KR100836391B1 - Estimation method of remaining capacity of battery for hybrid electric vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하이브리드 전기자동차용 배터리의 잔존용량 추정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과도구간에서도 SOC를 보정할 수 있도록 함으로써, 산악의 연속 오르막 주행 및 전기차 주행 시 배터리의 연속방전 및 내리막 주행시 배터리의 연속충전 발생으로 인한 리얼 SOC의 신뢰성 저하를 극복할 수 있고, 급격한 SOC의 변화로 인한 운전자의 불안감을 해소할 수 있도록 한 하이브리드 전기자동차용 배터리의 잔존용량 추정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for estimating the remaining capacity of a battery for a hybrid electric vehicle, and more particularly, so that the SOC can be corrected even in an over-the-counter vehicle, so that the battery can be discharged continuously and downhill during continuous mountain driving and mountain driving. The present invention relates to a method for estimating the remaining capacity of a hybrid electric vehicle battery that can overcome the deterioration of reliability of a real SOC caused by continuous charging and solve anxiety of a driver caused by a sudden SOC change.
이를 위해, 본 발명은 소정시간 마다 검출된 전류를 이용하여 SOC에 따른 배터리 단자전압 맵(MAP)을 계산하여 검출된 전압과 비교 또는 인터폴레이션 수단을 이용하여 보정용 SOC를 산출하는 단계; 및 상기 보정용 SOC에 보정계수를 적용하여 전류적산 SOC를 보정하는 단계;를 포함하고, 상기 보정계수는 배터리 정상상태에 대한 신뢰성을 나타내기 위해 소정의 기간동안 사용한 배터리의 측정 또는 연산 데이터에 근거하여 계산되는 퍼지이론의 확실계수 형태인 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 배터리의 잔존용량 추정방법을 제공한다.To this end, the present invention comprises the steps of calculating a battery terminal voltage map (MAP) according to the SOC using the current detected every predetermined time to calculate a correction SOC by using a comparison or interpolation means with the detected voltage; And correcting the current integrated SOC by applying a correction coefficient to the correction SOC, wherein the correction coefficient is based on measurement or calculation data of the battery used for a predetermined period of time to indicate reliability of the battery steady state. The present invention provides a method for estimating the remaining capacity of a hybrid electric vehicle battery, which is in the form of a certain coefficient of the calculated fuzzy theory.
Description
도 1 및 도 2는 SOC의 개념을 설명하기 위한 개략도이고,1 and 2 are schematic diagrams for explaining the concept of SOC,
도 3은 배터리 가용최대용량의 온도특성을 나타내는 그래프이고,3 is a graph showing the temperature characteristics of the maximum available battery capacity,
도 4는 배터리 가용최대용량의 열화특성을 나타내는 그래프이고,4 is a graph showing deterioration characteristics of the maximum available battery capacity,
도 5 및 도 6은 배터리 정상상태 전압을 산출하기 위한 정상상태 등가회로모델을 나타내는 도면이고,5 and 6 are views illustrating a steady state equivalent circuit model for calculating a battery steady state voltage.
도 7은 SOCR에 따른 배터리 전압을 나타내는 그래프이고,7 is a graph showing battery voltage according to SOC R ,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 잔존용량 추정방법을 설명하기 위한 제어블럭도이고,8 is a control block diagram illustrating a method of estimating remaining capacity of a battery according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 확실계수 k1을 설명하기 위한 그래프이고,9 is a graph for explaining a certain coefficient k1 according to an embodiment of the present invention,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 확실계수 k2를 설명하기 위한 그래프이고,10 is a graph for explaining a certain coefficient k2 according to an embodiment of the present invention,
도 11은 혼다방식에 의한 전류전산 대비 BMS SOC를 나타내는 그래프이고,11 is a graph showing the BMS SOC compared to the current computation by the Honda method,
도 12는 당사의 기구현 기술에 의한 전류전산 대비 BMS SOC를 나타내는 그래프이고,12 is a graph showing the BMS SOC compared to the current computation by our instrumental technology,
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 전류전산 대비 BMS SOC를 나타내는 그래프이고,FIG. 13 is a graph showing BMS SOC versus current computation according to an embodiment of the present invention.
