KR20150005073A - Method and apparatus for estimating SOC in constant current state, battery management system and energy storage system comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 SOC 추정 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히, 정전류시 SOC를 추정하는 방법, 장치, 이를 포함하는 배터리 관리 시스템 및 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and an apparatus for estimating an SOC, and more particularly, to a method, an apparatus, a battery management system and an energy storage system for estimating an SOC in a constant current.
지구온난화에 따른 기후 변화와 각종 화석 연료의 고갈로 인해 신재생 에너지의 중요성은 더욱 커지고 있다. 하지만, 신재생 에너지의 대부분은 자연 에너지에 기반하고 있기 때문에 효율성과 출력의 변동이 심하고 발전량 조절이 쉽지 않다는 단점이 있다. 실제로 태양광이나 풍력을 이용한 재생 에너지는 간헐적으로 에너지를 획득할 수 있어서 획득된 에너지를 소비 패턴과 일치시키는데 어려움을 겪고 있는 실정이다. 따라서, 신재생 에너지가 광범위하게 활용되기 위해서는 간헐적으로 발생되는 에너지를 저장해두었다가 안정적으로 에너지를 공급하기 위한 수단인 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)이 필요하다.The importance of renewable energy is increasing due to climate change due to global warming and exhaustion of various fossil fuels. However, since most of renewable energy is based on natural energy, there is a disadvantage that efficiency and output fluctuate and power generation can not be controlled easily. In fact, renewable energy using sunlight or wind power can acquire energy intermittently, which makes it difficult to match the obtained energy with the consumption pattern. Therefore, in order for renewable energy to be widely used, an energy storage system (ESS: Energy Storage System), which is a means for storing energy generated intermittently and stably supplying energy, is needed.
에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)은 발전 전력을 저장해서 수요 패턴에 맞게 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 시스템으로서, 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해주는 저장 장치를 말한다.Energy Storage System (ESS) is a system that can store generated power and supply power in a stable manner according to demand pattern. It is a system that stores excess generated power in a power plant and temporarily transmits power when power is insufficient. It says.
에너지 저장 시스템은 전기를 대규모로 저장하여 필요할 때 사용하는 '전력 저수지'로서, 남는 전력과 에너지를 필요한 시기와 장소에 공급하기 위해 전력을 에너지 저장 수단에 저장해두는 기술이다. 발전소에서 생산한 전력을 가정이나 공장 등에 바로 전달하지 않고 양수발전과 압축공기저장 방식 및 대형 2차 배터리와 같은 에너지 저장 수단에 에너지를 저장했다가 전력이 가장 필요한 시기와 장소에 전력을 생성한 후 전송하여 에너지 효율을 높이는 시스템이다.An energy storage system is a "power reservoir" that stores electricity on a large scale and is used when necessary. It is a technology that stores electric power in an energy storage means to supply the remaining power and energy to the required time and place. Energy is stored in energy storage means such as pumped storage, compressed air storage, and large secondary batteries without generating power from the power plant directly to the home or factory, Thereby increasing energy efficiency.
현재 에너지 저장 수단의 대부분을 차지하고 있는 양수발전과 압축공기저장 방식은 설치 공간 확보의 문제로 향후 수익성이 저하될 것이고, 상대적으로 유지 및 관리가 간편한 2차 배터리 방식이 에너지 저장 시스템의 에너지 저장 수단으로서 급부상하고 있다.The pumped-storage and compressed-air storage systems, which occupy most of the current energy storage means, will become less profitable in the future due to the problem of securing the installation space. The secondary battery system, which is relatively easy to maintain and manage, Is rapidly emerging.
도 1은 일반적인 에너지 저장 시스템의 블록도를 도시한 것으로, 도 1에 도시된 에너지 저장 시스템은, 제1 랙 내지 제n 랙(R1 내지 Rn) 및 배터리 감시 시스템(12)을 포함하는 배터리 시스템(10), 전력 변환 시스템(14) 및 에너지 관리 시스템(16)을 포함한다.1 is a block diagram of a general energy storage system. The energy storage system shown in FIG. 1 includes a battery system (not shown) including first to nth racks R1 to Rn and a
상기 제1 랙(R1)은 제1 배터리 모듈(B1.1) 내지 제n 배터리 모듈(B1.n) 및 제1 배터리 관리 시스템(BMS.B)을 포함하고, 상기 제n 랙(Rn)은 제1 배터리 모듈(Bn.1) 내지 제n 배터리 모듈(Bn.n) 및 제1 배터리 관리 시스템(BMS.B)을 포함한다. 또한, 각각의 배터리 모듈(B1.1 내지 Bn.n)은 복수의 배터리 셀(미도시) 및 복수의 제2 배터리 관리 시스템(BMS.A)을 포함한다. The first rack R1 includes a first battery module B1.1 to an nth battery module B1.n and a first battery management system BMS.B, The first battery module Bn.1 to the nth battery module Bn.n and the first battery management system BMS.B. In addition, each of the battery modules B1.1 to Bn.n includes a plurality of battery cells (not shown) and a plurality of second battery management systems (BMS.A).
배터리 시스템(10)은 에너지를 충전하여 저장하고 필요시 에너지를 방전하여 출력하기 위한 것이고, 전력 변환 시스템(14)은 전력망인 그리드와 접속하여 직류를 교류로 변환하거나 교류를 직류로 변환하고 배터리의 충방전을 제어하기 위한 것이며, 에너지 관리 시스템(16)은 내부 부하, 배터리 상태 등을 고려하여 배터리 시스템(10) 및 전력 변환 시스템(14)을 제어하기 위한 것이다.The
한편, 제1 랙(R1) 내지 제n 랙(Rn)에 포함되어 있는 제1 배터리 관리 시스템(BMS.B)은 배터리 셀의 SOC(State Of Charge: 충전 상태)를 계산하여 배터리 셀의 충전 또는 방전을 제어하여 배터리 셀을 효율적으로 관리하고, 제1 배터리 모듈 내지 제n 배터리 모듈, 제1 랙(R1) 내지 제n 랙(Rn)을 제어하며 보호하기 위한 것이다. 또한, 제1 배터리 모듈 내지 제n 배터리 모듈 내에 포함된 제2 배터리 관리 시스템(BMS.A)은 배터리 모듈에 포함되어 있는 복수의 배터리 셀들의 전압, 전류 및 온도를 감지하고 이에 기반하여 셀 밸런싱을 수행하는 등 배터리 셀들을 효율적으로 관리하기 위한 것이다.On the other hand, the first battery management system (BMS.B) included in the first rack (R1) to the nth rack (Rn) calculates the state of charge (SOC) The first battery module to the n-th battery module, and the first rack (R1) to the n-th rack (Rn). Also, the second battery management system (BMS.A) included in the first to n-th battery modules senses the voltage, current, and temperature of the plurality of battery cells included in the battery module, and performs cell balancing And to efficiently manage battery cells.
한편, 배터리 셀은 정격 충전 범위보다 현저하게 높게 충전되는 경우 위험할 수 있고 정격 충전 범위보다 낮게 방전되는 경우 배터리 수명이 단축될 수 있다. 따라서, 배터리 셀을 정격 충전 범위 내에서 충전 또는 방전하기 위하여 배터리 셀의 정확한 충전 상태를 파악하는 것이 요구된다.On the other hand, the battery cell may be dangerous if it is charged significantly higher than the rated charge range, and battery life may be shortened when discharged below the rated charge range. Therefore, it is required to grasp the accurate charging state of the battery cell in order to charge or discharge the battery cell within the rated charging range.
