작 시점에서의 배터리 온도가 줄 곧 유지된다는 가정 하에 잔여 충전 시간을 예측하고 있었다.
그런데, 배터리 온도는 충전 중에 대체로 증가하는 특성을 가진다는 점은 기술상식이며, 따라서 전술된 종래의 방식에 따라 예측된 잔여 충전 시간은 실제로 소요된 충전 시간과는 큰 괴리를 보인다는 문제가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 중, 각 스테이지(SOC 범위)에서의 배터리의 온도 변화를 예측하여 다음 스테이지에서 이용될 충전율을 추정하고, 추정된 충전율에 따라 각 스테이지에서의 충전 시간 예측치를 예측하는 과정을 반복함으로써, 배터리의 SOC가 목표 SOC에 도달할 때까지의 잔여 충전 시간의 예측 정확도를 향상시킬 수 있는 배터리 관리 시스템, 상기 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 팩, 상기 배터리 팩을 포함하는 전기 차량 및 상기 배터리 관리 시스템에서 실행 가능한 배터리 충전 시간 예측 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.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 시스템은, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 연관된 제1 내지 제M SOC 구간(M은 2 이상의 자연수임) 및 제1 내지 제N 온도 구간(N은 2 이상의 자연수임)에 대한 총 M × N개의 충전율이 기록되어 있는 제1 충전 참조 맵을 저장하도록 구성되는 메모리, 배터리의 전압, 전류 및 온도를 검출하도록 구성되는 센싱부, 및 상기 배터리에 대한 충전 절차의 시작 시점부터 소정 시간 간격으로, 전압 검출치, 전류 검출치 및 온도 검출치를 기초로 상기 배터리의 SOC 추정치를 결정하도록 구성되는 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 제1 충전 참조 맵에서, 상기 SOC 추정치가 속하는 제m SOC 구간(m는 M 이하의 자연수임) 및 상기 온도 검출치가 속하는 온도 구간에 연관된 제m 충전율을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제m 충전율 및 상기 SOC 추정치와 상기 제m SOC 구간의 종료점 간의 SOC 차이를 기초로, 상기 제m SOC 구간에서의 충전 시간 예측치를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, m이 M 미만인 경우, 상기 제m SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 더 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제m SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치는, 제(m+1) SOC 구간의 시작점에서의 상기 배터리의 온도를 나타낸다.
상기 제어부는, 미리 주어진 써멀 모델을 이용하여, 상기 제m 충전율 및 상기 제m SOC 구간에서의 충전 시간 예측치를 기초로, 상기 SOC 추정치부터 상기 제m SOC 구간의 종료점까지의 온도 변화 예측량을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 SOC 추정치부터 상기 제m SOC 구간의 종료점까지의 온도 변화 예측량을 상기 온도 검출치에 합산하여, 상기 제m SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 메모리는, 상기 제1 내지 제M SOC 구간 및 상기 제1 내지 제N 온도 구간에 대한 총 M × N개의 내부 저항값이 기록되어 있는 제2 충전 참조 맵을 더 저장하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제2 충전 참조 맵으로부터, 상기 제m SOC 구간 및 상기 온도 검출치가 속하는 온도 구간에 연관된 제m 내부 저항값을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 미리 주어진 써멀 모델을 이용하여, 상기 제m 충전율, 상기 제m SOC 구간에서의 충전 시간 예측치 및 상기 제m 내부 저항값을 기초로, 상기 SOC 추정치부터 상기 제m SOC 구간의 종료점까지의 온도 변화 예측량을 결정하도록 구성될 수 잇다. 상기 제어부는, 상기 SOC 추정치부터 상기 제m SOC 구간의 종료점까지의 온도 변화 예측량을 상기 온도 검출치에 합산하여, 상기 제m SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제m SOC 구간에 대한 충전 절차가 완료 시, 상기 SOC 추정치부터 상기 제m SOC 구간의 종료점까지의 온도 변화 예측량을 실제 온도 변화량과 비교하여, 상기 제m SOC 구간을 조정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, k가 (m+1) 이상 M 이하의 자연수라고 할 때, 제(k-1) SOC 구간에서의 충전 시간 예측치 및 상기 제(k-1) SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치에 대한 결정이 완료된 경우, 상기 제1 충전 참조 맵에서, 제k SOC 구간 및 상기 제(k-1) SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치가 속하는 온도 구간에 연관된 제k 충전율을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제k 충전율, 및 상기 제k SOC 구간의 크기를 기초로, 상기 제k SOC 구간에서의 충전 시간 예측치 및 상기 제k SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제M SOC 구간에서의 충전 시간 예측치에 대한 결정이 완료된 경우, 상기 제m 내지 제M 충전 시간 예측치를 합산하여, 상기 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차가 종료될 때까지의 총 잔여 시간을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제(k-1) SOC 구간에서의 충전 시간 예측치 및 상기 제(k-1) SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치에 대한 결정이 완료된 경우, 미리 주어진 써멀 모델을 이용하여, 상기 제k 충전율 및 상기 제k SOC 구간에서의 충전 시간 예측치를 기초로, 상기 제k SOC 구간에서의 온도 변화 예측량을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제k SOC 구간에서의 온도 변화 예측량을 상기 제(k-1) SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치에 합산하여, 상기 제k SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 메모리는, 상기 제1 내지 제M SOC 구간 및 상기 제1 내지 제N 온도 구간에 대한 총 M × N개의 내부 저항값이 기록되어 있는 제2 충전 참조 맵을 더 저장하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제2 충전 참조 맵으로부터, 상기 제k SOC 구간 및 상기 제(k-1) SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치가 속하는 온도 구간에 연관된 제k 내부 저항값을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제k 충전율, 상기 제k 충전 시간 예측치 및 상기 제k 내부 저항값을 기초로, 상기 제k SOC 구간에서의 온도 변화 예측량을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제k SOC 구간에서의 온도 변화 예측량 상기 제k SOC 구간 및 상기 제(k-1) SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치에 합산하여, 상기 제k SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제k SOC 구간에 대한 충전 절차가 완료 시, 상기 제k SOC 구간에서의 온도 변화 예측량을 실제 온도 변화량과 비교하여, 상기 제k SOC 구간을 조정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 관리 시스템을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전기 차량은, 상기 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 충전 시간 예측 방법은, 배터리에 대한 충전 절차의 시작 시점부터 소정 시간 간격으로 상기 배터리 관리 시스템에 의해 실행 가능하도록 제공된다. 상기 배터리 충전 시간 예측 방법은, 상기 배터리의 전압 검출치, 전류 검출치 및 온도 검출치를 기초로 상기 배터리의 SOC 추정치를 결정하는 단계, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 연관된 제1 내지 제M SOC 구간 및 제1 내지 제N 온도 구간에 대한 총 M × N개의 충전율이 기록되어 있는 제1 충전 참조 맵으로부터, 상기 SOC 추정치가 속하는 제m SOC 구간(m는 M 이하의 자연수임) 및 상기 온도 검출치가 속하는 온도 구간에 연관된 제m 충전율을 결정하는 단계, 및 상기 제m 충전율, 및 상기 SOC 추정치와 상기 제m SOC 구간의 종료점 간의 SOC 차이를 기초로, 상기 제m SOC 구간에서의 충전 시간 예측치를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 배터리 충전 시간 예측 방법은, m가 M 미만인 경우, 상기 제m SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 결정하는 단계를 더 포함한다. 상기 제m SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치는, 제(m+1) SOC 구간의 시작점에서의 상기 배터리의 온도를 나타낸다.