도 14는 도 11 내지 도 13을 비교한 그래프이다.14 is a graph comparing FIGS. 11 to 13.
본 발명은 하이브리드 전기자동차용 배터리의 잔존용량 추정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과도구간에서도 SOC를 보정할 수 있도록 함으로써, 산악의 연속 오르막 주행 및 전기차 주행 시 배터리의 연속방전 및 내리막 주행시 배터리의 연속충전 발생으로 인한 리얼 SOC의 신뢰성 저하를 극복할 수 있고, 급격한 SOC의 변화로 인한 운전자의 불안감을 해소할 수 있도록 한 하이브리드 전기자동차용 배터리의 잔존용량 추정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for estimating the remaining capacity of a battery for a hybrid electric vehicle, and more particularly, so that the SOC can be corrected even in an over-the-counter vehicle, so that the battery can be discharged continuously and downhill during continuous mountain driving and mountain driving. The present invention relates to a method for estimating the remaining capacity of a hybrid electric vehicle battery that can overcome the deterioration of reliability of a real SOC caused by continuous charging and solve anxiety of a driver caused by a sudden SOC change.
일반적으로, 배터리를 에너지원으로 사용하는 순수 전기 자동차와, 에너지 버퍼로 사용하는 엔진 하이브리드 전기 자동차 및 연료 전지 하이브리드 전기 자동차에서 배터리는 차량의 품질을 결정하는 주요한 부품중의 하나이다.In general, in pure electric vehicles using batteries as energy sources, engine hybrid electric vehicles and fuel cell hybrid electric vehicles using energy buffers, batteries are one of the major components that determine the quality of a vehicle.
따라서, 이러한 배터리에 대한 제반적인 상태를 총괄하여 관리하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)은 배터리 수명의 조기 단축을 방지 하고, 총합제어를 수행하는 차량 제어기에 배터리의 SOC 정보를 알려줌으로써 발전제어와 주행 제어를 지원해 준다.Accordingly, the Battery Management System (BMS), which manages the overall state of the battery, prevents premature shortening of battery life and informs the SOC information of the battery to the vehicle controller performing total control. It supports control and driving control.
상기 배터리 관리 시스템(BMS)의 주요기능은 배터리의 SOC 예측과 만충전 감지, 각 셀 모듈간 전압의 균형 유지, 배터리의 SOC에 따른 최대 충전 및 방전 전압의 제어, 안전 관리 및 냉각 제어 등을 수행하는 것이다.The main functions of the battery management system (BMS) are to predict the SOC of the battery and to detect the full charge, to balance the voltage between each cell module, to control the maximum charge and discharge voltage according to the SOC of the battery, safety management and cooling control It is.
상기 배터리 SOC란 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 배터리의 가용최대용량(Qmax) 대비 현재보유용량(Qt)의 백분율로 다음 수학식 1과 같다. 이때 도 3에서 BOL은 배터리의 수명이 시작되는 시점(Begin Of Life)이고, EOL은 배터리의 수명이 끝나는 시점(End Of Life)이다.As shown in FIGS. 2 and 3, the battery SOC is a percentage of the current storage capacity Q t relative to the maximum available capacity Qmax of the battery. In this case, in FIG. 3, BOL is a beginning of life of a battery, and EOL is an end of life.
그러나, 배터리의 가용최대용량(Qmax)은 도 4에 도시한 바와 같이 배터리 온도에 따라 가용할 수 있는 용량이 변화하고, 도 5에 도시한 바와 같이 배터리 열화/노화에 따라 용량이 줄어드는 특성을 갖는다.However, the maximum usable capacity Qmax of the battery has the characteristic that the available capacity varies according to the battery temperature as shown in FIG. 4 and the capacity decreases as the battery deteriorates / ages as shown in FIG. 5. .
