KR100749422B1 - Battery management system and driving method thereof - Google Patents

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Abstract

복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나 이상의 팩을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템은 MCU를 포함한다. 배터리 관리 시스템의 센싱부는 배터리 팩의 팩전류, 팩전압 및 셀온도를 측정하고 출력한다. MCU(main controller unit)는 센싱부로부터 입력되는 팩전류 및 팩전압을 이용하여 내부저항을 산출하고, 내부저항에 대응하는 출력전력을 판단하고 출력전력을 이용하여 OCV(open circuit voltage)를 산출하며, OCV에 대응하는 SOC를 판단한다. A battery management system in which a plurality of battery cells is configured as one pack and manages a battery including at least one pack includes a MCU. The sensing unit of the battery management system measures and outputs the pack current, pack voltage, and cell temperature of the battery pack. The MCU (main controller unit) calculates the internal resistance using the pack current and the pack voltage input from the sensing unit, determines the output power corresponding to the internal resistance, and calculates the open circuit voltage (OCV) using the output power. In addition, the SOC corresponding to the OCV is determined.

BMS, SOC, SOH, MCU, 팩전류, 팩전압, 내부저항, 출력전력 BMS, SOC, SOH, MCU, Pack Current, Pack Voltage, Internal Resistance, Output Power

Description

배터리 관리 시스템 및 그 구동 방법{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND DRIVING METHOD THEREOF} BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND DRIVING METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리, BMS 및 BMS의 주변장치를 개략적으로 보여주는 도면이다. 1 is a view schematically showing a battery, a BMS, and a peripheral device of a BMS according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MCU를 개략적으로 보여주는 도면이다. 2 is a view schematically showing an MCU according to an embodiment of the present invention.

도 3은 내부저항과 출력전력의 관계를 도시한 그래프이다.3 is a graph showing the relationship between internal resistance and output power.

도 4는 OCV와 SOC의 관계를 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing the relationship between OCV and SOC.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구동 방법을 도시한 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a method of driving a battery management system according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명은 배터리 관리 시스템(Battery Management System)에 관한 것으로, 특히, 전기 에너지를 이용하는 자동차에 사용될 수 있는 배터리 관리 시스템 및 그의 구동방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery management system, and more particularly, to a battery management system and a method of driving the same, which can be used in an automobile using electric energy.

가솔린이나 중유를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기 자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. Automobiles using internal combustion engines that use gasoline or heavy oil as their main fuels have serious effects on pollution, such as air pollution. Therefore, in recent years, in order to reduce the occurrence of pollution, much efforts have been made in the development of electric vehicles or hybrid vehicles.

전기 자동차는 배터리(battery)에서 출력되는 전기에너지에 의해 동작하는 배터리 엔진을 이용하는 자동차이다. 이러한 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다. An electric vehicle is a vehicle using a battery engine operated by electric energy output from a battery. Such an electric vehicle uses no battery as a main power source because a plurality of secondary cells capable of charging and discharging are used as a pack has no exhaust gas and has a very small noise.

한편, 하이브리드 자동차라 함은 내연 엔진을 이용하는 자동차와 전기 자동차의 중간 단계의 자동차로서, 두 가지 이상의 동력원, 예컨대 내연 엔진 및 배터리 엔진을 사용하는 자동차이다. 현재에는, 내연 엔진과 수소와 산소를 연속적으로 공급하면서 화학반응을 일으켜 직접 전기 에너지를 얻는 연료 전지를 이용하거나, 배터리와 연료 전지를 이용하는 등 혼합된 형태의 하이브리드 자동차가 개발되고 있다. A hybrid vehicle, on the other hand, is an intermediate vehicle between an automobile using an internal combustion engine and an electric vehicle, and a vehicle using two or more power sources such as an internal combustion engine and a battery engine. At present, a hybrid vehicle of a hybrid type has been developed, such as using a fuel cell that directly generates an electric energy by chemical reaction while continuously supplying an internal combustion engine and hydrogen and oxygen, or uses a battery and a fuel cell.