배터리 셀의 충전 상태에 영향을 미치는 요인들은 예를 들면, 각각의 배터리 셀의 화학반응, 셀의 내부 임피던스, 자기 방전의 속도, 실제 용량의 감소 및 동작 온도의 변동 등과 같은 요인을 포함한다.Factors affecting the state of charge of the battery cell include, for example, factors such as the chemical reaction of each battery cell, the internal impedance of the cell, the rate of self-discharge, the reduction of the actual capacity, and the variation of the operating temperature.
셀의 온도의 불일치는 셀 충전 상태의 불균형의 중요한 요인이다. 예를 들면, 배터리 셀에는 "자기 방전"이 있는데 이것은 배터리 온도의 함수이며, 온도가 높은 배터리가 온도가 낮은 배터리보다 전형적으로 더 큰 자기 방전율을 나타낸다. 그 결과 온도가 높은 배터리는 온도가 낮은 배터리보다 시간이 경과함에 따라 낮은 충전 상태를 나타낸다.The temperature mismatch in the cell is an important factor in the imbalance of the cell charge state. For example, a battery cell has a "self-discharge" which is a function of battery temperature, and a high temperature battery typically exhibits a higher self-discharge rate than a low temperature battery. As a result, a battery with a higher temperature exhibits a lower charge over time than a battery with a lower temperature.
또한, 배터리 셀들은 충방전을 반복하는 경우 실제 용량이 감소하고, 배터리의 충전 상태를 추정함에 있어서 추정 오차가 커지면 배터리 셀을 효율적으로 관리할 수 없어서 배터리 셀의 에너지 효율이 떨어지게 되며, 수명도 단축된다. 따라서, 배터리의 충전 상태를 정확히 추정한다면 배터리 셀을 효율적으로관리하는 것이 가능하므로 배터리 셀의 수명을 연장하고, 배터리 셀을 효율적으로 사용할 수 있다.Also, when the battery cells are repeatedly charged and discharged, the actual capacity is reduced. In estimating the charged state of the battery, if the estimation error increases, the battery cells can not be efficiently managed and the energy efficiency of the battery cells is lowered. do. Therefore, if the state of charge of the battery is accurately estimated, it is possible to efficiently manage the battery cell, thereby extending the service life of the battery cell and efficiently using the battery cell.
본 발명에 의한 정전류시 SOC 추정 방법, 장치, 이를 포함하는 배터리 관리 시스템은 에너지 저장 시스템의 제1 랙 내지 제n 랙에 포함된 제1 배터리 관리 시스템(BMS.B)에 적용되지만 경우에 따라서는 제1 배터리 모듈 내지 제n 배터리 모듈 내에 포함된 제2 배터리 관리 시스템(BMS.A)에도 적용될 수 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 전기 자동차와 같이, 배터리 셀을 사용하는 어떤 유형의 장치나 시스템에 포함된 배터리 관리 시스템에도 적용될 수 있다.The SOC estimating method, apparatus, and battery management system including the same according to the present invention are applied to the first battery management system (BMS.B) included in the first rack to the nth rack of the energy storage system, But also to the second battery management system (BMS.A) included in the first to n-th battery modules. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to a battery management system included in any type of apparatus or system using a battery cell, such as an electric vehicle.
특히, 에너지 저장 시스템은, 복수의 배터리 셀들을 포함하는 많은 수의 배터리 모듈들을 포함하고 있기 때문에, 배터리 셀의 충전 상태를 정확히 추정하여 배터리 셀을 효율적으로 관리함으로써 에너지 효율을 높이는 것이 매우 중요하다.Particularly, since the energy storage system includes a large number of battery modules including a plurality of battery cells, it is very important to accurately estimate the state of charge of the battery cells and to efficiently manage the battery cells to improve energy efficiency.
배터리 셀의 충전 상태(이하, SOC라 함)를 추정하기 위하여 종래의 배터리 관리 시스템에서는 입출력되는 전류, 즉 충전 및 방전 전류를 적산하여 SOC를 추정한다. 이러한 전류 적산 기반 SOC 추정은, 초기 SOC를 알고 있는 경우, 배터리 셀이 충전과 방전을 하는 동안 충전 전류와 방전 전류를 적산하면 배터리 셀의 SOC에 이를 반영하여 SOC를 추정할 수 있다는 것에 기반한다.In order to estimate the state of charge (hereinafter referred to as SOC) of the battery cell, the conventional battery management system estimates the SOC by integrating the input and output currents, that is, the charge and discharge currents. This current integration based SOC estimation is based on the fact that when the initial SOC is known, the SOC of the battery cell can be estimated by integrating the charging current and the discharging current while charging and discharging the battery cell.
하지만, 전류 적산에 기반한 SOC 추정은 단기간에는 비교적 정확하게 SOC를 추정할 수 있을지라도, 장기간 SOC를 추정하는 경우, 전류 센서가 배터리 셀의 입출력 전류를 측정하는 데 있어서 기본적인 측정 오차가 있기 때문에 시간이 경과함에 따라 전류 측정 오차가 누적된다. 또한, SOC를 추정하기 위해서는 계속해서 전류를 적산하는 반복적인 계산을 수행해야 하는데, 이 경우 반복적인 계산으로 인하여 계산 오차가 누적되기 때문에, SOC 추정 오차가 누적되므로, 장기간 SOC를 추정하면, 시간이 경과할수록 오차가 커지는 문제점이 있다.However, although the SOC estimation based on the current integration can estimate the SOC relatively accurately in a short period of time, when the long-term SOC is estimated, since the current sensor has a basic measurement error in measuring the input / output current of the battery cell, The error of the current measurement is accumulated. In order to estimate the SOC, it is necessary to perform repetitive calculations for continuously integrating the current. In this case, since the calculation error is accumulated due to the iterative calculation, the SOC estimation error accumulates. Therefore, There is a problem that the error increases with the elapse of time.
다른 SOC 추정 방법은, 배터리의 개방회로전압(이하, OCV라 함)에 기반하여 SOC를 추정하는 방법이다. OCV와 SOC는 양호한 선형 관계를 나타내므로, OCV를 추정하면 SOC를 추정할 수 있다는 것에 기반하여 OCV와 SOC와의 관계를 나타내는 테이블에 기반하여 SOC를 추정한다. 즉, 배터리 셀의 전압과 배터리 셀의 충전 상태 간의 상관 관계를 기반으로 SOC를 추정한다.Another SOC estimation method is a method of estimating the SOC based on an open circuit voltage (hereinafter referred to as OCV) of the battery. Since the OCV and SOC exhibit a good linear relationship, the SOC is estimated based on the table indicating the relationship between the OCV and the SOC, based on the fact that the SOC can be estimated by estimating the OCV. That is, the SOC is estimated based on the correlation between the voltage of the battery cell and the charging state of the battery cell.
OCV에 기반하여 SOC를 추정하기 위해서는, 우선 OCV를 알아야 하는데, OCV는 개방회로전압이기 때문에 배터리 셀을 사용하는 장치가 전기를 사용하지 않는 상태, 즉 부하가 적용되지 않은 개방회로상태에서 배터리 셀의 전압을 측정하여 OCV를 구해야 한다. 하지만, 이것은 용이하지 않기 때문에, 실제로는 배터리 셀의 전압, 전류 및 내부 저항에 기반하여 OCV를 추정한 후에 추정된 OCV에 기반하여 SOC를 추정한다.In order to estimate the SOC based on the OCV, it is first necessary to know the OCV. Since the OCV is an open-circuit voltage, the device using the battery cell is in a state in which no electricity is used, The OCV should be determined by measuring the voltage. However, since this is not easy, we actually estimate the OCV based on the voltage, current, and internal resistance of the battery cell and then estimate the SOC based on the estimated OCV.