이와 같이 배터리 SOC를 추정할 수 있는 종래의 기초기술을 정리하면 다음 표 1과 같다. 이러한 방식을 응용하여 HEV 및 BMS 메이커별 SOC 추정로직을 개발하고 있다.In this manner, the conventional basic techniques for estimating battery SOC are summarized in Table 1 below. By applying this method, SOC estimation logic for each HEV and BMS maker is being developed.
배터리의 SOC를 계산하는 방법으로는 충전 및 방전 전류량을 측정하여 현재의 SOC를 계산하는 것이 통상적으로 이용되고 있는데, 이를 위하여 전류 센서에서 검출되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정에서 전류량의 누적 오차가 발생한다.As a method of calculating the SOC of the battery, it is commonly used to calculate the current SOC by measuring the charge and discharge current amounts. For this purpose, the cumulative error of the current amount in converting the analog signal detected by the current sensor into a digital signal is used. Occurs.
따라서, 누적 오차를 줄이기 위한 방안으로 A/D 컨버터의 사양과 전류 센서의 정밀도를 높여야 하므로 시스템 비용이상승을 초래하게 된다.Therefore, in order to reduce the cumulative error, the specification of the A / D converter and the accuracy of the current sensor must be increased, resulting in a system cost increase.
또한, 배터리의 내부 저항에 의한 자가 방전과 배터리 온도 효율에 의한 영향으로 SOC 오차가 발생한다.In addition, SOC errors occur due to self discharge due to battery internal resistance and battery temperature efficiency.
배터리를 에너지원으로 사용하는 순수 전기 자동차의 경우 정형화된 충전방법을 적용하고 있으며, 배터리의 만충전이 종료된 이후에 SOC가 100%로 재설정되도록 되어 있어 만충전 종료후 오차가 발생되더라도 누적되는 오차가 적게 발생된다.In the case of pure electric vehicles that use batteries as an energy source, a standard charging method is applied, and the SOC is reset to 100% after the battery is fully charged. Less frequently.
그러나, 배터리를 에너지 버퍼로 사용하는 엔진 하이브리드 전기 자동차 및 연료 전지 하이브리드 전기 자동차는 순수 전기 자동차의 경우처럼 일정한 주기마다 만충전이 수행되지 않고, 일정 SOC 영역에서 지속적인 사용이 요구되므로, 이로 인한 누적 오차를 보상하지 못하는 경우 SOC의 동작 범위를 초과하게 되어 배터리의 수명 단축과 차량 에너지 효율 감소뿐만 아니라 시스템 동작 전압을 초과하는 경우가 발생하게 되는 문제점이 발생한다.However, engine hybrid electric vehicles and fuel cell hybrid electric vehicles that use a battery as an energy buffer are not charged at regular intervals as in the case of pure electric vehicles, and require continuous use in a constant SOC region. Failure to compensate may result in exceeding the operating range of the SOC, resulting in shortening the battery life and vehicle energy efficiency as well as exceeding the system operating voltage.
즉, 배터리를 에너지 버퍼로 사용하는 엔진 하이브리드 전기 자동차 및 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 경우에 배터리의 SOC는 환경에 따라 변화하는 제어 파라미터들이 많아 실제 배터리 SOC를 정확히 따라가기가 쉽지 않고 시간이 지남에 따라 누적되는 오차가 커지게 되어 차량 효율의 저하 및 배터리의 조기 손상을 일으키게 되는 문제점이 있다.In other words, in engine hybrid electric vehicles and fuel cell hybrid electric vehicles that use batteries as energy buffers, the SOC of the battery has many control parameters that change according to the environment, making it difficult to accurately follow the actual battery SOC, and over time. The cumulative error is increased, which causes a decrease in vehicle efficiency and early damage to the battery.