상기 제m SOC 구간에서의 제m 충전 시간 예측치를 결정하는 단계는, 미리 주어진 써멀 모델을 이용하여, 상기 제m 충전율 및 상기 제m SOC 구간에서의 충전 시간 예측치를 기초로, 상기 SOC 추정치부터 상기 제m SOC 구간의 종료점까지의 온도 변화 예측량을 결정하는 단계, 및 상기 SOC 추정치부터 상기 제m SOC 구간의 종료점까지의 온도 변화 예측량을 상기 온도 검출치에 합산하여, 상기 제m SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배터리 충전 시간 예측 방법은, K가 (m+1) 이상 M 이하의 자연수라고 할 때, 제(k-1) SOC 구간에서의 충전 시간 예측치 및 상기 제(k-1) SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치에 대한 결정이 완료된 경우, 상기 제1 충전 참조 맵에서, 제k SOC 구간 및 상기 제(k-1) SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치가 속하는 온도 구간에 연관된 제k 충전율을 결정하는 단계, 및 상기 제k 충전율, 및 상기 제k SOC 구간의 크기를 기초로, 상기 제k SOC 구간에서의 충전 시간 예측치 및 상기 제k SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 충전 시간 예측 방법은, 상기 제M SOC 구간에서의 충전 시간 예측치에 대한 결정이 완료된 경우, 상기 제m 내지 제M 충전 시간 예측치를 합산하여, 상기 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차가 종료될 때까지의 총 잔여 시간을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 중, 각 스테이지(SOC 범위)에서의 배터리의 온도 변화를 예측하여 다음 스테이지에서 이용될 충전율을 추정하고, 추정된 충전율에 따라 각 스테이지에서의 충전 시간 예측치를 예측하는 과정을 반복함으로써, 배터리의 SOC가 목표 SOC에 도달할 때까지의 잔여 충전 시간의 예측 정확도를 향상할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리의 온도뿐만 아니라 외기 온도를 추가적으로 활용하여 각 스테이지에서의 배터리의 온도 변화를 예측함으로써, 잔여 충전 시간의 예측 정확도를 더욱 향상할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 각 스테이지에 대한 온도 변화량 예측치와 실제 온도 변화량의 차이에 따라 해당 스테이지의 종료점을 조정함으로써, 향후에 재개될 충전 절차에서의 잔여 충전 시간의 예측 정확도를 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 발명에 따른 전기 차량의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차에 이용되는 예시적인 제1 충전 참조 맵을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 관리 시스템에 의해 실행되는 총 잔여 시간의 추정 프로세스의 일 예를 설명하는 데에 참조되는 모식도이다.
도 4는 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차에 이용되는 예시적인 제2 충전 참조 맵을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 배터리 관리 시스템에 의해 실행되는 총 잔여 시간의 추정 프로세스의 다른 예를 설명하는 데에 참조되는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 충전 시간 예측 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 충전 시간 예측 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 충전 시간 예측 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 배터리 충전 시간 예측 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 배터리 충전 시간 예측 방법을 예시적으로 보여주는 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.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
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(유닛)>와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 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.
도 1은 본 발명에 따른 전기 차량의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 전기 차량(1)은, 차량 컨트롤러(2), 배터리 팩(10), 릴레이(20), 인버터(30) 및 전기 모터(40)를 포함한다. 배터리 팩(10)의 충방전 단자(P+, P-)는, 충전 케이블 등을 통해 충전기(3)에 전기적으로 결합될 수 있다. 충전기(3)는, 전기 차량(1)에 포함된 것이거나, 충전 스테이션에 마련된 것일 수 있다.
차량 컨트롤러(2)(예, ECU: Electronic Control Unit)는, 전기 차량(1)에 마련된 시동 버튼(미도시)이 사용자에 의해 ON-위치로 전환된 것에 응답하여, 키-온 신호를 배터리 관리 시스템(100)에게 전송하도록 구성된다. 차량 컨트롤러(2)는, 시동 버튼이 사용자에 의해 OFF-위치로 전환된 것에 응답하여, 키-오프 신호를 배터리 관리 시스템(100)에게 전송하도록 구성된다. 충전기(3)는, 차량 컨트롤러(2)와 통신하여, 배터리 팩(10)의 충방전 단자(P+, P-)를 통해 정전류 또는 정전압의 충전 전력을 공급할 수 있다.
배터리 팩(10)은, 배터리(11) 및 배터리 관리 시스템(100)을 포함한다.
배터리(11)는, 셀 그룹(12) 및 케이스(13)를 포함한다. 케이스(13)는, 배터리(11)의 전체적인 외형을 정의하고, 셀 그룹(12)이 배치될 수 있는 내부 공간을 제공한다. 케이스(13)는, 전기 차량(1)에 마련된 배터리 룸에 볼트 등을 통해 고정 체결된다.
셀 그룹(12)은, 케이스(13)로부터 제공된 내부 공간에 배치(수납)되는 것으로서, 적어도 하나의 배터리 셀(BC)을 포함한다. 배터리 셀(BC)은, 예컨대 리튬 이온 셀과 같이 반복적인 충방전이 가능한 것이라면, 그 종류는 특별히 한정되지 않는다.
셀 그룹(12)이 복수의 배터리 셀을 포함하는 경우, 이들 복수의 배터리 셀은 직렬, 병렬 또는 직병렬이 혼합되어 연결될 수 있다.
릴레이(20)는, 배터리(11) 및 인버터(30)를 연결하는 전력 경로를 통해, 배터리(11)에 전기적으로 직렬 연결된다. 도 1에서는, 릴레이(20)가 배터리(11)의 양극 단자와 충방전 단자(P+) 사이에 연결된 것으로 예시되어 있다. 릴레이(20)는, 배터리 관리 시스템(100)으로부터의 스위칭 신호에 응답하여, 온오프 제어된다. 릴레이(20)는, 코일의 자기력에 의해 온오프되는 기계식 컨택터이거나, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor)과 같은 반도체 스위치일 수 있다.
인버터(30)는, 배터리 관리 시스템(100) 또는 차량 컨트롤러(2)로부터의 명령에 응답하여, 셀 그룹(12)으로부터의 직류 전류를 교류 전류로 변환하도록 제공된다.
전기 모터(40)는, 인버터(30)로부터의 교류 전력을 이용하여 구동한다. 전기 모터(40)로는, 예컨대 3상 교류 모터(40)를 이용할 수 있다.
배터리 관리 시스템(100)은, 전압 센서(111), 전류 센서(113), 배터리 온도 센서(115) 및 제어부(130)를 포함한다. 배터리 관리 시스템(100)은, 외기 온도 센서(117)를 더 포함할 수 있다. 배터리 관리 시스템(100)은, 통신 회로(150)를 더 포함할 수 있다.
전압 센서(111)는, 배터리(11)에 병렬 연결되어, 배터리(11)의 양단에 걸친 전압인 배터리 전압을 검출하고, 검출된 배터리 전압을 나타내는 전압 신호를 생성하도록 구성된다.
전류 센서(113)는, 배터리(11)와 인버터(30) 간의 전류 경로를 통해 배터리(11)에 직렬로 연결된다. 전류 센서(113)는, 배터리(11)를 통해 흐르는 전류인 배터리 전류를 검출하고, 검출된 배터리 전류를 나타내는 전류 신호를 생성하도록 구성된다. 전류 센서(113)는, 션트 저항체, 홀 효과 소자 등과 같은 공지의 전류 검출 소자들 중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 구현될 수 있다.
배터리 온도 센서(115)는, 배터리 온도를 검출하고, 검출된 배터리 온도를 나타내는 온도 신호를 생성하도록 구성된다. 배터리 온도 센서(115)는, 배터리(11)의 실제 온도와 근접한 온도를 검출할 수 있도록, 케이스(13) 내에 배치될 수 있다. 예컨대, 배터리 온도 센서(115)는 셀 그룹(12)에 포함된 적어도 하나의 배터리 셀(BC)의 표면에 부착될 수 있으며, 배터리 셀(BC)의 표면 온도를 배터리 온도로서 검출할 수 있다.
전압 센서(111), 전류 센서(113) 및 배터리 온도 센서(115)를 '센싱부'라고 칭할 수 있다.
외기 온도 센서(117)는, 배터리(11)로부터 이격된 소정 위치의 온도인 외기 온도(분위기 온도)를 검출하고, 검출된 외기 온도를 나타내는 온도 신호를 생성하도록 구성된다. 외기 온도 센서(117)는, 배터리(11)와 외기 간의 열 교환이 이루어지는 케이스(13) 외부의 소정 위치에 배치될 수 있다.
배터리 온도 센서(115)와 외기 온도 센서(117) 각각은, 열전대, 서미스터, 바이메탈 등과 같은 공지의 온도 검출 소자들 중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 구현될 수 있다.
통신 회로(150)는, 제어부(130)와 차량 컨트롤러(2) 간의 유선 통신 또는 무선 통신을 지원하도록 구성된다. 유선 통신은 예컨대 캔(CAN: contoller area network) 통신일 수 있고, 무선 통신은 예컨대 지그비나 블루투스 통신일 수 있다. 물론, 제어부(130)와 차량 컨트롤러(2) 간의 유무선 통신을 지원하는 것이라면, 통신 프토토콜의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다. 통신 회로(150)는, 제어부(130) 및/또는 차량 컨트롤러(2)로부터 수신된 정보를 사용자가 인식 가능한 형태로 제공하는 출력 디바이스(예, 디스플레이, 스피커)를 포함할 수 있다.