하지만, 부하가 적용될 때 배터리 셀의 전압은 배터리의 내부 저항의 전압 강하로 인해 왜곡되기 때문에, 부하의 변동이 심한 장치에서 OCV에 기반하여 SOC를 추정하면 SOC 추정 오차가 커진다. 따라서, 부하가 적용되는 경우에는 통상적으로 OCV에 기반하여 SOC를 추정하지 않는다.However, when the load is applied, the voltage of the battery cell is distorted due to the voltage drop of the internal resistance of the battery. Therefore, when the SOC is estimated based on the OCV in a device in which the load fluctuation is severe, the SOC estimation error becomes large. Therefore, when the load is applied, the SOC is not normally estimated based on OCV.
따라서, 통상적으로, 저전류 구간이 일정시간 이상 지속되는 경우에는 배터리 셀의 OCV에 기반하여 SOC를 추정하고, 소정 전류 이상의 전류가 배터리 셀을 통해 입출력되는 경우에는 전류 적산에 기반하여 SOC를 추정한다.Therefore, when the low current section lasts for a predetermined time or longer, the SOC is estimated based on the OCV of the battery cell, and when the current exceeding the predetermined current is input / output through the battery cell, the SOC is estimated based on the current integration .
하기의 선행기술문헌에 기재된 특허문헌은 전기 자동차의 주행동작 중 배터리의 충전 또는 방전이 이루어지다가 정속주행 또는 정차로 인해 배터리의 충방전이 발생하지 않는 경우, 빠른 시간 내에 내부 저항 및 배터리의 분극 현상에 의해 정확한 OCV를 측정할 수 없기 때문에, 배터리에 충방전이 발생하지 않는 기간 중 배터리의 내부저항에 의한 저항 성분의 효과가 제거되는 제1시점에 대응하는 전압과 제1시점과의 관계 및 내부저항에 의한 저항성분의 효과가 제거된 후 전해질 확산에 의한 분극현상이 해소되기 시작하는 시점으로부터 소정의 시간이 경과한 제2시점에 대응하는 전압과 제2시점 간의 관계를 이용하여 OCV를 추정하고, 추정된 OCV에 기반하여 SOC를 설정한다.The patent documents described in the following prior art documents disclose that when charging or discharging of a battery occurs during a running operation of an electric vehicle and charging and discharging of the battery do not occur due to constant speed running or stopping, The relationship between the voltage corresponding to the first time point at which the effect of the resistance component due to the internal resistance of the battery is eliminated during the period in which the battery is not charged and discharged and the first time point, The OCV is estimated using the relationship between the voltage corresponding to the second time point after a predetermined time elapses from the time point at which the polarization phenomenon due to the electrolyte diffusion is removed after the effect of the resistance component due to the resistance is removed, , And sets the SOC based on the estimated OCV.
상기와 같은 종래의 SOC 추정 방법은, 충방전이 발생하지 않는 기간 동안 SOC를 정확하게 추정하는 것만을 개시하고 있기 때문에, 충방전이 발생하고 있는 동안에 SOC를 정확하게 추정하는 방법에 대한 언급이 전혀 없으며, 따라서, 충방전이 발생하고 있는 동안에는 전류 적산에 의한 SOC 추정 방법을 사용하여 SOC를 추정해야 한다.The conventional SOC estimating method as described above only discloses accurate estimation of the SOC during a period during which charging and discharging does not occur. Therefore, there is no mention of a method of accurately estimating the SOC during charging / discharging, Therefore, while charging / discharging is occurring, the SOC should be estimated using the SOC estimation method by current integration.
하지만, 전류 전산에 기반하여 SOC를 추정하는 방법은, 상기한 바와 같이, 시간이 경과함에 따라 전류 측정 오차가 누적되고, SOC 추정시 계산 오차가 누적되기 때문에, 에너지 저장 시스템과 같이 장기간 동작하는 장치에서 전류 적산에 기반하여 SOC를 추정하면 시간이 경과할수록 오차가 커지기 때문에, 배터리 셀을 효율적으로 관리하지 못하여, 에너지 저장 시스템의 효율이 떨어지고 배터리 셀의 수명이 단축되는 문제점이 있다.However, as a method of estimating the SOC based on the current computation, as described above, since the current measurement errors are accumulated as time elapses and the calculation errors are accumulated in the SOC estimation, It is difficult to efficiently manage the battery cells. As a result, the efficiency of the energy storage system is lowered and the life of the battery cells is shortened.
따라서, 장시간 일정하게 동작하는 장치에서 SOC 추정에 따른 누적오차를 줄여 SOC를 정확하게 추정함으로써 배터리 셀을 효율적으로 관리할 수 있는 SOC 추정 방법 및 장치가 요구된다.Accordingly, there is a need for an SOC estimation method and apparatus capable of efficiently managing a battery cell by accurately estimating SOC by reducing cumulative error caused by SOC estimation in a device operating for a long period of time.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 장시간 일정하게 동작하는 장치에서 SOC 추정에 따른 누적오차를 줄여 SOC를 정확하게 추정함으로써 배터리 셀을 효율적으로 관리할 수 있는 정전류시 SOC 추정 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for estimating SOC by accurately estimating SOC by reducing cumulative error caused by SOC estimation in a device operating for a long time, And a method of estimating the SOC at the constant current.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 장시간 일정하게 동작하는 장치에서 SOC 추정에 따른 누적오차를 줄여 SOC를 정확하게 추정함으로써 배터리 셀을 효율적으로 관리할 수 있는 정전류시 SOC 추정 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a constant current SOC estimating apparatus capable of efficiently managing a battery cell by accurately estimating an SOC by reducing an accumulated error caused by SOC estimation in a device operating for a long period of time .
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 장시간 일정하게 동작하는 장치에서 SOC 추정에 따른 누적오차를 줄여 SOC를 정확하게 추정함으로써 배터리 셀을 효율적으로 관리할 수 있는 정전류시 SOC 추정 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a battery having a constant current SOC estimating device capable of efficiently managing a battery cell by accurately estimating an SOC by reducing an accumulated error due to SOC estimation in a device operating for a long period of time, Management system.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 장시간 일정하게 동작하는 장치에서 SOC 추정에 따른 누적오차를 줄여 SOC를 정확하게 추정함으로써 배터리 셀을 효율적으로 관리할 수 있는 정전류시 SOC 추정 장치를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide an apparatus and method for estimating an SOC of a battery cell by accurately estimating SOC by reducing cumulative error caused by SOC estimation in a device operating for a long period of time, Storage system.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법은,According to an aspect of the present invention, there is provided a method of estimating an SOC during a constant current,
(A) 배터리의 충방전 전류가 정전류 구간에 있는지를 판단하는 단계;(A) determining whether a charge / discharge current of the battery is in a constant current section;
(B) 상기 단계 (A)에서 배터리의 충방전 전류가 정전류 구간에 있는 것으로 판단되는 경우, 정전류 지속 시간(T1)을 카운팅하는 단계; 및(B) counting a constant current duration (T1) when the charge / discharge current of the battery is determined to be in a constant current period in the step (A); And
(C) 상기 단계 (B)에서 카운팅된 지속 시간에 따라 개방회로전압(OCV)에 기반한 SOC(SOCv) 보상을 통해 전류 적산에 기반한 SOC(SOCi)를 보정하여 최종 SOC를 추정하는 단계를 포함한다.(C) estimating a final SOC by correcting SOC (SOCi) based on current integration through SOC (SOCv) compensation based on the open circuit voltage (OCV) according to the duration counted in step (B) .