또한, 특허출원 2000-82936호에서는 배터리가 SOC에 따른 고유의 내부 저항을 갖는 특성을 이용하여 배터리의 충방전 단자의 전압으로부터 SOC를 예측하는 방법이 제시되어 있는데, 하이브리드 시스템은 동적상태의 충방전 싸이클 특성을 갖고 있어 내부 저항을 이용한 SOC의 예측이 쉽지 않은 단점이 있다.In addition, Patent Application 2000-82936 discloses a method for predicting SOC from the voltage of a charge / discharge terminal of a battery by using a characteristic in which the battery has an intrinsic internal resistance according to the SOC. Due to the cycle characteristics, it is difficult to predict SOC using internal resistance.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 미국특허 6,845,332 B2(2005.1.18)에 는 배터리 전류와 단자전압으로부터 기전력을 산출하여 실제(REAL) SOC를 구한 후 전류적산으로 계산된 SOC를 수정하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법의 내용을 정리하면 다음 표 2와 같다.In order to solve the above problems, US Patent No. 6,845,332 B2 (2005.1.18) discloses a method of correcting an SOC calculated by current integration after calculating an actual SOC by calculating electromotive force from a battery current and a terminal voltage. have. The contents of this method are summarized in Table 2 below.
미국특허 6,522,148 B2(2003.2.18)에는 배터리 전압이 상한 경계치 및 하한 경계치 범위를 초과할 경우 전류적산으로 계산된 SOC를 상한 SOC 및 하한 SOC로 리셋 및 전류적산 SOC의 이득계수를 산출하는 방법이 개시되어 있고, 이 방법의 내용을 정리하면 다음 표 3과 같다.U.S. Patent No. 6,522,148 B2 (2003.2.18) describes a method for calculating the gain coefficients of reset and current integrated SOC with the upper limit SOC and the lower limit SOC when the battery voltage exceeds the upper and lower threshold ranges. Is disclosed, and the contents of this method are summarized in Table 3 below.
상기 표 2 및 표 3 방식의 공통점은 전류적산 베이스의 SOC 계산 방법이고, 전류적산 SOC의 단점인 전류오차누적 문제를 해결하기 위해 배터리 전압을 사용한 SOC 보정방식으로 구성되어 있다.The common features of Tables 2 and 3 are the SOC calculation method of the current integration base, and is composed of the SOC correction method using the battery voltage to solve the current error accumulation problem, which is a disadvantage of the current integration SOC.
또한 표 2 및 표 3 방식의 차이점은 전압 SOC 산출 방식에 있으며, 이는 SOC 추정 성능을 결정하는 주된 인자이다.In addition, the difference between the Table 2 and Table 3 method is the voltage SOC calculation method, which is a major factor in determining the SOC estimation performance.
그러나, 표 4에 나타낸 바와 같이 도요타 방식의 경우에 리얼 SOC 검출의 최적 조건은 충전/방전 에너지, 크기 및 횟수 등 균형이 이루어질 때이나, 산악 연속 오르막 주행 또는 EV 주행 시 배터리의 연속 방전 및 산악 내리막 주행시 배터리 연속 충전 발생으로 리얼 SOC 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.However, as shown in Table 4, the optimum conditions for real SOC detection in the case of the Toyota system are when the balance of charge / discharge energy, size and frequency is balanced, or when the battery is continuously discharged and the mountain is downhill during mountain continuous uphill driving or EV driving. There is a problem in that the reliability of the real SOC is degraded due to continuous charging of the battery while driving.