제어부(130)는, 릴레이(20), 전압 센서(111), 전류 센서(113), 배터리 온도 센서(115), 외기 온도 센서(117) 및 통신 회로(150)에 동작 가능하게 결합된다. 두 구성이 동작 가능하게 결합된다는 것은, 단방향 또는 양방향으로 신호를 송수신 가능하도록 두 구성이 직간접적으로 연결되어 있음을 의미한다.
제어부(130)는, 전압 센서(111)로부터의 전압 신호, 전류 센서(113)로부터의 전류 신호, 배터리 온도 센서(115)로부터의 온도 신호('배터리 온도 신호'라고 칭할 수 있음) 및/또는 외기 온도 센서(117)로부터의 온도 신호('외기 온도 신호'라고 칭할 수 있음)를 수집할 수 있다. 제어부(130)는, 내부에 마련된 ADC(Analog to Digital Converter)를 이용하여, 센서들(111, 113, 115, 117)로부터 수집된 각각의 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환 및 기록할 수 있다.
제어부(130)는, '제어 회로' 또는 '배터리 컨트롤러'라고 칭할 수 있으며, 하드웨어적으로 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
메모리(140)는, 예컨대 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. 메모리(140)는, 제어부(130)에 의한 연산 동작에 요구되는 데이터 및 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리(140)는, 제어부(130)에 의한 연산 동작의 결과를 나타내는 데이터를 저장할 수 있다. 도 1에는 메모리(140)가 제어부(130)로부터 물리적으로 독립된 것으로 도시되어 있으나, 제어부(130) 내에 내장될 수도 있다.
메모리(140)는, 배터리(11)에 대한 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 연관된 적어도 하나의 충전 참조 맵을 저장하고 있을 수 있다. 각 충전 참조 맵에 대해서는 이하에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
제어부(130)는, 키-온 신호에 응답하여, 릴레이(20)를 턴 온시킬 수 있다. 제어부(130)는, 키-오프 신호에 응답하여, 릴레이(20)를 턴 오프시킬 수 있다. 키-오프 신호는, 사용 상태로부터 휴지 상태로의 전환을 나타낸다. 대안적으로, 릴레이(20)의 온오프 제어는, 제어부(130) 대신 차량 컨트롤러(2)가 담당할 수 있다.
릴레이(20)가 턴 온되어 있는 동안, 배터리(11)는 사용 상태로 된다. 반대로, 릴레이(20)가 턴 오프되어 있는 동안, 배터리(11)는 휴지 상태로 된다. 사용 상태란, 배터리(11)가 충방전 중인 상태이며, '사이클 상태'라고 칭할 수도 있다. 휴지 상태란, 배터리(11)의 충방전이 정지된 상태이며, '캘린더 상태'라고 칭할 수도 있다.
제어부(130)는, 배터리(11)가 사용 상태로 있는 동안, 전압 신호, 전류 신호, 배터리 온도 신호 및 외기 온도 신호를 기초로, 전압 검출치, 전류 검출치, 배터리 온도 검출치 및 외기 온도 검출치를 결정한 다음, 전압 검출치, 전류 검출치 및/또는 배터리 온도 검출치에 기초하여 배터리(11)의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 결정(추정)할 수 있다. SOC는, 배터리(11)의 완전 충전 용량(최대 용량)에 대한 잔존 용량의 비율로서, 통상 0~1 또는 0~100%의 범위로 처리된다. SOC의 결정에는, 암페어 카운팅, OCV(Open Circuit Voltage)-SOC 커브 및/또는 칼만 필터 등과 같은 공지의 방식이 활용될 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 단순히 '온도 검출치'로 기재된 것은, 배터리 온도 검출치를 지칭하는 것일 수 있다.
도 2는 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차에 이용되는 예시적인 제1 충전 참조 맵을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 2를 참조하면, 제1 충전 참조 맵(CRM1)은 배터리(11)의 SOC 및 온도에 대한 충전율의 대응 관계를 나타내는 테이블 또는 함수이며, '충전율 맵'이라고 칭할 수 있다.
상세하게는, 제1 충전 참조 맵(CRM1)에는, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 연관된 제1 내지 제M SOC 구간(S#1~S#M) 및 제1 내지 제N 온도 구간(T#1~T#N)에 대한 총 M × N개의 충전율이 기록되어 있다. 여기서, M과 N은 각각 2 이상의 자연수이다.
m은 M 이하의 자연수이고, n은 N 이하의 자연수라고 할 때, 본 명세서에서 사용된 부호 C#m_n는 SOC 구간(S#m) 및 온도 구간(T#n)에 연관된 충전율을 나타낸다. 또한, SOC 구간(S#m)의 크기(폭)는, SOC 구간(S#m)의 시작점과 종료점 간의 차이이다. 일 예로, 도 2에 있어서, SOC 구간(S#3)의 시작점은 20%이고 종료점은 30%이며, 크기는 10%이다. 본 명세서에서 사용된 부호 ΔS#m는 SOC 구간(S#m)의 크기를 나타낸다.
제1 내지 제M SOC 구간(S#1~S#M)은, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차의 대상으로 미리 정해진 전체 SOC 범위로부터 분할된 것일 수 있다. 즉, 제1 SOC 구간의 시작점은 전체 SOC 범위의 시작점과 동일하고, 제M SOC 구간(S#M)의 종료점은 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 연관된 전체 SOC 범위의 종료점과 동일하다. 전체 SOC 범위의 종료점이 목표 SOC로서 미리 설정될 수 있다. 또한, 제1 내지 제M SOC 구간(S#1~S#M)에 있어서, 서로 인접한 두 구간 중 선행 구간의 종료점은 후행 구간의 시작점에 일치할 수 있다. 예컨대, 제1 SOC 구간의 종료점은 제2 SOC 구간의 시작점에 일치한다.
도 2에는, 전체 SOC 범위 = 0~100%, M = 10, N = 8로 예시되어 있다. 즉, 제1 내지 제10 SOC 구간(S#1~S#10) 및 제1 내지 제8 온도 구간(T#1~T#8)에 대해 총 80개의 충전율이 제1 충전 참조 맵(CRM1)에 기록되어 있다. 한편, 도 2에서는, SOC 구간(S#1~S#10) 각각의 크기가 10%로 동일한 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 예시로 이해되어야 한다. 즉, SOC 구간(S#1~S#10) 중 적어도 둘은 서로 다른 크기를 갖도록 미리 설정되어 있을 수 있다.
M 이하의 자연수인 i 및 j가 i < j이고, N 이하의 자연수인 x 및 y가 x < y라고 해보자. 도 2에 도시된 제1 충전 참조 맵(CRM1)을 살펴보면, 특정 온도 구간에서는, SOC 구간(S#j)에 연관된 충전율이 SOC 구간(S#i)에 연관된 충전율 이하일 수 있다. 일 예로, 온도 구간(T#1)에서, SOC 구간(S#10)에 연관된 충전율(C#10_1) 0.2 C는 SOC 구간(S#9)에 연관된 충전율(C#9_1) 0.3 C보다 작다.
또한, 특정 SOC 구간에서는, 온도 구간(T#y)에 연관된 충전율이 SOC 구간(T#x)에 연관된 충전율 이상일 수 있다. 일 예로, SOC 구간(S#5)에서, 온도 구간(T#3)에 연관된 충전율(C#5_3) 1.2 C는 온도 구간(T#2)에 연관된 충전율(C#5_2) 1.0 C보다 크다.
관련하여, 전술된 예는 제1 내지 제8 온도 구간(T#1~T#8)이 소정의 적정 온도 범위로부터 구획된 것으로 가정한 것이다. 따라서, 온도 구간(T#1)의 시작점보다 낮거나 온도 구간(T#8)의 종료점보다 높은 온도에서는, 온도와 SOC에 따른 충전율의 변화가 도 2와는 상이하게 정해질 수 있는 것으로 이해하여야 한다.
종래에는, 충전 중의 배터리 온도를 충전율 전환에 반영하는 방안이 부재하였다. 이 때문에, 목표 SOC에 도달할 때까지의 충전 잔여 시간을 예측함에 있어서, 현 시점에서의 배터리 온도(검출치 또는 예측치)가 목표 SOC에 도달할 때까지 동일하게 유지될 것으로 설정됨으로 인해, 목표 SOC에 도달할 때까지의 충전 잔여 시간의 예측치가 실제와는 크게 동떨어지는 상황이 빈번히 발생하였다.