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법에 있어서, 상기 단계 (C)는,In the SOC estimation method for a constant current according to an embodiment of the present invention, the step (C)
(C1) 전류 적산에 기반한 SOC(SOCi)를 수신하는 단계;(C1) receiving an SOC (SOCi) based on current integration;
(C2) OCV에 기반한 SOC(SOCv)를 수신하는 단계; 및(C2) receiving an OCV based SOC (SOCv); And
(C3) 카운팅된 지속 시간에 따라 SOCv 보상을 통해 SOCi를 보정하여 최종 SOC를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.And calibrating SOCi through SOCv compensation according to the counted duration of C3 to estimate the final SOC.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법에 있어서, 상기 단계 (C)는, 정전류 지속 시간에 비례하여 SOCv 보상 비율을 늘려 SOCi를 보정함으로써 최종 SOC를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.In the SOC estimation method for a constant current according to an embodiment of the present invention, the step (C) may include estimating a final SOC by correcting SOCi by increasing the SOCv compensation ratio in proportion to the constant current duration.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법에 있어서, 상기 단계 (A)는, 배터리의 충방전 전류가 소정 기간 동안 소정의 범위 내에 있는지를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.In the SOC estimation method for a constant current according to an embodiment of the present invention, the step (A) may include a step of determining whether a charge / discharge current of the battery is within a predetermined range for a predetermined period.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법에 있어서, 상기 소정 기간은 60초일 수 있다.In the SOC estimating method for a constant current according to an embodiment of the present invention, the predetermined period may be 60 seconds.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법에 있어서, 상기 단계 (C)는, 상기 SOCv 보상을 위한 SOCv 보상 비율(Rate)을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In the SOC estimation method for a constant current according to an embodiment of the present invention, the step (C) may include a step of determining an SOCv compensation rate for the SOCv compensation.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법에 있어서, 상기 SOCv 보상 비율(Rate)은, 배터리의 충방전 전류에 따라 조정될 수 있다.In the SOC estimating method for a constant current according to an embodiment of the present invention, the SOCv compensation rate may be adjusted according to a charge / discharge current of the battery.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법에 있어서, 상기 SOCv 보상 비율(Rate)은, Rate = T1/Time(I)에 의해 계산되며, 상기에서 T1은 정전류 지속 시간, I는 배터리의 충방전 전류, Time(I)는 전류 I로 충전 또는 방전할 때 전체 SOC의 소정 비율을 충전 또는 방전할 수 있는 시간일 수 있다.In the SOC estimation method for a constant current according to an embodiment of the present invention, the SOCv compensation rate is calculated by Rate = T1 / Time (I), where T1 is a constant current duration, The charge / discharge current, Time (I), may be a time to charge or discharge a predetermined ratio of the total SOC when charging or discharging with the current I.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법에 있어서, 상기 단계 (C)는,In the SOC estimation method for a constant current according to an embodiment of the present invention, the step (C)
(C4) 상기 SOCv 보상 비율이 1보다 크거나 같은 지를 결정하는 단계;(C4) determining if the SOCv compensation ratio is greater than or equal to one;
(C5) 상기 단계 (C4)에서 SOCv 보상 비율이 1보다 크거나 같은 경우, OCV에 기반하여 최종 SOC를 추정하는 단계; 및(C5) estimating a final SOC based on the OCV if the SOCv compensation ratio is greater than or equal to 1 in the step (C4); And
(C6) 상기 단계 (C4)에서 SOCv 보상 비율이 1보다 작은 경우, 상기 보상 비율에 따른 SOCv 보상을 통해 전류 적산에 기반한 SOC(SOCi)를 보정하여 최종 SOC를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.(C6) If the SOCv compensation ratio is less than 1 in the step (C4), the SOCv based on the current integration may be corrected through the SOCv compensation according to the compensation ratio to estimate the final SOC.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법에 있어서, 상기 단계 (C6)에서 최종 SOC를 추정하는 단계는, 최종 SOC = Rate×SOCv + (1-Rate)×SOCi에 기반하여 최종 SOC를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.In the SOC estimating method for a constant current according to an exemplary embodiment of the present invention, the step of estimating a final SOC in the step (C6) may include calculating a final SOC based on a final SOC = Rate x SOCv + (1-Rate) x SOCi And a step of estimating.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 장치는,An SOC estimating apparatus for a constant current according to an embodiment of the present invention includes:
배터리의 충방전 전류가 정전류 구간에 있는지를 판단하는 정전류 구간 판단부;A constant current section determining unit for determining whether a charge / discharge current of the battery is in a constant current section;
정전류 지속 시간(T1)을 카운팅하는 정전류 지속 시간 카운팅부; 및A constant current duration time counting unit for counting a constant current duration T1; And
상기 정전류 지속 시간 카운팅부에서 카운팅한 지속 시간에 따라 개방회로전압(OCV)에 기반한 SOC(SOCv) 보상을 통해 전류 적산에 기반한 SOC(SOCi)를 보정하여 최종 SOC를 추정하는 최종 SOC 추정부를 포함한다.And a final SOC estimator for estimating a final SOC by correcting the SOC (SOCi) based on the current integration through SOC (SOCv) compensation based on the open circuit voltage (OCV) according to the duration counted by the constant current duration counting unit .
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 장치에 있어서, 상기 최종 SOC 추정부는, 전류 적산 기반 SOC(SOCi) 추정부로부터 전류 적산에 기반한 SOC(SOCi)를 수신하고, OCV 기반 SOC 추정부로부터 OCV에 기반한 SOC(SOCv)를 수신하여, 카운팅된 지속 시간에 따라 SOCv 보상을 통해 SOCi를 보정하여 최종 SOC를 추정할 수 있다.In the constant current SOC estimating apparatus according to an embodiment of the present invention, the final SOC estimating unit receives the SOC (SOCi) based on the current integration from the current integration based SOC (SOCi) estimating unit, The OCV-based SOC (SOCv) is received and the final SOC can be estimated by correcting SOCi through SOCv compensation according to the counted duration.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 장치에 있어서, 상기 최종 SOC 추정부는, 정전류 지속 시간에 비례하여 SOCv 보상 비율을 늘려 SOCi를 보정함으로써 최종 SOC를 추정할 수 있다.In the constant current SOC estimating apparatus according to an embodiment of the present invention, the final SOC estimating unit may estimate the final SOC by correcting SOCi by increasing the SOCv compensation ratio in proportion to the constant current duration.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 장치에 있어서, 상기 정전류 구간 판단부는, 배터리의 충방전 전류가 소정 기간 동안 소정의 범위 내에 있는지를 판단할 수 있다.In the constant current SOC estimating apparatus according to an embodiment of the present invention, the constant current period determining unit may determine whether the charge / discharge current of the battery is within a predetermined range for a predetermined period.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 장치에 있어서, 상기 소정 기간은 60초일 수 있다.In the constant current SOC estimating apparatus according to an embodiment of the present invention, the predetermined period may be 60 seconds.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 장치에 있어서, 상기 최종 SOC 추정부는, 상기 SOCv 보상을 위한 SOCv 보상 비율(Rate)을 결정할 수 있다.In the constant current SOC estimating apparatus according to an embodiment of the present invention, the final SOC estimating unit may determine an SOCv compensation rate for the SOCv compensation.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 장치에 있어서, 상기 SOCv 보상 비율(Rate)은, 배터리의 충방전 전류에 따라 조정될 수 있다.In the constant current SOC estimating apparatus according to an embodiment of the present invention, the SOCv compensation rate may be adjusted according to the charge / discharge current of the battery.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 장치에 있어서, 상기 SOCv 보상 비율(Rate)은, Rate = T1/Time(I)에 의해 계산되며, 상기에서 T1은 정전류 지속 시간, I는 배터리의 충방전 전류, Time(I)는 전류 I로 충전 또는 방전할 때 전체 SOC의 소정 비율을 충전 또는 방전할 수 있는 시간일 수 있다.In the constant current SOC estimating apparatus according to an embodiment of the present invention, the SOCv compensation rate is calculated by Rate = T1 / Time (I), where T1 is a constant current duration, The charge / discharge current, Time (I), may be a time to charge or discharge a predetermined ratio of the total SOC when charging or discharging with the current I.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 장치에 있어서, 상기 최종 SOC 추정부는, 상기 SOCv 보상 비율이 1보다 크거나 같은 지를 결정하고, 상기 SOCv 보상 비율이 1보다 크거나 같은 경우, OCV에 기반하여 최종 SOC를 추정하며, 상기 SOCv 보상 비율이 1보다 작은 경우, 상기 보상 비율에 따른 SOCv 보상을 통해 전류 적산에 기반한 SOC(SOCi)를 보정하여 최종 SOC를 추정할 수 있다.The final SOC estimating unit may determine whether the SOCv compensation ratio is greater than or equal to 1 and if the SOCv compensation ratio is greater than or equal to 1, And if the SOCv compensation ratio is less than 1, the final SOC can be estimated by correcting the SOC (SOCi) based on the current integration through the SOCv compensation according to the compensation ratio.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 장치에 있어서, 상기 최종 SOC 추정부는, 최종 SOC = Rate×SOCv + (1-Rate)×SOCi에 기반하여 최종 SOC를 추정할 수 있다.In the constant current SOC estimating apparatus according to an embodiment of the present invention, the final SOC estimating unit may estimate a final SOC based on a final SOC = Rate × SOCv + (1-Rate) × SOCi.