또한, 혼다 방식의 경우에 상한/하한 SOC 리셋으로 인한 비연속적 SOC 변화 발생(최대 30%)으로 SOC 추정 신뢰성이 저하되고, 특히 SOC 리셋 발생시 SOC의 순간적인 변화로 HCU 주행제어시 급격한 변화가 발생하고, 상기 급격한 SOC 변화는 운전자에게 불안감을 조성한다.In addition, in case of Honda system, SOC estimation reliability decreases due to discontinuous SOC change (up to 30%) due to upper / lower SOC reset, and sudden change occurs during HCU driving control due to instantaneous change of SOC when SOC reset occurs. The sudden SOC change creates anxiety for the driver.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 과도구간에서도 SOC를 보정할 수 있도록 함으로써, 산악의 연속 오르막 주행 및 전기차 주행 시 배터 리의 연속방전 및 내리막 주행시 배터리의 연속충전 발생으로 인한 리얼 SOC의 신뢰성 저하를 극복할 수 있고, 급격한 SOC의 변화로 인한 운전자의 불안감을 해소할 수 있도록 한 하이브리드 전기자동차용 배터리의 잔존용량 추정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, by allowing the SOC to be corrected even between the tools, real SOC due to the continuous discharge of the battery during the continuous uphill driving and electric vehicle driving in the mountain and the continuous charging of the battery during the downhill driving The purpose of the present invention is to provide a method for estimating the remaining capacity of a hybrid electric vehicle battery, which can overcome the reliability deterioration and solve the driver's anxiety caused by the sudden SOC change.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하이브리드 전기자동차용 배터리의 잔존용량 추정방법에 있어서,The present invention for achieving the above object in the method for estimating the remaining capacity of a battery for a hybrid electric vehicle,
소정시간 마다 검출된 전류를 이용하여 SOC에 따른 배터리 단자전압 맵(MAP)을 계산하여 검출된 전압과 비교 또는 인터폴레이션 수단을 이용하여 보정용 SOC를 산출하는 단계; 및 상기 보정용 SOC에 보정계수를 적용하여 전류적산 SOC를 보정하는 단계;를 포함하고, 상기 보정계수는 배터리 정상상태에 대한 신뢰성을 나타내기 위해 소정의 기간동안 사용한 배터리의 측정 또는 연산 데이터에 근거하여 계산되는 퍼지이론의 확실계수 형태인 것을 특징으로 한다.Calculating a battery terminal voltage map (MAP) according to the SOC by using the detected current at each predetermined time and calculating a correction SOC by using a comparison or interpolation means with the detected voltage; And correcting the current integrated SOC by applying a correction coefficient to the correction SOC, wherein the correction coefficient is based on measurement or calculation data of the battery used for a predetermined period of time to indicate reliability of the battery steady state. It is characterized by a certain coefficient form of the fuzzy theory calculated.
바람직한 구현예로서, 상기 보정용 SOC를 산출하는 단계는 복수의 배터리 셀/모듈이 직렬로 연결된 배터리 팩의 잔존용량을 추정하기 위해 배터리 전압을 측정하는 단계와, 배터리 온도를 측정하는 단계와, 배터리 충전/방전 전류를 측정하는 단계와, 상기 측정된 전류를 적산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the step of calculating the SOC for calibration includes measuring a battery voltage to estimate a remaining capacity of a battery pack in which a plurality of battery cells / modules are connected in series, measuring a battery temperature, and charging a battery. And measuring the discharge current, and integrating the measured current.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부한 도 5 및 도 6은 배터리 정상상태 전압을 산출하기 위한 정상상태 등가회로모델을 나타내는 도면이고, 도 7은 SOCR에 따른 배터리 전압을 나타내는 그래프이다.5 and 6 are diagrams illustrating a steady state equivalent circuit model for calculating a battery steady state voltage, and FIG. 7 is a graph showing a battery voltage according to SOC R.
종래의 전류적산 SOC의 단점인 전류오차누적 문제를 해결하기 위한 당사의 현재 SOC 보정방법은 전류적산방식을 주로 사용하고 배터리의 정상상태 전압을 산출하여 단자전압과 비교하는 방식으로 리얼 SOC를 추정하여 전류적산 SOC를 보정해 가는 방식이다.Our current SOC correction method to solve the current error accumulation problem, which is a disadvantage of the conventional integrated current SOC, mainly uses the current integration method, calculates the steady state voltage of the battery, and compares it with the terminal voltage to estimate the real SOC. This is the method of correcting the current integrated SOC.