예컨대, 현 시점에서의 배터리(11)의 배터리(11)의 SOC 추정치는 SOC 구간(S#1)에 속하고 온도 검출치가 온도 구간(T#2)에 속하는 경우, 1.0 C의 충전율(C#1_2)을 이용한 정전류 충전이 진행된다. 그런데, SOC 구간(S#1)에서의 정전류 충전에 의해 SOC 구간(S#1)의 종료점에서 배터리(11)의 온도가 실제로는 온도 구간(T#3)에 속하게 될 수 있음에도, 종래 방식은 충전 잔여 시간을 예측 시에 SOC 구간(S#2)에서도 배터리(11)의 온도가 온도 구간(T#2)에 머무르고 있을 것으로 상정하는 것이다. 이 경우, 온도 구간(T#2) 및 SOC 구간(S#2)에 연관된 충전율(C#2_2)인 1.0 C와 온도 구간(T#3) 및 SOC 구간(S#2)에 연관된 충전율(C#3_3)인 1.2 C는 0.2 C만큼의 차이가 있으며, 이러한 차이만큼 SOC 구간(S#2)의 시작점부터 종료점까지의 충전에 소요될 것으로 예측되는 시간과 실제로 소요되는 시간 간의 차이가 발생해버리는 것이다. 또한, SOC 구간(S#2)에 후속하는 나머지 SOC 구간(S#3~S#10) 각각에서도 예측치와 실제치의 시간 차가 존재할 수 있을 것임은 자명하며, SOC 구간(S#2~S#10)의 시간 차가 누적되면서 목표 SOC에 도달할 때까지의 총 잔여 시간에 대한 예측치와 실제치 간의 시간 차는 더더욱 커져버릴 수 있는 것이다.
본 발명은 특정 SOC 구간(예, S#1)에서의 정전류 충전 중에 다음 SOC 구간(예, S#2)에서의 배터리 온도를 예측하고, 예측된 배터리 온도를 반영하여 후속 SOC 구간(예, S#2)에서 N개의 충전율 중 어느 것이 선택될지를 예측한 다음, 예측된 충전율에 기초하여 SOC 구간(예, S#2)에서의 충전 시간 예측치를 예측한다. 이에 따라, 전술된 종래 방식에 비하여 현 SOC 구간부터 마지막 SOC 구간까지의 SOC 구간별 충전 시간 예측치를 실제치에 근접하게 구할 수 있다는 기술적 효과가 있다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 관리 시스템(100)에 의해 실행되는 총 잔여 시간의 추정 프로세스의 일 예를 설명하는 데에 참조되는 모식도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, StA 및 TtA는 목표 SOC까지의 총 잔여 시간의 추정 동작이 실행되는 시점, 즉 현 시점에서의 배터리(11)의 SOC 추정치 및 온도 검출치를 각각 나타낸다.
제어부(130)는, SOC 추정치(StA) 및 온도 검출치(TtA)이 속하는 SOC 구간(S#m) 및 온도 구간(T#n)을 식별하고, SOC 구간(S#m) 및 온도 구간(T#n)에 연관된 충전율(C#m_n)을 제1 충전 참조 맵(CRM1)에서 획득할 수 있다. 이때, 제어부(130)는, 제1 충전 참조 맵(CRM1)으로부터 SOC 구간(S#m)의 종료점을 식별하고, SOC 구간(S#m)의 종료점과 SOC 추정치(StA) 간의 SOC 차이(ΔS#m)를 결정할 수 있다. 예컨대, SOC 추정치(StA)가 35%인 경우, SOC 추정치(StA)는 SOC 구간(S#4)에 속하며, SOC 차이(ΔS#4)는 10% - 5% = 5%이다.
이어서, 제어부(130)는, SOC 차이(ΔS#m)에 대응하는 용량을 충전율(C#m_n)로 제산하여, 배터리(11)의 SOC가 현 시점으로부터 SOC 구간(S#m)의 종료점에 도달할 때까지의 잔여 시간을 나타내는 충전 시간 예측치(Δt#m)을 결정할 수 있다. 일 예로, 배터리(11)의 최대 용량이 1000mAh, SOC 차이(ΔS#m)가 5%, 그리고 충전율(C#m_n)은 1.0 C (=1000mA)라고 해보자. 그러면, SOC 차이(ΔS#m)에 대응하는 용량은 20mAh이므로, 충전 시간 예측치(Δt#m) = 20mAh/1000mA = 0.02시간이다.
참고로, 배터리(11)의 최대 용량은, 공지된 다양한 방법 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 통해 추정 가능하다. 일 예로, 제어부(130)는, 배터리(11)의 SOC가 제1 값에 있을 때부터 제2 값에 도달할 때까지의 기간에 걸친 전류 적산량을 SOC의 변화량(즉, 제1 값과 제2 값의 차이)으로 나누어 배터리(11)의 현재의 최대 용량을 산출할 수 있다. 또는, 제어부(130)는, 공지된 다양한 방법 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 통해 연산된 SOH(State Of Health)를 소정의 설계 용량(신품 배터리의 최대 용량)에 곱하여 배터리(11)의 최대 용량을 결정할 수도 있다.
다음으로, 제어부(130)는, 충전율(C#m_n)과 충전 시간 예측치(Δt#m)을 미리 주어진 써멀 모델에 입력하여, 현 시점으로부터 SOC 구간(S#m)의 종료점에 도달할 때까지의 배터리(11)의 온도 변화 예측량(ΔT#m)을 결정한다. 써멀 모델에 대해서는, 별도로 후술하기로 한다.
제어부(130)는, 온도 변화 예측량(ΔT#m)을 온도 검출치(TtA)에 합산하여, SOC 구간(S#m)의 종료점에서의 배터리(11)의 온도를 나타내는 온도 예측치(TtB)를 결정한다. 전술된 바와 같이, SOC 구간(S#m)의 종료점은 SOC 구간(S#(m+1))의 시작점과 일치하는 바, 온도 예측치(TtB)는 향후 배터리(11)의 SOC가 SOC 구간(S#(m+1))의 시작점에 도달하게 될 때의 배터리(11)의 온도를 나타내는 것이기도 하다.
SOC 구간(S#(m+1))에 대한 충전 시간 예측치의 예측 동작은, 제1 충전 참조 맵(CRM1)에서 충전율을 결정함에 있어서 온도 검출치(TtA) 대신 온도 예측치(TtB)가 이용된다는 점을 제외하고는, SOC 구간(S#m)에 대한 충전 시간 예측치의 예측 동작과 공통된다.
제어부(130)는, 전술된 과정을 목표 SOC가 속하는 SOC 구간에 대한 충전 시간 예측치가 결정될 때까지 매 SOC 구간에 대해서 반복함으로써, 현 SOC 구간(S#m) 내지 마지막 SOC 구간(S#M) 각각에 대한 충전 시간 예측치가 순차적으로 결정될 수 있다. 따라서, 현 SOC 구간(S#m) 내지 마지막 SOC 구간(S#M)에 대해 결정된 충전 시간 예측치를 모두 합산하면, 현재로부터 마지막 SOC 구간(S#M)에 대한 정전류 충전이 완료될 때까지의 총 잔여 시간이 결정될 수 있다.
지금부터, 써멀 모델의 동작에 대해 설명하겠다.
써멀 모델의 입력은 충전율, 배터리 온도값 및 충전 시간 예측치를 포함한다. 써멀 모델에 입력되는 배터리 온도값은 배터리 온도 센서(115)를 이용하여 취득된 온도 검출치 또는 전술된 온도 예측치일 수 있다. 써멀 모델의 출력은 온도 변화 예측량을 포함한다.
하기의 수식은 써멀 모델로서 이용 가능한 온도 변화 추정 함수의 일 예이다.
<수식>
Figure PCTKR2023009977-appb-img-000001
위 수식에서, TBAT은 배터리 온도값, α는 조정 계수(미리 정해져 있음), I는 충전율에 대응하는 충전 전류값, R은 배터리(11)의 내부 저항값, CH은 배터리(11)의 열용량(미리 정해져 있음), Δt는 충전 시간, TATM는 외기 온도값, β는 열 교환 계수(미리 정해져 있음)이다. 도 3을 참조하여 전술된 예시를 활용해보면, 위 수식의 I, Δt 및 TBAT에 각각 C#m_n(이에 대응하는 전류값), Δt#m 및 TtA이 입력되는 경우, 위 수식에서 출력되는 ΔT는 ΔT#m이다. 예를 들어, 배터리 셀(C)의 최대 용량(완충 용량)이 1000mAh(Apere-hour)인 경우, 충전율 1.0 C는 충전 전류의 크기가 1000mA임을 나타낸다.