본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 관리 시스템은 상기한 정전류시 SOC 추정 장치를 포함한다.The battery management system according to an embodiment of the present invention includes the SOC estimating unit for the constant current.
본 발명의 일 실시예에 의한 에너지 저장 시스템은 상기한 정전류시 SOC 추정 장치를 포함한다.The energy storage system according to an embodiment of the present invention includes the SOC estimating apparatus for the constant current.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to that, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best explain its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 정전류시 SOC 추정 방법에 의하면, 장시간 일정하게 동작하는 장치에서 SOC 추정에 따른 누적오차를 줄여 SOC를 정확하게 추정할 수 있어 배터리의 과충전 및 과방전을 방지할 수 있고 배터리의 수명을 늘릴 수 있으며 전류 값에 따라 보상 비율을 조정함으로써 배터리 셀을 효유적으로 관리할 수 있다.According to the method of estimating SOC during constant current according to the present invention, it is possible to accurately estimate the SOC by reducing the cumulative error caused by the SOC estimation in an apparatus that operates constantly for a long period of time. Thus, overcharge and overdischarge of the battery can be prevented, The battery life can be increased and the battery cell can be effectively managed by adjusting the compensation ratio according to the current value.
도 1은 일반적인 에너지 저장 시스템을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 장치가 적용되는 SOC 추정 시스템을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 장치를 도시한 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법을 도시한 흐금도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법을 도시한 상세 흐름도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법에 의한 전류 변화 및 SOCv 보상 비율(Rate)의 변화를 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법에 의한 SOC 추정 값의 변화 및 종래 기술에 의한 SOC 추정 값의 변화를 도시한 그래프.1 is a block diagram illustrating a typical energy storage system.
BACKGROUND OF THE
3 is a block diagram illustrating an SOC estimating apparatus for a constant current according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a SOC estimation method in a constant current according to an embodiment of the present invention.
5 is a detailed flowchart illustrating an SOC estimation method in a constant current according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing a change in a current change and an SOCv compensation rate according to an SOC estimation method in a constant current according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a change in the SOC estimation value according to the SOC estimation method in the constant current according to an embodiment of the present invention and a change in the SOC estimation value according to the related art.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objectives, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings.
또한, "제1", "제2", "일단", "타단" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.Also, the terms "first", "second", "once", "other end", and the like are used to distinguish one component from another, and the fact that the component is limited by the terms no.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소와 연결되어 있다고 기재된 경우, 이것은 직접적으로 연결되어 있는 경우 및 중간에 다른 구성요소를 두고 연결되어 있는 경우도 포함하며, 구성요소가 어떤 구성요소를 포함한다고 기재된 경우, 이는 어떤 구성요소 이외의 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Further, when it is described that a component is connected to another component, this includes a case where the component is directly connected and a case where the component is connected with another component in between, and when the component is described as including any component , Which means that it can include other components, not excluding other components.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, detailed description of related arts which may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 장치가 적용되는 SOC 추정 시스템을 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating an SOC estimation system to which an SOC estimating apparatus for a constant current according to an embodiment of the present invention is applied.
도 2에 도시된 SOC 추정 시스템은 복수의 배터리 셀(20)로부터 배터리 전류, 배터리 전압 및 온도를 센싱하는 센싱부(22), 센싱부(22)로부터 출력되는 배터리 전류, 온도, 이전의 SOC 및 실제 용량 기준 SOC(SOH_C)를 입력하여 전류 적산에 기반하여 SOC를 추정하는 전류 적산 기반 SOC(SOCi) 추정부(24), 센싱부(22)로부터 출력되는 배터리 전압, 배터리 전류, 온도, 추정된 배터리 내부 저항값(IR)을 입력하여 개방회로전압(OCV)에 기반하여 SOC를 추정하는 개방회로전압(OCV) 기반 SOC(SOCv) 추정부(26), 및 센싱부(22)로부터 출력되는 전류, SOCi 추정부(24)로부터 출력되는 SOCi 및 SOCv 추정부(26)에서 출력되는 SOCv에 기반하여 최종적으로 SOC를 추정하는 최종 SOC 추정 장치(28)를 포함한다.The SOC estimation system shown in FIG. 2 includes a
도 2에 도시된 SOC 추정 시스템에서, 이전의 SOC는 최종 SOC 추정 장치(28)로부터 출력되는 SOC를 지연시켜 이전의 SOC를 획득하며, 실제 용량 기준 SOC(SOH_C)는 누적전류량 및 온도에 따른 실제의 SOC를 추정하는 실제 용량 기준 SOC(SOH_C) 추정부(미도시)로부터 출력되는 신호이다.2, the previous SOC acquires the previous SOC by delaying the SOC output from the
도 2에 도시된 SOC 추정 시스템에서 최종 SOC 추정 장치(28)는 본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 장치 및 방법이 적용되는 부분으로서, 최종 SOC 추정 장치(28)는 SOCi 추정부(24)에서 출력되는 SOCi와 SOCv 추정부(26)에서 출력되는 SOCv 및 센싱부(22)에서 출력되는 전류에 기반하여 최종적으로 SOC를 추정한다.2, the final
일반적으로, 최종 SOC 추정 장치는, 저전류 구간이 일정시간 이상 지속되는 경우에는 배터리 셀의 개방회로전압(OCV)에 기반하여 SOC(SOCv)를 추정하고, 소정 전류 이상의 전류가 배터리 셀을 통해 입출력되는 경우에는 전류 적산에 기반하여 SOC(SOCi)를 추정한다.In general, the final SOC estimation device estimates the SOC (SOCv) based on the open circuit voltage (OCV) of the battery cell when the low-current section lasts for a certain period of time, The SOC (SOCi) is estimated based on the current integration.