즉, 상기 배터리 정상상태 전압을 산출하기 위해서 내부저항과 기전력만으로 구성된 정상상태 등가회로모델(공개특허 제2005-0015767호)을 적용하고, 이런 배터리 정상상태의 특성을 적용한 배터리 잔존용량 추정 기술로서 전류적산 SOC 보정을 SOC 리셋 적용(공개특허 제2003-0050125)하여 이미 구현하였다.In other words, in order to calculate the battery steady state voltage, a steady state equivalent circuit model consisting of only internal resistance and electromotive force is applied (Patent No. 2005-0015767), and current as a battery remaining capacity estimation technique applying the characteristics of the battery steady state. Accumulated SOC correction is already implemented by applying SOC reset (Patent No. 2003-0050125).
그러나 상기 기 구현기술은 배터리 정상상태에서만 작동하므로, SOC 리셋시 급격한 SOC 변동으로(혼다 방식의 문제점과 동일) SOC 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.However, since the pre-implemented technology operates only in the normal state of the battery, SOC reliability is degraded due to a sudden SOC fluctuation (same as the problem of the Honda method) upon SOC reset.
여기서, 본 발명의 일실시예는 기 구현기술의 문제점을 해결하기 위해 과도구간에서도 SOC를 보정할 수 있도록 함으로써, 산악의 연속 오르막 주행 및 전기차 주행 시 배터리의 연속방전 및 내리막 주행시 배터리의 연속충전 발생으로 인한 리얼 SOC의 신뢰성 저하(도요타 방식)를 극복할 수 있고, 급격한 SOC의 변화(혼다 방식 또는 기 구현기술)로 인한 운전자의 불안감을 해소할 수 있다.Here, one embodiment of the present invention to correct the SOC even between the tools in order to solve the problems of the implementation technology, by the continuous discharge of the battery during mountain continuous uphill driving and electric vehicle driving and continuous charging of the battery during downhill driving It can overcome the deterioration of reliability of the real SOC (Toyota method), and can solve the driver's anxiety caused by the rapid change of SOC (Honda method or existing technology).
상기 과도구간에서도 SOC를 보정하기 위해 퍼지이론을 적용하고, 이는 배터리 정상상태에 대한 확실계수(CF, Certain Factor)로 반영되어 도요타 및 혼다방식의 문제점을 보완할 수 있다.Fuzzy theory is applied to the SOC to correct the SOC, and this may be reflected as a certain factor (CF) for the steady state of the battery to compensate for the problems of the Toyota and Honda systems.
본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 전기자동차용 배터리의 잔존용량 추정방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 잔존용량 추정방법을 설명하기 위한 제어블럭도이다.Referring to the remaining capacity estimation method of the hybrid electric vehicle battery according to an embodiment of the present invention in detail. 8 is a control block diagram illustrating a method of estimating remaining capacity of a battery according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 하나이상의 배터리 셀/모듈이 직렬로 연결된 배터리 팩 시스템의 잔존용량을 추정하기 위한 것이다.The present invention is for estimating the remaining capacity of a battery pack system in which one or more battery cells / modules are connected in series.
본 발명에 따른 배터리 팩 시스템의 잔존용량을 추정하기 위한 제어장치는 하나 이상의 배터리 전압을 측정할 수 있는 전압센서, 복수의 배터리 온도를 측정할 수 있는 온도센서, 배터리 충전/방전 전류를 검출할 수 있는 전류센서와, 상기 전류센서에 의해 측정된 전류를 적산하는 SOC 연산수단과, 상기 검출된 전류를 이용하여 SOC에 따른 배터리 단자전압을 계산하는 배터리 단자전압 맵을 포함한다.The control device for estimating the remaining capacity of the battery pack system according to the present invention may detect a voltage sensor capable of measuring one or more battery voltages, a temperature sensor capable of measuring a plurality of battery temperatures, and detect battery charge / discharge currents. And a current sensor, an SOC calculating means for integrating the current measured by the current sensor, and a battery terminal voltage map for calculating a battery terminal voltage according to the SOC using the detected current.