R 및 TATM는 각각은 미리 주어진 고정값일 수 있다. 대안적으로, R은 배터리(11)의 충전 상황에 맞춰 제어부(130)에 의해 조정될 수 있는 가변값일 수 있다. 또한, 위 수식의 TATM로는, 외기 온도 센서(117)을 이용하여 취득되는 외기 온도 검출치가 이용될 수 있다.
도 4는 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차에 이용되는 예시적인 제2 충전 참조 맵을 설명하는 데에 참조되는 도면이다. 제2 충전 참조 맵(CRM2)에 대해 설명함에 있어서, 제1 충전 참조 맵(CRM1)과 공통된 내용에 대한 반복 설명은 생략하겠다.
도 4를 참조하면, 제2 충전 참조 맵(CRM2)은 배터리(11)의 SOC 및 온도에 대한 내부 저항값(internal resistance)의 대응 관계를 나타내는 테이블 또는 함수이며, '저항값 맵'이라고 칭할 수 있다.
제2 충전 참조 맵(CRM2)에는, 제1 내지 제M SOC 구간(S#1~S#M) 및 제1 내지 제N 온도 구간(T#1~T#N)에 대한 총 M × N개의 내부 저항값이 기록되어 있다. 본 명세서에서 사용되는 부호로서 R#m_n은, SOC 구간(S#m) 및 온도 구간(T#n)에 연관된 내부 저항값을 나타낸다.
제1 충전 참조 맵(CRM1)과 마찬가지로, 도 4에는 전체 SOC 범위 = 0~100%, M=10, N=8로 예시되어 있다. 즉, 각각 단일 SOC 구간과 단일 온도 구간의 쌍에 연관된 총 80개의 내부 저항값이 제2 충전 참조 맵(CRM2)에 기록되어 있다.
도 4에 도시된 제2 충전 참조 맵(CRM2)을 살펴보면, 특정 온도 구간에서는, 목표 SOC(예, 100%)에 근접한 SOC 구간일수록 그에 연관된 내부 저항값이 점차 증가하는 경향성이 있음을 확인할 수 있다. 일 예로, 온도 구간(T#1)에서, SOC 구간(S#10)에 연관된 내부 저항값(R#10_1) 26.1mΩ는 SOC 구간(S#9)에 연관된 내부 저항값(R#9_1) 25.6mΩ 보다 크다.
또한, 특정 SOC 구간에서는, 상대적으로 높은 온도 구간일수록 그에 연관된 내부 저항값이 점차 감소하는 경향성이 있음을 확인할 수 있다. 일 예로, SOC 구간(S#5)에서, 온도 구간(T#3)에 연관된 내부 저항값(R#5_3) 6.4mΩ는 온도 구간(T#2)에 연관된 내부 저항값(R#5_2) 11.3mΩ보다 작다.
물론, 배터리(11)의 SOC 및 온도에 대한 내부 저항값(internal resistance)의 대응 관계는 배터리(11)의 크기, 무게, 활물질 재료, 외형 등에 의존하는 것이므로, 도 4는 본 발명을 설명함에 있어서 단순한 하나의 예시로서 이해하여야 한다.
위 수식을 재참조하면, 위 수식의 R이 고정되어 있다면, 배터리(11)의 충전 중에 실제적인 내부 저항값이 각 온도 구간에서의 온도 변화량에 대한 예측에 전혀 고려될 수 없다. 따라서, SOC 구간별 충전 시간 예측치를 예측함에 있어서, 온도가 반영된 내부 저항값이 활용되지 않는다면, 배터리 온도값이 현 시점부터 일정하게 유지되는 것으로 취급하는 종래 방식과 마찬가지로, 때때로 충전 시간 예측치의 예측치와 실제치 사이에 너무나 큰 오차가 생길 수 있다. 이러한 점은 제2 충전 참조 맵(CRM2)에 기록된 내부 저항값들은 동일 SOC 구간에서도 어떤 온도 구간인지에 따라 수 배에서 수십 배 수준의 차이가 있는 것으로부터도 충분히 예견되는 문제이다.
본 발명은 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차를 거쳐야 하는 매 SOC 구간에 대한 온도 변화 예측량을 계산함에 있어서, 제2 충전 참조 맵(CRM2)에서 취득되는 내부 저항값을, 상기 수식을 참조하여 예시한 써멀 모델에 대한 입력 변수 R로 이용함으로써, 전술된 문제점을 대폭 개선할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 배터리 관리 시스템에 의해 실행되는 총 잔여 시간의 추정 프로세스의 다른 예를 설명하는 데에 참조되는 모식도이다.
도 5에 도시된 추정 프로세스는 제2 충전 참조 맵(CRM2)에서 취득되는 내부 저항값을 추가로 활용한다는 점에서 도 3에 도시된 추정 프로세스와 상이한 바, 도 3을 참조하여 전술된 추정 프로세스와 공통된 내용에 대한 설명은 최대한 생략하고, 두 추정 프로세서 간의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 1 내지 4와 함께 도 5를 참조하면, StA 및 TtA는 각각 현 시점에서의 배터리(11)의 SOC 추정치 및 온도 검출치이다.
제어부(130)는, SOC 추정치(StA) 및 온도 검출치(TtA)이 속하는 SOC 구간(S#m) 및 온도 구간(T#n)에 연관된 충전율(C#m_n)을 제1 충전 참조 맵(CRM1)에서 획득할 수 있다. 또한, 제어부(130)는, SOC 구간(S#m) 및 온도 구간(T#n)에 연관된 내부 저항값(R#m_n)을 제2 충전 참조 맵(CRM2)에서 획득할 수 있다.
이어서, 제어부(130)는, 충전 시간 예측치(Δt#m)을 결정한 다음, 충전율(C#m_n) 및 충전 시간 예측치(Δt#m)과 함께 내부 저항값(R#m_n)을 추가적으로 써멀 모델에 입력하여, 온도 변화 예측량(ΔT#m)을 결정한다.
제어부(130)는, 온도 변화 예측량(ΔT#m)을 온도 검출치(TtA)에 합산하여, 온도 예측치(TtB)를 결정한다.
현 SOC 구간(S#m)에 후속하는 SOC 구간(S#(m+1))에 대한 충전 시간 예측치의 예측 동작은, 제1 충전 참조 맵(CRM1)에서 충전율을 결정함에 있어서, 현 시점에서의 온도 검출치(TtA) 대신 SOC 구간(S#m)의 종료점에서의 온도 예측치(TtB)가 이용된다는 점을 제외하고는, 전술된 SOC 구간(S#m)에 대한 충전 시간 예측치의 추정 동작과 공통된다.
한편, 제2 충전 참조 맵(CRM2)을 활용한 내부 저항값의 추정 동작과 병행하거나 이를 대체하여, 외기 온도 센서(117)를 이용하여 취득되는 현 시점의 외기 온도 검출치를 써멀 모델의 TATM으로 입력할 수 있다.
배터리 온도와는 달리 외기 온도는 배터리(11)의 충전 중에 크게 변화하지 않는 것이 보통이다. 따라서, 현 시점 이후에 충전 절차가 진행될 각 SOC 구간에 대한 온도 변화 예측량을 결정할 때마다, 충전 시작 시점(또는 현 시점)에서 외기 온도 센서(117)에 의해 검출된 외기 온도값이 써멀 모델에 동일하게 반복 입력되어도 무방하다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 충전 시간 예측 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 6의 방법은, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용하여 배터리(11)를 충전 중, 설정 시간마다 배터리 관리 시스템(100)에 의해 실행될 수 있다. 도 6의 방법에서는 제1 충전 참조 맵(CRM1)과 제2 충전 참조 맵(CRM2) 중 제1 충전 참조 맵(CRM1)만이 이용된다.