하지만, 상기와 같은 최종 SOC 추정 방법에서는, 부하가 적용될 때 배터리 셀의 전압이 배터리 셀의 내부 저항의 전압 강하로 왜곡되기 때문에, 장시간 충방전이 행해지는 경우 개방회로전압을 통한 SOC 추정을 행하지 않고 전류 적산으로만 SOC를 추정한다. 따라서, 시간이 경과함에 따라 전류 측정 오차가 누적되고, SOC 추정시 계산 오차가 누적되기 때문에, 에너지 저장 시스템과 같이 장시간 동작하는 장치에서 전류 적산에 기반하여 SOC를 추정하면 시간이 경과할수록 오차가 커져서 배터리 셀을 효율적으로 관리하지 못하고, 에너지 저장 시스템의 효율이 떨어지며 배터리 셀의 수명이 단축된다.However, in the above-described final SOC estimation method, since the voltage of the battery cell is distorted by the voltage drop of the internal resistance of the battery cell when the load is applied, the SOC estimation through the open circuit voltage is not performed SOC is estimated only by current integration. Therefore, since the current measurement error accumulates with time, and the calculation error is accumulated when the SOC estimation is performed, the SOC is estimated based on the current integration in the device that operates for a long time such as the energy storage system, The battery cell can not be efficiently managed, the efficiency of the energy storage system is lowered, and the life of the battery cell is shortened.
하지만, 부하가 적용되어 장시간 충방전을 행하는 장치일지라도, 배터리 셀의 특성상 정전류가 일정시간이상 지속되는 경우, 즉, 전류의 변화가 적은 경우 전압 변화가 적기 때문에 OCV를 정확히 추정할 수 있다. 본 발명에서는 정전류 구간에서 전압이 안정적인 특성을 이용하여 정전류가 일정시간 이상 지속되는 정전류 구간에서는 정전류 지속시간에 비례하여 점진적으로 OCV에 기반한 SOC 보상비율을 늘림으로써 전류 적산에 기반한 SOC 추정을 보상하여, 전류 적산에 기반한 SOC 추정(SOCi)의 누적오차를 줄인다.However, even if the load is applied and the device charges and discharges for a long time, the OCV can be accurately estimated because the constant voltage current lasts for a certain time, that is, the voltage change is small when the current change is small. In the present invention, the SOC estimation based on the current integration is compensated by gradually increasing the OCV-based SOC compensation ratio in proportion to the constant current duration in the constant current section in which the constant current is maintained for a predetermined time or more using the stable voltage characteristic in the constant current section, Reduce cumulative error of SOC estimation (SOCi) based on current integration.
따라서, 단시간에 정확하게 SOC를 추정할 수 있는 전류 적산에 기반한 SOC 추정의 이점과, 장시간에 전류 적산에 기반한 SOC 추정의 누적오차를 줄일 수 있어 정확하게 SOC를 추정할 수 있는 개방회로전압에 기반한 SOC 추정의 이점을 동시에 획득할 수 있다.Therefore, the SOC estimation based on the current integration based on the accurate SOC estimation in a short time and the cumulative error of the SOC estimation based on the current integration for a long time can be reduced, and the SOC estimation based on the open circuit voltage Can be obtained at the same time.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 장치를 도시한 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법을 도시한 흐름도이다.FIG. 3 is a block diagram illustrating an SOC estimating apparatus for a constant current according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart illustrating a SOC estimating method for a constant current according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 장치는, 배터리의 충방전 전류가 정전류 구간에 있는지를 판단하는 정전류 구간 판단부(30), 정전류 지속 시간(T1)을 카운팅하는 정전류 지속 시간 카운팅부(32) 및 상기 정전류 지속 시간 카운팅부(32)에서 카운팅한 지속 시간(T1)에 따라 개방회로전압(OCV)에 기반한 SOC(SOCv) 보상을 통해 전류 적산에 기반한 SOC(SOCi)를 보정하여 최종 SOC를 추정하는 최종 SOC 추정부(34)를 포함한다.The constant current SOC estimating apparatus according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 3 includes a constant current
상기에서, 정전류 구간 판단부(30), 정전류 지속 시간 카운팅부(32) 및 최종 SOC 추정부(34)는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)(미도시)과 같은 제어부(미도시)로서 구성할 수도 있지만, 이에 한정되지는 않는다.The constant current
정전류 구간 판단부(30)는 센싱부(22)에서 출력되는 배터리 전류를 감시하여 일정 기간 이상 전류가 소정 범위 내에 있는지를 판단하여 정전류 구간에 있는지를 판단한다(단계 S400). 단계 S400에서 정전류 구간에 있지 않은 것으로 정전류 구간 판단부(30)가 판단한 경우, 계속해서 정전류 구간에 있는지를 판단한다.The constant current
단계 S400에서 정전류 구간에 있는 것으로 정전류 구간 판단부(30)가 판단한 경우, 정전류 지속 시간 카운팅부(32)는 정전류 지속 시간을 카운팅하기 시작한다(단계 S410).If the constant current
최종 SOC 추정부(34)는 SOCi 추정부(24)에서 출력되는 SOCi, SOCv 추정부(26)에서 출력되는 SOCv 및 정전류 지속시간 카운팅부(32)에서 출력되는 정전류 지속 시간에 기반하여, 정전류 지속 시간에 따른 SOCv 보상을 통해 전류 적산에 기반한 SOC(SOCi)를 보정하여 최종 SOC를 추정한다(단계 S420).The final
단계 S420에서 최종 SOC 추정부(34)가 최종적으로 SOC를 추정하는 방법에 대해서는 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법을 상세히 도시한 흐름도를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.The method of finally estimating the SOC by the final
정전류 구간 판단부(30)는 센싱부(22)에서 출력되는 배터리 전류를 감시하여 일정 기간 이상 전류가 소정 범위 내에 있는지를 판단하여 정전류 구간에 있는지를 판단한다(단계 S500). 단계 S500에서 정전류 구간에 있지 않은 것으로 정전류 구간 판단부(30)가 판단한 경우, 계속해서 정전류 구간에 있는지를 판단한다.The constant current
단계 S500에서 정전류 구간에 있는 것으로 정전류 구간 판단부(30)가 판단한 경우, 정전류 지속 시간 카운팅부(32)는 정전류 지속 시간(T1)을 카운팅하기 시작한다(단계 S510).If the constant current
최종 SOC 추정부(34)는 SOCv 보상을 위한 SOCv 보상 비율(Rate)을 결정한다(단계 S520). 상기 SOCv 보상 비율(Rate)은, 배터리의 충방전 전류에 따라 수학식 1과 같이 결정된다.The final
상기에서 T1은 정전류 지속 시간, I는 배터리의 충방전 전류, Time(I)는 전류 I로 충전 또는 방전할 때 전체 SOC의 소정 비율을 충전 또는 방전할 수 있는 시간이다. 즉, SOCv 보상 비율(Rate)은 배터리 충방전 전류(I)에 따라 다르게 적용된다. 예를 들어, Time(I)는 배터리 셀의 충전 용량의 50%를 충전/방전할 수 있는 시간으로 설정할 수 있다. 전류(I)가 크면 그만큼 충전시간이 짧아지므로 Time(I) 값은 작아지고, 전류(I)가 작으면 충전시간이 길어지므로 Time(I) 값은 커진다.In the above equation, T1 denotes a constant current duration, I denotes a charging / discharging current of the battery, and Time (I) denotes a time to charge or discharge a predetermined ratio of the total SOC when charging or discharging with the current I. That is, the SOCv compensation rate (Rate) is differently applied depending on the battery charge / discharge current (I). For example, Time (I) can be set to a time for charging / discharging 50% of the charging capacity of the battery cell. If the current (I) is large, the charging time is shortened so that the value of Time (I) becomes small. When the current (I) is small, the charging time becomes long and the value of Time (I) becomes large.
단계 S530에서는 SOCv 보상 비율(Rate)이 1 이상인지를 판단한다. In step S530, it is determined whether the SOCv compensation rate (Rate) is 1 or more.