이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 성능이 뛰어나야 할 뿐만 아니라 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 수 있는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)이 절실히 요구되는 실정이다. In the vehicle using electric energy as described above, the performance of the battery directly affects the performance of the vehicle. Therefore, the performance of each battery cell must be excellent, and each battery cell is measured by measuring the voltage of each battery cell, the voltage and current of the entire battery, and the like. There is an urgent need for a battery management system (BMS) capable of efficiently managing charge and discharge of cells.

종래 배터리 관리 시스템은 배터리의 SOC(state of charge : 이하 'SOC')를 판단하기 위해 개방 전압(open loop voltage)을 산출하였는데, 개방 전압을 산출하기 위해서는 배터리의 전류 및 전압의 측정값이 필요하였다. 배터리의 전류 및 전 압값을 측정하는 과정에서 발생하는 오차는 개방 전압의 오차를 발생시키고, 그에 따라 배터리의 SOC에 오차가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 배터리 열화에 따라 SOC의 오차가 발생한다. In the conventional battery management system, an open loop voltage was calculated to determine a state of charge (“SOC”) of a battery. In order to calculate the open voltage, a measurement value of a battery current and voltage was required. . An error generated in the process of measuring the current and voltage value of the battery generates an error in the open voltage, and thus there is a problem in that an error occurs in the SOC of the battery. In addition, SOC errors occur due to battery deterioration.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 보다 정밀하고 정확한 SOC를 산출할 수 있는 배터리 관리 시스템 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a battery management system and a driving method thereof capable of calculating more accurate and accurate SOC.

본 발명의 하나의 특징에 따른복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나 이상의 팩을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템에 있어서, 상기 배터리 팩의 팩전류, 팩전압 및 셀온도를 측정하고 출력하는 센싱부 상기 센싱부로부터 입력되는 팩전류 및 팩전압을 이용하여 내부저항을 산출하고, 상기 내부저항에 대응하는 출력전력을 판단하고 상기 출력전력을 이용하여 OCV(open circuit voltage)를 산출하며, 상기 OCV에 대응하는 SOC를 판단하는 MCU(main controller unit) 를 포함한다. In a battery management system in which a plurality of battery cells according to an aspect of the present invention comprises a pack and manages a battery including at least one pack, the pack current, pack voltage, and cell temperature of the battery pack are determined. Sensing unit for measuring and outputting The internal resistance is calculated using the pack current and the pack voltage input from the sensing unit, the output power corresponding to the internal resistance is determined, and the open circuit voltage (OCV) is determined using the output power. And a main controller unit (MCU) for determining an SOC corresponding to the OCV.

본 발명의 다른 특징에 따른, 복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나 이상의 팩을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템의 구동방법에 있어서, a) 팩전류, 팩전압 및 셀온도를 입력받는 단계, b) 일정한 시간 간격을 갖고 팩전류 및 팩전압을 인식하여 내부저항을 산출하는 단계, c) 상기 셀온도에 대응하는 상기 내부저항과 출력전력 데이터를 검색하고, 상기 내부저항을 이용하여 상기 데이터에서 출력전력을 검출하는 단계, d) 상기 내부저항 및 출력전력과 설정된 기준 전압을 이용하여 전류를 산출하고, 상기 기준 전압, 내부저항 및 전류를 이용하여 OCV를 산출하는 단계, 및 e) 상기 OCV를 이용하여 SOC 와 OCV 관계 데이터에서 SOC를 판단하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, a method of driving a battery management system for managing a battery comprising a plurality of battery cells consisting of one pack and including at least one pack, the method comprising: a) pack current, pack voltage and cell temperature B) calculating internal resistance by recognizing the pack current and the pack voltage at a predetermined time interval, c) retrieving the internal resistance and output power data corresponding to the cell temperature, and calculating the internal resistance. Detecting an output power from the data using the same; d) calculating a current using the internal resistance and the output power and a set reference voltage, and calculating an OCV using the reference voltage, the internal resistance, and the current; e) determining the SOC from the SOC and OCV relationship data using the OCV.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, which means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리, BMS 및 BMS의 주변장치를 개략적으로 보여주는 도면이다. 1 is a view schematically showing a battery, a BMS, and a peripheral device of a BMS according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 자동차 시스템은BMS(1), 배터리(2), 전류센서(3), 냉각팬(4), 퓨즈(5), 메인 스위치(6), ECU(engine controller unit, 7), 인버터(8) 및 모터제너레이터(9)를 포함한다. As shown in FIG. 1, an automotive system includes a BMS 1, a battery 2, a current sensor 3, a cooling fan 4, a fuse 5, a main switch 6, an engine controller unit, and an ECU. 7), an inverter 8 and a motor generator 9.