먼저 상기 전압센서, 온도센서 및 전류센서에 의해 배터리의 전압, 온도 및 전류를 측정하고, 상기 SOC 연산수단에 의해 측정된 전류를 적산한다.First, the voltage, temperature, and current of the battery are measured by the voltage sensor, the temperature sensor, and the current sensor, and the current measured by the SOC calculating means is integrated.
소정시간마다 검출된 전류를 이용하여 SOC에 따른 배터리 단자전압 맵(MAP)을 계산한 다음, 상기 전압센서에 의해 검출된 전압과 비교 또는 인터폴레이션 수단을 사용하여 보정용 SOC를 산출한다.The battery terminal voltage map MAP according to the SOC is calculated using the detected current every predetermined time, and then the correction SOC is calculated using the comparison or interpolation means with the voltage detected by the voltage sensor.
상기 보정용 SOC에 산출된 보정계수를 적용하여 전류적산 SOC를 보정한다. 이때, 상기 보정계수는 배터리 정상상태에 대한 신뢰성을 나타내기 위해 소정의 기 간동안 사용한 배터리의 측정 또는 연산데이터에 근거하여 계산되는 퍼지이론의 학실계수 형태를 갖는다.The current integration SOC is corrected by applying the correction factor calculated to the correction SOC. At this time, the correction coefficient has a laboratory coefficient form of the fuzzy theory calculated based on the measurement or calculation data of the battery used for a predetermined period to indicate the reliability of the battery steady state.
본 발명의 일실시예에 따른 리얼 SOC(SOCR)를 추정하기 위한 식은 다음과 같다.Equation for estimating real SOC (SOC R ) according to an embodiment of the present invention is as follows.
여기서 정상상태에 대한 확실계수(CF)는 SOC 보정계수 k에 해당한다. 즉 1>k>0 인 경우 SOC 보정이 작동하게 되어 리얼 SOC를 추정하게 되는 것이다. k=0인 경우는 과도상태이나, k가 0이므로 SOC보정이 작동하지 않는다. 종래기술에서는 k=1.0(정상상태) 일 경우만 SOC를 보정하였다.The positive coefficient CF for the steady state corresponds to the SOC correction coefficient k. In other words, when 1> k> 0, SOC correction is activated to estimate the real SOC. If k = 0, it is a transient state, but SOC correction does not work because k is 0. In the prior art, the SOC was corrected only when k = 1.0 (steady state).
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 확실계수 k1을 설명하기 위한 그래프이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 확실계수 k2를 설명하기 위한 그래프이다.9 is a graph illustrating a certain coefficient k1 according to an embodiment of the present invention, Figure 10 is a graph for explaining a certain coefficient k2 according to an embodiment of the present invention.
상기 확실계수의 퍼지규칙의 일례로, 일정한 전류가 충분한 시간동안 유지되면 정상상태(k=1)이다.As an example of the fuzzy rule of the certain coefficient, the steady state (k = 1) is achieved if a constant current is maintained for a sufficient time.
예를 들어, 배터리 전류가 충전될 때 0~3초에서 전류가 0으로 k1도 0이고, 3~10초에서 전류가 변하여 보정계수가 0<k1<1 이 되며, 10초이상에서 전류가 일정시간동안 유지하면 k1=1이 된다(도 9).For example, when the battery current is charged, the current is 0 and k1 is 0 at 0-3 seconds, and the current is changed at 3-10 seconds so that the correction coefficient is 0 <k1 <1, and the current is constant at 10 seconds or more. Holding for time results in k1 = 1 (FIG. 9).
또한, 확실계수의 퍼지규칙의 다른예로, 충전시 SOCR이 충분히 높으면 정상 상태이고, 방전시 SOCR이 충분히 낮으면 정상상태이다.In addition, as another example of the purge rule of the positive coefficient, it is a steady state when the SOC R is sufficiently high at the time of charging, and is a steady state when the SOC R is sufficiently low at the time of discharge.