SOCv 보상 비율(Rate)이 1보다 작은 경우에는, 수학식 2와 같이 SOCv 보상 비율(Rate)에 따른 SOCv 보상을 통해 정전류 지속 시간에 비례하여 SOCv 보상 비율을 늘려 SOCi를 보정함으로써 최종 SOC를 추정한다(단계 S550).When the SOCv compensation rate is less than 1, the SOCv compensation ratio is increased in proportion to the constant current duration through the SOCv compensation according to the SOCv compensation ratio (Rate) to compensate the SOCv to estimate the final SOC (Step S550).
한편, 보상 비율(Rate)이 1 이상인 경우에는, 수학식 3과 같이 최종 SOC를 추정하는데 있어서, OCV에 기반한 SOC 추정만을 적용한다.On the other hand, when the compensation rate (Rate) is 1 or more, only the OCV-based SOC estimation is applied in estimating the final SOC as shown in Equation (3).
상기와 같이, 본 발명에서는, 최종 SOC 추정부(34)에서 최종 SOC를 추정함에 있어서, 정전류 구간이 지속되는 시간에 비례하여, 적류 적산에 기반한 SOC 추정(SOCi) 비율은 감소시키고, 개방회로전압(OCV)에 기반한 SOC 추정(SOCv) 비율을 증가시킨다. 따라서, 시간이 경과함에 따라 적류 적산에 기반한 SOC 추정시 오차가 누적되는 것을 SOCv 보상(Rate × SOCv)을 통해 감소시킬 수 있다.As described above, in the present invention, in estimating the final SOC in the final
또한, SOCv 보상 비율(Rate)이 1 이상이면, 최종 SOC를 추정함에 있어서, 전류 적산에 기반한 SOC 추정을 적용하지 않고, 단지 개방회로전압(OCV)에 기반한 SOC 추정만을 최종 SOC 추정에 적용한다. SOCv 보상 비율(Rate)이 1 이상이라는 것은, 목표로 하는 SOC에 도달해서 정전류가 장시간 안정적으로 유지되고 있다는 것을 의미하므로, 최종 SOC 추정부(34)에서는 최종 SOC를 추정함에 있어서, 개방회로전압(OCV)에 기반한 SOC 추정(SOCv) 만을 적용하여 최종 SOC를 추정한다.Also, when the SOCv compensation rate (Rate) is 1 or more, only the SOC estimation based on the open circuit voltage (OCV) is applied to the final SOC estimation without applying the SOC estimation based on the current integration in estimating the final SOC. Since the SOCv compensation ratio (Rate) is 1 or more, it means that the constant current reaches the target SOC and the constant current is stably maintained for a long time. Therefore, in estimating the final SOC, the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법에 의한 전류 및 SOCv 보상 비율(Rate)의 변화를 도시한 그래프이다.6 is a graph showing a change in current and an SOCv compensation rate according to an SOC estimation method in a constant current according to an embodiment of the present invention.
시간 a에서부터 시간 b까지 전류(I)가 -5A(암페어)로 표시된 구간에서는 배터리 셀이 지속적으로 방전하고 있다는 것을 의미하는데, 이 구간에는 정전류가 지속적으로 유지되는 정전류 지속 구간이므로, 시간에 경과함에 따라 SOCv 보상 비율(Rate)이 증가하여 결국에는 1이 된다는 것을 알 수 있다.In the interval from time a to time b, the battery cell is continuously discharging in a period in which the current (I) is indicated by -5 A (amperes). Since this is a constant current duration period in which the constant current is constantly maintained, The SOCv compensation rate increases and becomes 1 in the end.
한편, 시간 b에서는 전류가 -5A(암페어)에서 0A(암페어)로 변하는데 이 기간은 배터리 셀이 방전 상태에서 개방회로 상태가 된다는 것을 의미한다.On the other hand, at time b, the current changes from -5A (ampere) to 0A (ampere), which means that the battery cell becomes an open circuit state in a discharged state.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 정전류시 SOC 추정 방법에 의한 SOC 추정값의 변화 및 종래 기술에 의한 SOC 추정값의 변화를 도시한 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing a change in the SOC estimation value according to the SOC estimation method in the constant current according to an embodiment of the present invention and a change in the SOC estimation value according to the prior art.
도 7에서 c는 본 발명에 의한 정전류시 SOC 추정 방법을 적용하는 경우 추정된 최종 SOC를 나타내며, d는 종래의 최종 SOC 추정 방법을 적용하는 경우 추정된 최종 SOC를 나타낸다.In FIG. 7, c represents the estimated final SOC when applying the SOC estimation method according to the present invention, and d represents the estimated final SOC when the conventional final SOC estimation method is applied.
도 7에서 e는 개방회로 상태가 소정기간 지속된 후 안정화된 SOC이므로, 실제의 최종 SOC라 할 수 있는데, 시간 b 이후를 살펴보면, 종래의 최종 SOC 추정방법에 의해 추정된 최종 SOC는 실제의 최종 SOC와 오차가 큰 상태에서 시간이 지나야 실제의 최종 SOC에 수렴하는데 반하여, 본 발명의 정전류시 SOC 추정 방법에 의해 추정된 최종 SOC는 실제의 최종 SOC와 별로 차이가 없음을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 정전류시 SOC 추정 방법은 실제의 최종 SOC에 근접하게 정확히 SOC를 추정한다는 것을 알 수 있다.In FIG. 7, e is an actual SOC since it is a stabilized SOC after the open circuit state lasts for a predetermined period. From time b onwards, the final SOC estimated by the conventional final SOC estimation method is the final It can be seen that the final SOC estimated by the SOC estimating method in the constant current of the present invention does not differ from the actual final SOC while the SOC converges to the actual final SOC after a long time. That is, it can be seen that the SOC estimating method according to the present invention estimates the SOC accurately close to the actual final SOC.
본 명세서에서 논의된 방법들은, 적용예에 따라서 다양한 수단을 이용하여 구현될 수도 있다. 예를 들어, 이러한 방법들은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 임의의 조합의 형태로 구현될 수도 있다. 하드웨어를 수반하는 구현예에서, 제어부는 하나 이상의 주문형 집적 회로들(ASICs), 디지털 신호 프로세서들(DSPs), 필드 프로그램가능 게이트 어레이들(FPGAs), 프로세서들, 제어기들, 마이크로-제어기들, 마이크로프로세서들, 전자 장치들, 본 명세서에서 논의된 기능들을 실행하도록 설계된 다른 전자 유닛들 또는 이들의 조합으로 구현될 수도 있다.The methods discussed herein may be implemented using various means, depending on the application. For example, these methods may be implemented in the form of hardware, firmware, software, or any combination thereof. In an embodiment involving hardware, the control unit may comprise one or more application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), field programmable gate arrays (FPGAs), processors, controllers, micro- Processors, electronic devices, other electronic units designed to perform the functions discussed herein, or a combination thereof.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예들을 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is evident that it can be modified or improved.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
SOCi : 전류 적산 기반 SOC
SOCv : 개방회로전압 기반 SOC
30 : 정전류 구간 판단부
32 : 정전류 지속 시간 카운팅부
34 : 최종 SOC 추정부SOCi: current integration based SOC
SOCv: Open circuit voltage based SOC
30: Constant current section determination section
32: Constant current duration counting section
34: Final SOC estimation unit
Claims (22)
(B) 상기 단계 (A)에서 배터리의 충방전 전류가 정전류 구간에 있는 것으로 판단되는 경우, 정전류 지속 시간(T1)을 카운팅하는 단계; 및
(C) 상기 단계 (B)에서 카운팅된 지속 시간에 따라 개방회로전압(OCV)에 기반한 SOC(SOCv) 보상을 통해 전류 적산에 기반한 SOC(SOCi)를 보정하여 최종 SOC를 추정하는 단계를 포함하는 정전류시 SOC 추정 방법.(A) determining whether a charge / discharge current of the battery is in a constant current section;
(B) counting a constant current duration (T1) when the charge / discharge current of the battery is determined to be in a constant current period in the step (A); And
(C) estimating a final SOC by correcting SOC (SOCi) based on current integration through SOC (SOCv) compensation based on an open circuit voltage (OCV) according to the duration counted in step (B) SOC estimation method for constant current.