먼저, 배터리(2)는 복수의 전지 셀이 서로 직렬로 연결된 복수의 서브팩(2a ~ 2h), 출력단자(2_OUT1), 출력단자(2_OUT2) 및 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 마련되는 안전스위치(2_SW)를 포함한다. 여기서 서브팩(2a ~ 2h)은 예시적으로 8개로 표시되고 서브팩은 복수의 전지 셀을 하나의 그룹으로 표시한 것에 불과한 것이고, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 안전 스위치(2_SW)는 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 마련되는 스위치로서 배터리를 교체하거나 배터리에 대한 작업을 수행할 때 작업자의 안전을 위하여 수동적으로 온 오프할 수 있는 스위치이다. 본 발명의 실시예에서는 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 안전 스위치(2_SW)가 마련되나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 출력단자(2_OUT1) 및 출력단자(2_OUT2)는 인버터(8)와 연결된다. First, the battery 2 includes a plurality of subpacks 2a to 2h, an output terminal 2_OUT1, an output terminal 2_OUT2, and a subpack 2d and a subpack 2e in which a plurality of battery cells are connected in series. It includes a safety switch (2_SW) provided in. Here, the subpacks 2a to 2h are illustrated as eight by way of example, and the subpacks are merely displayed as a group of a plurality of battery cells, but are not limited thereto. In addition, the safety switch 2_SW is a switch provided between the subpack 2d and the subpack 2e and is a switch that can be manually turned on and off for the safety of the operator when replacing the battery or performing work on the battery. . In an embodiment of the present invention, a safety switch 2_SW is provided between the subpack 2d and the subpack 2e, but the present invention is not limited thereto. The output terminal 2_OUT1 and the output terminal 2_OUT2 are connected to the inverter 8.

전류센서(3)는 배터리(2)의 출력전류 량을 측정하여 BMS(1)의 센싱부(10)로 출력한다. 구체적으로 전류센서(3)는 홀(Hall) 소자를 이용하여 전류를 측정하고 측정된 전류에 대응되는 아날로그 전류 신호로 출력하는 Hall CT(Hall current transformer)일 수 있다. The current sensor 3 measures the output current amount of the battery 2 and outputs it to the sensing unit 10 of the BMS 1. Specifically, the current sensor 3 may be a Hall CT (Hall current transformer) that measures current using a Hall element and outputs an analog current signal corresponding to the measured current.

냉각팬(4)은 BMS(1)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)의 충방전에 의해 발생할 수 있는 열을 냉각하여 온도 상승으로 인한 배터리(2)의 열화 및 충방전 효율의 저하를 방지한다. The cooling fan 4 cools heat that may be generated by the charging and discharging of the battery 2 based on the control signal of the BMS 1, thereby preventing deterioration of the battery 2 and deterioration of the charging and discharging efficiency due to the temperature rise. do.

퓨즈(5)는 배터리(2)의 단선 또는 단락에 의해 과전류가 배터리(2)에 전달되는 것을 방지한다. 즉 과전류가 발생하면 퓨즈(5)는 단선되어 과전류가 배터리(2)에 전달되는 것을 차단한다. The fuse 5 prevents overcurrent from being transferred to the battery 2 by the disconnection or short circuit of the battery 2. That is, when an overcurrent occurs, the fuse 5 is disconnected to block the overcurrent from being transmitted to the battery 2.