예를 들어, 배터리 SOCR이 0~30%인 경우에서는 방전시 k2가 1로 유지되고, 배터리 SOCR이 30~80%인 경우에서는 k2가 0<k2<1 사이에 있고, 배터리 SOCR이 80% 이상인 경우에서 충전시 k2가 1로 유지된다(도 10).For example, when the battery SOC R is 0 to 30%, k2 is maintained at 1 during discharge. When the battery SOC R is 30 to 80%, k2 is between 0 <k2 <1, and the battery SOC R is In the case of 80% or more, k2 is maintained at 1 during charging (FIG. 10).
상기와 같은 조건에서 k는 최종 보정계수로서, k=k1×k2×kn 이고, kn는 확실계수의 퍼지규칙의 또 다른예로써 정해질 수 있는 보정계수이다.Under the above conditions, k is the final correction coefficient, k = k1 × k2 × kn, and kn is a correction coefficient that can be determined as another example of the fuzzy rule of the certain coefficient.
이와 같이 k가 1인 경우는 물론 0<k<1 인 경우에서도 보정계수 k(k=k1×k2×kn)에 의해 SOC 보정을 하여 리얼 SOC의 추정에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, even when k is 1 as well as 0 <k <1, the SOC correction may be performed by the correction coefficient k (k = k1 × k2 × kn) to improve the reliability of the estimation of the real SOC.
도 11 내지 도 14는 MBI 배터리를 적용한 HEV 주행 시험 데이터에 적용하여 시뮬레이션 한 결과로서, 도 11은 혼다방식에 의한 전류적산 대비 BMS SOC를 나타내고, 최대 SOC 오차는 29.7%로 추정되며, 이때 분홍색은 전류적산이고 파란색은 BMS SOC이다.11 to 14 are simulation results obtained by applying HEV driving test data using an MBI battery, and FIG. 11 shows BMS SOC compared to current integration by a Honda method, and a maximum SOC error is estimated to be 29.7%. Current integration and blue is BMS SOC.
도 12는 당사의 현재 기 구현기술에 의한 전류적산 대비 BMS SOC를 나타내고, 최대 SOC 오차는 25%로 추정되고, 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 전류적산 대비 BMS SOC를 나타내고, 최대 SOC 오차는 10%로 추정되는 것으로 나타내고 있다.Figure 12 shows the BMS SOC compared to the current integration by our current implementation technology, the maximum SOC error is estimated to be 25%, Figure 13 shows the BMS SOC compared to the current integration according to an embodiment of the present invention, the maximum SOC Error is estimated to be 10%.
도시한 바와 같이 본 발명이 기존기술에 비해 SOC의 거동 현상 측면에서 큰 성능 차이가 없음 알 수 있었고, 본 발명에 따른 배터리 모델 파라미터 튜닝시 경쟁사의 동등 수준이상으로 구현할 수 있다.As shown in the figure, the present invention has no significant difference in performance in terms of SOC behavior compared to the conventional technology, and can be implemented at equal or higher levels than competitors when tuning the battery model parameters according to the present invention.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, the invention is not limited to these embodiments, and has been claimed by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. It includes all the various forms of embodiments that can be carried out without departing from the spirit.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 배터리의 잔존용량 추정방법에 의하면, HEV 별 사용조건에 맞는 최적 파라미터를 도출함으로써, SOC 추정 성능이 경장사에 비해 동등 수준 이상으로 향상될 수 있다.As described above, according to the method of estimating the remaining capacity of the hybrid electric vehicle battery according to the present invention, by deriving the optimal parameters for the HEV use conditions, SOC estimation performance can be improved by more than the equivalent level of the light company. have.
또한, SOC 추정 소프트웨어를 자체적으로 개발함으로써, 개발비를 절감할 수 있고, 당사의 고유기술을 확보할 수 있다.In addition, by developing our own SOC estimation software, we can reduce development costs and secure our own technology.
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