(C1) 전류 적산에 기반한 SOC(SOCi)를 수신하는 단계;
(C2) OCV에 기반한 SOC(SOCv)를 수신하는 단계; 및
(C3) 카운팅된 지속 시간에 따라 SOCv 보상을 통해 SOCi를 보정하여 최종 SOC를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전류시 SOC 추정 방법.The method of claim 1, wherein the step (C)
(C1) receiving an SOC (SOCi) based on current integration;
(C2) receiving an OCV based SOC (SOCv); And
And estimating a final SOC by correcting the SOCi through SOCv compensation according to the counted duration of the current (C3).
정전류 지속 시간에 비례하여 SOCv 보상 비율을 늘려 SOCi를 보정함으로써 최종 SOC를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전류시 SOC 추정 방법.The method according to claim 2, wherein the step (C)
Estimating a final SOC by correcting the SOCi by increasing the SOCv compensation ratio in proportion to the constant current duration.
배터리의 충방전 전류가 소정 기간 동안 소정의 범위 내에 있는지를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전류시 SOC 추정 방법.4. The method of claim 3, wherein the step (A)
And determining whether the charge / discharge current of the battery is within a predetermined range for a predetermined period of time.
Rate = T1/Time(I)에 의해 계산되며, 상기에서 T1은 정전류 지속 시간, I는 배터리의 충방전 전류, Time(I)는 전류 I로 충전 또는 방전할 때 전체 SOC의 소정 비율을 충전 또는 방전할 수 있는 시간인 것을 특징으로 하는 정전류시 SOC 추정 방법.8. The method of claim 7, wherein the SOCv compensation ratio (Rate)
(I) is the charge / discharge current of the battery, and Time (I) is the charge / discharge current of the battery, T1 is the constant current duration, I is the charge / discharge current of the battery, And a time for discharging the SOC.
(C4) 상기 SOCv 보상 비율이 1보다 크거나 같은 지를 결정하는 단계;
(C5) 상기 단계 (C4)에서 SOCv 보상 비율이 1보다 크거나 같은 경우, OCV에 기반하여 최종 SOC를 추정하는 단계; 및
(C6) 상기 단계 (C4)에서 SOCv 보상 비율이 1보다 작은 경우, 상기 보상 비율에 따른 SOCv 보상을 통해 전류 적산에 기반한 SOC(SOCi)를 보정하여 최종 SOC를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전류시 SOC 추정 방법.The method of claim 8, wherein the step (C)
(C4) determining if the SOCv compensation ratio is greater than or equal to one;
(C5) estimating a final SOC based on the OCV if the SOCv compensation ratio is greater than or equal to 1 in the step (C4); And
(C6) correcting the SOC (SOCi) based on the current integration through the SOCv compensation according to the compensation ratio and estimating the final SOC when the SOCv compensation ratio is less than 1 in the step (C4) SOC estimation method for constant current.
최종 SOC = Rate×SOCv + (1-Rate)×SOCi에 기반하여 최종 SOC를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전류시 SOC 추정 방법.The method of claim 9, wherein estimating the final SOC in step (C6)
Estimating a final SOC based on a final SOC = Rate x SOCv + (1-Rate) x SOCi.
정전류 지속 시간(T1)을 카운팅하는 정전류 지속 시간 카운팅부; 및
상기 정전류 지속 시간 카운팅부에서 카운팅한 지속 시간에 따라 개방회로전압(OCV)에 기반한 SOC(SOCv) 보상을 통해 전류 적산에 기반한 SOC(SOCi)를 보정하여 최종 SOC를 추정하는 최종 SOC 추정부를 포함하는 정전류시 SOC 추정 장치.A constant current section determining unit for determining whether a charge / discharge current of the battery is in a constant current section;
A constant current duration time counting unit for counting a constant current duration T1; And
And a final SOC estimator for estimating a final SOC by correcting the SOC (SOCi) based on the current integration through SOC (SOCv) compensation based on the open circuit voltage (OCV) according to the duration counted by the constant current duration counting unit SOC estimation device for constant current.
전류 적산 기반 SOC(SOCi) 추정부로부터 전류 적산에 기반한 SOC(SOCi)를 수신하고, OCV 기반 SOC 추정부로부터 OCV에 기반한 SOC(SOCv)를 수신하여, 카운팅된 지속 시간에 따라 SOCv 보상을 통해 SOCi를 보정하여 최종 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 정전류시 SOC 추정 장치.12. The apparatus of claim 11, wherein the final SOC estimator comprises:
(SOCi) based on the current integration from the current integration based SOC (SOCi) estimating unit, receives the OCV based SOC (SOCv) from the OCV based SOC estimating unit, and calculates SOC And estimates a final SOC.
정전류 지속 시간에 비례하여 SOCv 보상 비율을 늘려 SOCi를 보정함으로써 최종 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 정전류시 SOC 추정 장치.14. The apparatus of claim 12, wherein the final SOC estimator comprises:
And the final SOC is estimated by correcting the SOCi by increasing the SOCv compensation ratio in proportion to the constant current duration.
배터리의 충방전 전류가 소정 기간 동안 소정의 범위 내에 있는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 정전류시 SOC 추정 장치.14. The constant current circuit according to claim 13,
And determines whether the charge / discharge current of the battery is within a predetermined range for a predetermined period of time.
Rate = T1/Time(I)에 의해 계산되며, 상기에서 T1은 정전류 지속 시간, I는 배터리의 충방전 전류, Time(I)는 전류 I로 충전 또는 방전할 때 전체 SOC의 소정 비율을 충전 또는 방전할 수 있는 시간인 것을 특징으로 하는 정전류시 SOC 추정 장치.18. The method of claim 17, wherein the SOCv compensation ratio (Rate)
(I) is the charge / discharge current of the battery, and Time (I) is the charge / discharge current of the battery, T1 is the constant current duration, I is the charge / discharge current of the battery, (SOC) of the constant current.
상기 SOCv 보상 비율이 1보다 크거나 같은 지를 결정하고,
상기 SOCv 보상 비율이 1보다 크거나 같은 경우, OCV에 기반하여 최종 SOC를 추정하며,
상기 SOCv 보상 비율이 1보다 작은 경우, 상기 보상 비율에 따른 SOCv 보상을 통해 전류 적산에 기반한 SOC(SOCi)를 보정하여 최종 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 정전류시 SOC 추정 장치.19. The apparatus of claim 18, wherein the final SOC estimator comprises:
Determining whether the SOCv compensation ratio is greater than or equal to one,
If the SOCv compensation ratio is greater than or equal to 1, the final SOC is estimated based on the OCV,
Wherein the SOC estimation unit estimates the final SOC by correcting the SOC based on the current integration through the SOCv compensation according to the compensation ratio when the SOCv compensation ratio is less than one.
최종 SOC = Rate×SOCv + (1-Rate)×SOCi에 기반하여 최종 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 정전류시 SOC 추정 장치.21. The apparatus of claim 19, wherein the final SOC estimator comprises:
Estimating a final SOC based on a final SOC = Rate x SOCv + (1-Rate) x SOCi.
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