메인 스위치(6)는 과전압, 과전류, 고온 등 이상 현상이 발생하면BMS(1) 또 는 자동차의ECU(7)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)를 온오프 한다. The main switch 6 turns on and off the battery 2 based on the control signal of the BMS 1 or the ECU 7 of the vehicle when an abnormal phenomenon such as overvoltage, overcurrent, high temperature occurs.

BMS(1)는 센싱부(10), MCU(Main control unit, 20), 내부전원 공급부(30), 셀밸런싱부(40), 저장부(50), 통신부(60), 보호회로부(70), 파워온 리셋부(80) 및 외부인터페이스(90)를 포함한다. The BMS 1 includes a sensing unit 10, a MCU (Main control unit) 20, an internal power supply unit 30, a cell balancing unit 40, a storage unit 50, a communication unit 60, and a protection circuit unit 70. , A power-on reset unit 80 and an external interface 90.

센싱부(10)는 배터리 전체 팩전류, 배터리 전체 팩전압, 각 전지 셀전압, 셀온도 및 주변온도를 측정하여 MCU(20)에 전달한다. The sensing unit 10 measures a total battery pack current, a total battery pack voltage, each battery cell voltage, a cell temperature, and an ambient temperature, and transmits the same to the MCU 20.

MCU(20)는 센싱부(10)로부터 전달받은 배터리 전체 팩전류, 배터리 전체 팩전압, 각 전지 셀의 팩전압, 셀온도 및 주변온도에 대응되는 디지털 데이터에 기초하여 배터리(2)의 충전상태(state of charging, 이하 SOC), 건강상태(state of health, 이하 SOH) 등을 추정하여 배터리(2)의 충방전을 제어한다. 또한, MCU(20)는 배터리(2)의 상태를 알려주는 정보를 생성하고 통신부(60)를 통해 자동차의 ECU(7)에 전달한다. 따라서 자동차의 ECU(7)는 MCU(20)로부터 전달된 SOC 및 SOH에 기초하여 배터리(2)의 충전 또는 방전을 수행한다. 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의MCU(20)는 충전상태(SOC)를 정확히 추정하기 위해 건강상태(SOH)를 고려한다. MCU(20)는 배터리의 건강상태(SOH)를 나타내는 인자로 내부저항을 산출하고, 내부저항에 따른 출력전력을 판단한다. MCU(20)는 내부저항 및 출력전력을 이용하여 SOH를 판단한다. 산출된 내부저항이 소정의 기준치보다 큰 경우, 또는 내부저항에 대응하는 출력전력이 기준 출력전력보다 낮은 경우에는 열화가 많이 진행된 것으로 판단하여 더 이상 사용하기에 적합하지 않은 배터리로 판단한다. 또한, MCU(20)는 내부저항을 고려하여 열화 정도에 따른 SOC를 산출할 수 있다. 구체적으 로, MCU(20)는 내부 저항에 따른 출력 전력 측정 결과 데이터 및 SOC 와 OCV 관계 데이터를 저장하고 있다. MCU(20)는 내부 저항(Ri)을 측정하여 출력전력(Pout)을 검출하고, 출력전력에 따른 OCV(open circuit voltage : 이하 OCV)를 산출하여 배터리의 SOC를 판단한다. 즉, MCU(20)는 센싱부(10)로부터 팩전류 및 팩전압을 이용하여 내부 저항을 산출하고, 내부저항과 출력전력 관계 그래프에서 산출된 내부 저항에 대응되는 출력전력을 검출한다. 그리고, 검출된 출력전력을 이용하여 OCV값을 산출하고, SOC와 OCV 관계 그래프에서 산출된 OCV값을 이용하여 SOC를 산출한다. The MCU 20 charges the battery 2 based on the digital data corresponding to the total battery pack current, the total battery pack voltage, the pack voltage of each battery cell, the cell temperature, and the ambient temperature received from the sensing unit 10. charge / discharge of the battery 2 is controlled by estimating a state of charging (hereinafter referred to as SOC) and a state of health (hereinafter referred to as SOH). In addition, the MCU 20 generates information indicating the state of the battery 2 and transmits the information to the ECU 7 of the vehicle through the communication unit 60. Therefore, the ECU 7 of the vehicle performs charging or discharging of the battery 2 based on the SOC and SOH transmitted from the MCU 20. The MCU 20 of the battery management system according to the embodiment of the present invention considers the health state SOH to accurately estimate the state of charge SOC. The MCU 20 calculates the internal resistance as a factor representing the health state (SOH) of the battery and determines the output power according to the internal resistance. The MCU 20 determines the SOH using the internal resistance and the output power. When the calculated internal resistance is larger than a predetermined reference value, or when the output power corresponding to the internal resistance is lower than the reference output power, it is determined that much deterioration has occurred and it is determined that the battery is no longer suitable for use. In addition, the MCU 20 may calculate the SOC according to the deterioration degree in consideration of the internal resistance. Specifically, the MCU 20 stores output power measurement result data and SOC and OCV relationship data according to internal resistance. The MCU 20 detects the output power Pout by measuring the internal resistance Ri and calculates an open circuit voltage (OCV) according to the output power to determine the SOC of the battery. That is, the MCU 20 calculates the internal resistance from the sensing unit 10 using the pack current and the pack voltage, and detects the output power corresponding to the internal resistance calculated from the internal resistance and the output power relation graph. The OCV value is calculated using the detected output power, and the SOC is calculated using the OCV value calculated from the SOC and OCV relationship graph.