도 1 내지 도 4 및 도 6을 참조하면, 단계 S610에서, 제어부(130)는, 배터리(11)의 전압 검출치, 전류 검출치 및 배터리 온도 검출치를 기초로 배터리(11)의 SOC 추정치를 결정한다. 제어부(130)는, 설정 시간마다 각각 결정되는 전압 검출치, 전류 검출치, 온도 검출치, 및 SOC 추정치를 메모리(140)에 기록한다. 단계 S610에서는, 외기 온도 검출치(TATM)가 추가적으로 결정될 수 있다.
단계 S620에서, 제어부(130)는, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 연관된 제1 충전 참조 맵(CRM1)으로부터, 배터리(11)의 SOC 추정치가 속하는 제m SOC 구간(S#m, m는 M 이하의 자연수임) 및 온도 검출치가 속하는 온도 구간(T#n)에 연관된 제m 충전율(C#m_n)을 결정한다. 제m SOC 구간(S#m)은 현재의 SOC 구간일 수 있고, 제m 충전율은 제m SOC 구간(S#m)에서의 정전류 충전에 이용되는 충전 전류의 크기를 나타낼 수 있다.
단계 S630에서, 제어부(130)는, 제m 충전율(C#m_n), 및 SOC 추정치와 제m SOC 구간(S#m)의 종료점 간의 SOC 차이(ΔS#m)를 기초로, 제m SOC 구간(S#m)에서의 충전 시간 예측치를 결정한다.
단계 S640에서, 제어부(130)는, 제m 충전율(C#m_n) 및 제m SOC 구간(S#m)에서의 제m 충전 시간 예측치를 기초로, 제m SOC 구간(S#m)의 종료점에서의 온도 예측치를 결정한다. 단계 S610에서 외기 온도 검출치(TATM)가 결정된 경우, 단계 S640에서는 외기 온도 검출치(TATM)에 더 기초하여, 제m SOC 구간(S#m)의 종료점에서의 온도 예측치가 결정될 수 있다.
전술된 단계 S640은, m가 M 미만인 것을 조건으로 실행될 수 있다. m이 M 미만인 것은, 현재 충전 절차가 진행 중인 제m SOC 구간(S#m)에 후속하는 적어도 하나의 SOC 구간이 남아있음을 의미한다. 즉, 제m SOC 구간(S#m)이 제M SOC 구간(S#M)이 아닌 경우, 단계 S640가 실시될 수 있다.
단계 S640은, 단계 S642 및 단계 S644를 포함할 수 있다.
단계 S642에서, 제어부(130)는, 미리 주어진 써멀 모델을 이용하여, 제m 충전율(C#m_n) 및 제m SOC 구간(S#m)에서의 충전 시간 예측치를 기초로, SOC 추정치부터 제m SOC 구간(S#m)의 종료점까지의 온도 변화 예측량(ΔT#m)을 결정한다.
단계 S644에서, 제어부(130)는, SOC 추정치부터 제m SOC 구간(S#m)의 종료점까지의 온도 변화 예측량(ΔT#m)을 온도 검출치에 합산하여, 제m SOC 구간(S#m)의 종료점에서의 온도 예측치를 결정한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 충전 시간 예측 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 7의 방법은, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용하여 배터리(11)를 충전 중, 설정 시간마다 배터리 관리 시스템(100)에 의해 실행될 수 있다. 도 7의 방법에서는 제1 충전 참조 맵(CRM1)과 제2 충전 참조 맵(CRM2) 둘 다 이용된다.
도 1 내지 도 5 및 도 7을 참조하면, 단계 S710에서, 제어부(130)는, 배터리(11)의 전압 검출치, 전류 검출치 및 배터리 온도 검출치를 기초로 배터리(11)의 SOC 추정치를 결정한다. 단계 S710은 실질적으로 단계 S610과 동일하다.
단계 S720에서, 제어부(130)는, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 연관된 제1 충전 참조 맵(CRM1)으로부터, 배터리(11)의 SOC 추정치가 속하는 제m SOC 구간(S#m) 및 온도 검출치가 속하는 온도 구간(T#n)에 연관된 제m 충전율(C#m_n)을 결정한다. 단계 S720은 실질적으로 단계 S620과 동일하다.
단계 S722에서, 제어부(130)는, 제2 충전 참조 맵(CRM2)에서, 제m SOC 구간(S#m) 및 온도 검출치가 속하는 온도 구간(T#n)에 연관된 제m 내부 저항값(R#m_n)을 결정한다.
단계 S730에서, 제어부(130)는, 제m 충전율(C#m_n), 및 SOC 추정치와 제m SOC 구간(S#m)의 종료점 간의 SOC 차이(ΔS#m)를 기초로, 제m SOC 구간(S#m)에서의 충전 시간 예측치를 결정한다. 단계 S730은 실질적으로 단계 S630과 동일하다.
단계 S740에서, 제어부(130)는, 제m 충전율(C#m_n), 제m SOC 구간(S#m)에서의 충전 시간 예측치 및 제m 내부 저항값(R#m_n)을 기초로, 제m SOC 구간(S#m)의 종료점에서의 온도 예측치를 결정한다. 단계 S710에서 외기 온도 검출치(TATM)가 결정된 경우, 단계 S740에서는 외기 온도 검출치(TATM)에 더 기초하여 제m SOC 구간(S#m)의 종료점에서의 온도 예측치가 결정될 수 있다. 전술된 단계 S640과 마찬가지로, 단계 S740은 I가 M 미만인 것을 조건으로 실행될 수 있다.
단계 S740은, 단계 S742 및 단계 S744를 포함할 수 있다.
단계 S742에서, 제어부(130)는, 미리 주어진 써멀 모델을 이용하여, 제m 충전율(C#m_n), 제m SOC 구간(S#m)에서의 충전 시간 예측치 및 제m 내부 저항값(R#m_n)을 기초로, SOC 추정치부터 제m SOC 구간(S#m)의 종료점까지의 온도 변화 예측량(ΔT#m)을 결정한다.
단계 S744에서, 제어부(130)는, SOC 추정치부터 제m SOC 구간(S#m)의 종료점까지의 온도 변화 예측량(ΔT#m)을 온도 검출치에 합산하여, 제m SOC 구간(S#m)의 종료점에서의 온도 예측치를 결정한다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 충전 시간 예측 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 8의 방법은, m가 M 미만인 것을 조건으로, 도 6의 방법 또는 도 7의 방법에 후속하여 실행될 수 있다. 도 8의 방법에서는 제1 충전 참조 맵(CRM1)과 제2 충전 참조 맵(CRM2) 중 제1 충전 참조 맵(CRM1)만이 이용된다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 단계 S810에서, 제어부(130)는, 구간 인덱스 k를 (m+1)과 동일하게 설정한다.
단계 S820에서, 제어부(130)는, 제(k-1) SOC 구간(S#(k-1))에서의 충전 시간 예측치 및 제(k-1) SOC 구간(S#(k-1))의 종료점에서의 온도 예측치에 대한 결정이 완료되었는지 여부를 판정한다. 단계 S820의 값이 "예"인 경우, 단계 S830으로 진행된다.
단계 S830에서, 제어부(130)는, 제1 충전 참조 맵(CRM1)에서, 제k SOC 구간(S#k) 및 제(k-1) SOC 구간(S#(k-1))의 종료점에서의 온도 예측치가 속하는 온도 구간에 연관된 제k 충전율을 결정한다.
단계 S840에서, 제어부(130)는, 제k 충전율, 및 제k SOC 구간(S#k)의 크기를 기초로, 제k SOC 구간(S#k)에서의 충전 시간 예측치 및 제k SOC 구간(S#k)의 종료점에서의 온도 예측치를 결정한다.
단계 S840은, 단계 S842 및 단계 S844를 포함할 수 있다.
단계 S842에서, 제어부(130)는, 미리 주어진 써멀 모델을 이용하여, 제k 충전율 및 제k SOC 구간(S#k)에서의 충전 시간 예측치를 기초로, 제k SOC 구간(S#k)에서의 온도 변화 예측량을 결정한다.
단계 S844에서, 제어부(130)는, 제k SOC 구간(S#k)에서의 온도 변화 예측량을 제(k-1) SOC 구간(S#(k-1))의 종료점에서의 온도 예측치에 합산하여, 제k SOC 구간(S#k)의 종료점에서의 온도 예측치를 결정한다.
단계 S850에서, 제어부(130)는, 구간 인덱스 k가 M과 동일한지 여부를 판정한다. M은 목표 SOC가 속하는 마지막 SOC 구간(S#M)의 식별 넘버라고 할 수 있다. 구간 인덱스 k가 M과 동일한 것은, 마지막 SOC 구간(S#M)에 대한 충전 시간 예측치의 결정이 완료되었음을 의미한다. 단계 S850의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S852로 진행하여 구간 인덱스 k를 1만큼 증가시킨 다음 단계 S820으로 회귀한다. 즉, 전술된 단계 S820 내지 S852은 k가 (m+1)인 때부터 M까지 증가할 때까지, 반복될 수 있다.
단계 S850의 값이 "예"인 경우, 단계 S860으로 진행된다.
단계 S860에서, 제어부(130)는, 제m 내지 제M 충전 시간 예측치를 합산하여, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차가 종료될 때까지(즉, 배터리의 SOC가 목표 SOC에 도달하게 될 때까지)의 총 잔여 시간을 결정한다. 제m 내지 제M 충전 시간 예측치는 제m 내지 제M SOC 구간(S#m~S#M)에 일대일로 대응한다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 배터리 충전 시간 예측 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 9의 방법은, 현재 충전 절차가 진행 중인 SOC 구간(S#m)의 구간 인덱스인 m이 M 미만인 것을 조건으로, 도 6의 방법 또는 도 7의 방법에 후속하여 실행될 수 있다. 도 9의 방법에서는 제1 충전 참조 맵(CRM1)과 제2 충전 참조 맵(CRM2) 둘 다 이용된다.
도 1 내지 도 7 및 도 9를 참조하면, 단계 S910에서, 제어부(130)는, 구간 인덱스 k를 (m+1)과 동일하게 설정한다. 단계 S910은 실질적으로 단계 S810과 동일하다.
단계 S920에서, 제어부(130)는, 제(k-1) SOC 구간(S#(k-1))에서의 충전 시간 예측치 및 제(k-1) SOC 구간(S#(k-1))의 종료점에서의 온도 예측치에 대한 결정이 완료되었는지 여부를 판정한다. 단계 S920은 실질적으로 단계 S820과 동일하다.
단계 S930에서, 제어부(130)는, 제1 충전 참조 맵(CRM1)에서, 제k SOC 구간(S#k) 및 제(k-1) SOC 구간(S#(k-1))의 종료점에서의 온도 예측치가 속하는 온도 구간에 연관된 제k 충전율을 결정한다. 단계 S930은 실질적으로 단계 S830과 동일하다.
단계 S932에서, 제어부(130)는, 제2 충전 참조 맵(CRM2)에서, 제k SOC 구간(S#k) 및 제(k-1) SOC 구간(S#(k-1))의 종료점에서의 온도 예측치가 속하는 온도 구간에 연관된 제k 내부 저항값을 결정한다.
단계 S940에서, 제어부(130)는, 제k 충전율, 제k SOC 구간(S#k)의 크기 및 제k 내부 저항값을 기초로, 제k SOC 구간(S#k)에서의 충전 시간 예측치 및 제k SOC 구간(S#k)의 종료점에서의 온도 예측치를 결정한다.
단계 S940은, 단계 S942 및 단계 S944를 포함할 수 있다.
단계 S942에서, 제어부(130)는, 미리 주어진 써멀 모델을 이용하여, 제k 충전율, 제k SOC 구간(S#k)에서의 충전 시간 예측치 및 제k 내부 저항값을 기초로, 제k SOC 구간(S#k)에서의 온도 변화 예측량을 결정한다.
단계 S944에서, 제어부(130)는, 제k SOC 구간(S#k)에서의 온도 변화 예측량을 제(k-1) SOC 구간(S#(k-1))의 종료점에서의 온도 예측치에 합산하여, 제k SOC 구간(S#k)의 종료점에서의 온도 예측치를 결정한다.
단계 S950에서, 제어부(130)는, 구간 인덱스 k가 M과 동일한지 여부를 판정한다. 단계 S950의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S952로 진행된다. 단계 S950의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S952로 진행하여 구간 인덱스 k를 1만큼 증가시킨 다음 단계 S920으로 회귀한다. 단계 S950의 값이 "예"인 경우, 단계 S960으로 진행된다. 단계 S950과 단계 S952는 실질적으로 단계 S850 및 단계 S852와 동일하다.
단계 S960에서, 제어부(130)는, 제m 내지 제M 충전 시간 예측치를 합산하여, 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차가 종료될 때까지의 총 잔여 시간을 결정한다. 단계 S960은 실질적으로 단계 S860과 동일하다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 배터리 충전 시간 예측 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 10의 방법은, 도 6 내지 도 9를 참조하여 전술된 제1 내지 제4 실시예 중 어느 하나에 의해 충전 시간 예측치가 결정된 각 SOC 구간에 대한 정전류 충전이 실제로 완료되는 것을 조건으로, 해당 SOC 구간을 조정하기 위해 실행될 수 있다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 단계 S1010에서, 제어부(130)는, 제m SOC 구간(S#m)에서의 실제 온도 변화량을 결정한다. 제m SOC 구간(S#m)이 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 시작 시점에서의 SOC 구간인 경우, 충전 시작 시점에서의 배터리 온도 검출치와 제m SOC 구간(S#m)의 종료점에서의 배터리 온도 검출치 간의 차분이 제m SOC 구간(S#m)에서의 실제 온도 변화량으로 결정될 수 있다. 제m SOC 구간(S#m)이 충전 시작 시점에서의 SOC 구간에 후속하는 SOC 구간인 경우, 제m SOC 구간(S#m)의 시작점 및 종료점에서의 두 배터리 온도 검출치 간의 차분이 제m SOC 구간(S#m)에서의 실제 온도 변화량으로 결정될 수 있다.
단계 S1020에서, 제어부(130)는, 제m SOC 구간(S#m)에서의 실제 온도 변화량이 제m SOC 구간(S#m)에서의 온도 변화 예측량보다 큰지 여부를 판정한다. 단계 S1020의 값이 "예"인 경우, 단계 S1030으로 진행된다.
단계 S1030에서, 제어부(130)는, 제m SOC 구간(S#m)에서의 실제 온도 변화량과 온도 변화 예측량 간의 차이에 따라, 제m SOC 구간(S#m)을 조정한다.
일 예로, 제어부(130)는, 제m SOC 구간(S#m)의 종료점을, 상기 차이에 대해 소정의 양의 상관 관계를 갖는 조정값만큼 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 제m SOC 구간(S#m)의 크기가 상기 조정값만큼 줄어든다. 또한, m이 M 미만인 경우, 제m SOC 구간(S#m)의 종료점이 상기 조정값만큼 앞당겨진다는 것은, 제(m+1) SOC 구간(S#(m+1))의 시작점도 상기 조정값만큼 앞당겨짐을 의미한다. 따라서, 제(m+1) SOC 구간(S#(m+1))의 크기는 상기 조정값만큼 증가된다.
도 10에서는 구간 인덱스 m에 대해서만 설명하였으나, M 이하의 나머지 구간 인덱스에 대해서도 공통으로 적용될 수 있다.
도 10을 참조하여 전술된 제5 실시예에 따르면, 예상을 넘어서는 온도 상승이 발생한 SOC 구간에 대한 충전 절차가 조기 종료되는 한편, 해당 SOC 구간에 후속하는 SOC 구간에 대한 충전 절차가 일찍 개시된다. 도 3을 참조하여 전술된 제1 충전 참조 맵(CRM1)에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상대적으로 높은 SOC 구간에 상대적으로 작은 충전율이 연관되어 있는 경향성을 갖도록 작성되어 있다면, 과도한 온도 상승을 유발한 충전율을 그보다 낮은 다른 충전율로 조기에 전환하여 멀티 스테이지 정전류 충전 프토토콜을 이용한 충전 절차를 안전하게 지속할 수 있다. 결과적으로, 충전에 의한 배터리(11)의 과열이 방지되도록, 제1 충전 참조 맵(CRM1)이 보정되는 기술적 효과가 있다.
또한, 제어부(130)는, 제1 충전 참조 맵(CRM1)의 보정에 상응하도록 제2 충전 참조 맵(CRM2) 또한 보정할 수 있다. 예를 들어, 제1 충전 참조 맵(CRM1)의 특정 SOC 구간이 조정되는 경우, 제2 충전 참조 맵(CRM2)의 상기 특정 SOC 구간도 동일하게 조정될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
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.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 연관된 제1 내지 제M SOC 구간(M은 2 이상의 자연수임) 및 제1 내지 제N 온도 구간(N은 2 이상의 자연수임)에 대한 총 M × N개의 충전율이 기록되어 있는 제1 충전 참조 맵을 저장하도록 구성되는 메모리;
    배터리의 전압, 전류 및 온도를 검출하도록 구성되는 센싱부; 및
    상기 배터리에 대한 충전 절차의 시작 시점부터 소정 시간 간격으로, 전압 검출치, 전류 검출치 및 온도 검출치를 기초로 상기 배터리의 SOC 추정치를 결정하도록 구성되는 제어부;
    를 포함하고
    상기 제어부는,
    상기 제1 충전 참조 맵에서, 상기 SOC 추정치가 속하는 제m SOC 구간(m는 M 이하의 자연수임) 및 상기 온도 검출치가 속하는 온도 구간에 연관된 제m 충전율을 결정하고,
    상기 제m 충전율 및 상기 SOC 추정치와 상기 제m SOC 구간의 종료점 간의 SOC 차이를 기초로, 상기 제m SOC 구간에서의 충전 시간 예측치를 결정하고,
    m이 M 미만인 경우, 상기 제m SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 더 결정하도록 구성되되,
    상기 제m SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치는, 제(m+1) SOC 구간의 시작점에서의 상기 배터리의 온도를 나타내는, 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    미리 주어진 써멀 모델을 이용하여, 상기 제m 충전율 및 상기 제m SOC 구간에서의 충전 시간 예측치를 기초로, 상기 SOC 추정치부터 상기 제m SOC 구간의 종료점까지의 온도 변화 예측량을 결정하고,
    상기 SOC 추정치부터 상기 제m SOC 구간의 종료점까지의 온도 변화 예측량을 상기 온도 검출치에 합산하여, 상기 제m SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 결정하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메모리는,
    상기 제1 내지 제M SOC 구간 및 상기 제1 내지 제N 온도 구간에 대한 총 M × N개의 내부 저항값이 기록되어 있는 제2 충전 참조 맵을 더 저장하도록 구성되고,
    상기 제어부는,
    상기 제2 충전 참조 맵으로부터, 상기 제m SOC 구간 및 상기 온도 검출치가 속하는 온도 구간에 연관된 제m 내부 저항값을 결정하고,
    미리 주어진 써멀 모델을 이용하여, 상기 제m 충전율, 상기 제m SOC 구간에서의 충전 시간 예측치 및 상기 제m 내부 저항값을 기초로, 상기 SOC 추정치부터 상기 제m SOC 구간의 종료점까지의 온도 변화 예측량을 결정하고,
    상기 SOC 추정치부터 상기 제m SOC 구간의 종료점까지의 온도 변화 예측량을 상기 온도 검출치에 합산하여, 상기 제m SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 결정하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제m SOC 구간에 대한 충전 절차가 완료 시,
    상기 SOC 추정치부터 상기 제m SOC 구간의 종료점까지의 온도 변화 예측량을 실제 온도 변화량과 비교하여, 상기 제m SOC 구간을 조정하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    k가 (m+1) 이상 M 이하의 자연수라고 할 때,
    제(k-1) SOC 구간에서의 충전 시간 예측치 및 상기 제(k-1) SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치에 대한 결정이 완료된 경우,
    상기 제1 충전 참조 맵에서, 제k SOC 구간 및 상기 제(k-1) SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치가 속하는 온도 구간에 연관된 제k 충전율을 결정하고,
    상기 제k 충전율, 및 상기 제k SOC 구간의 크기를 기초로, 상기 제k SOC 구간에서의 충전 시간 예측치 및 상기 제k SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 결정하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제M SOC 구간에서의 충전 시간 예측치에 대한 결정이 완료된 경우,
    상기 제m 내지 제M SOC 구간에 대해 결정된 충전 시간 예측치들을 합산하여, 상기 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차가 종료될 때까지의 총 잔여 시간을 결정하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제(k-1) SOC 구간에서의 충전 시간 예측치 및 상기 제(k-1) SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치에 대한 결정이 완료된 경우,
    미리 주어진 써멀 모델을 이용하여, 상기 제k 충전율 및 상기 제k SOC 구간에서의 충전 시간 예측치를 기초로, 상기 제k SOC 구간에서의 온도 변화 예측량을 결정하고,
    상기 제k SOC 구간에서의 온도 변화 예측량을 상기 제(k-1) SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치에 합산하여, 상기 제k SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 결정하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 메모리는,
    상기 제1 내지 제M SOC 구간 및 상기 제1 내지 제N 온도 구간에 대한 총 M × N개의 내부 저항값이 기록되어 있는 제2 충전 참조 맵을 더 저장하도록 구성되고,
    상기 제어부는,
    상기 제2 충전 참조 맵으로부터, 상기 제k SOC 구간 및 상기 제(k-1) SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치가 속하는 온도 구간에 연관된 제k 내부 저항값을 결정하고,
    상기 제k 충전율, 상기 제k 충전 시간 예측치 및 상기 제k 내부 저항값을 기초로, 상기 제k SOC 구간에서의 온도 변화 예측량을 결정하고,
    상기 제k SOC 구간에서의 온도 변화 예측량 상기 제k SOC 구간 및 상기 제(k-1) SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치에 합산하여, 상기 제k SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 결정하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제k SOC 구간에 대한 충전 절차가 완료 시,
    상기 제k SOC 구간에서의 온도 변화 예측량을 실제 온도 변화량과 비교하여, 상기 제k SOC 구간을 조정하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 관리 시스템을 포함하는, 배터리 팩.
  11. 제10항에 따른 상기 배터리 팩을 포함하는, 전기 차량.
  12. 배터리에 대한 충전 절차의 시작 시점부터 소정 시간 간격으로 실행되는 배터리 충전 시간 예측 방법에 있어서,
    상기 배터리의 전압 검출치, 전류 검출치 및 온도 검출치를 기초로 상기 배터리의 SOC 추정치를 결정하는 단계;
    멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜에 연관된 제1 내지 제M SOC 구간 및 제1 내지 제N 온도 구간에 대한 총 M × N개의 충전율이 기록되어 있는 제1 충전 참조 맵으로부터, 상기 SOC 추정치가 속하는 제m SOC 구간(m는 M 이하의 자연수임) 및 상기 온도 검출치가 속하는 온도 구간에 연관된 제m 충전율을 결정하는 단계; 및
    상기 제m 충전율, 및 상기 SOC 추정치와 상기 제m SOC 구간의 종료점 간의 SOC 차이를 기초로, 상기 제m SOC 구간에서의 충전 시간 예측치를 결정하는 단계;
    를 포함하되,
    m가 M 미만인 경우, 상기 제m SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 결정하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 제m SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치는, 제(m+1) SOC 구간의 시작점에서의 상기 배터리의 온도를 나타내는, 배터리 충전 시간 예측 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제m SOC 구간에서의 제m 충전 시간 예측치를 결정하는 단계는,
    미리 주어진 써멀 모델을 이용하여, 상기 제m 충전율 및 상기 제m SOC 구간에서의 충전 시간 예측치를 기초로, 상기 SOC 추정치부터 상기 제m SOC 구간의 종료점까지의 온도 변화 예측량을 결정하는 단계; 및
    상기 SOC 추정치부터 상기 제m SOC 구간의 종료점까지의 온도 변화 예측량을 상기 온도 검출치에 합산하여, 상기 제m SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 결정하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 충전 시간 예측 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    K가 (m+1) 이상 M 이하의 자연수라고 할 때,
    제(k-1) SOC 구간에서의 충전 시간 예측치 및 상기 제(k-1) SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치에 대한 결정이 완료된 경우, 상기 제1 충전 참조 맵에서, 제k SOC 구간 및 상기 제(k-1) SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치가 속하는 온도 구간에 연관된 제k 충전율을 결정하는 단계; 및
    상기 제k 충전율, 및 상기 제k SOC 구간의 크기를 기초로, 상기 제k SOC 구간에서의 충전 시간 예측치 및 상기 제k SOC 구간의 종료점에서의 온도 예측치를 결정하는 단계;
    를 더 포함하는, 배터리 충전 시간 예측 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제M SOC 구간에서의 충전 시간 예측치에 대한 결정이 완료된 경우,
    상기 제m 내지 제M SOC 구간에 대해 결정된 충전 시간 예측치들을 합산하여, 상기 멀티 스테이지 정전류 충전 프로토콜을 이용한 충전 절차가 종료될 때까지의 총 잔여 시간을 결정하는 단계;
    를 더 포함하는, 배터리 충전 시간 예측 방법.
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