내부전원 공급부(30)는 일반적으로 보조 배터리를 이용하여 BMS(1)에 전원을 공급하는 장치이다. The internal power supply unit 30 is a device that generally supplies power to the BMS 1 using an auxiliary battery.

셀밸런싱부(40)는 각 셀의 충전상태의 균형을 맞춘다. 즉, 충전상태가 비교적 높은 셀은 방전시키고 충전상태가 비교적 낮은 셀은 충전시킬 수 있다. The cell balancing unit 40 balances the state of charge of each cell. That is, a cell with a relatively high state of charge can be discharged and a cell with a relatively low state of charge can be charged.

저장부(50)는 BMS(1)의 전원이 오프될 때, 현재의SOC, SOH 등의 데이터들을 저장한다. 여기서 저장부(50)는 전기적으로 쓰고 지울 수 있는 비휘발성 저장장치로서 EEPROM일 수 있다. The storage unit 50 stores the current SOC, SOH, and the like when the power of the BMS 1 is turned off. The storage unit 50 may be an EEPROM as a nonvolatile storage device that can be electrically written and erased.

통신부(60)는 MCU(20)로부터 수신한 SOC 및 SOH 정보를 ECU(7)로 전송한다. The communication unit 60 transmits the SOC and SOH information received from the MCU 20 to the ECU 7.

보호회로부(70)는 펌웨어(firm ware)를 이용하여 외부의 충격, 과전류, 저전압 등으로부터 BMS(1)를 보호하기 위한 회로이다. The protection circuit unit 70 is a circuit for protecting the BMS 1 from external shock, overcurrent, low voltage, etc. using firmware.

파워온 리셋부(80)는 BMS(1)의 전원이 켜지면 전체 시스템을 리셋한다. The power-on reset unit 80 resets the entire system when the power of the BMS 1 is turned on.

외부 인터페이스(90)는 냉각팬(4), 메인 스위치(6) 등 BMS의 보조장치들을 MCU(20)에 연결하기 위한 장치이다. 본 실시에에서는 냉각팬(4) 및 메인 스위치(6) 만이 도시되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. The external interface 90 is a device for connecting the auxiliary devices of the BMS such as the cooling fan 4 and the main switch 6 to the MCU 20. In the present embodiment, only the cooling fan 4 and the main switch 6 are shown, but are not limited thereto.

ECU(7)는 차량의 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 차량 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터제너레이터(9)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 즉 ECU(7)는 인버터(8)의 스위칭을 제어하여 모터제너레이터(9)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 또한 ECU(7)는 BMS(1)의 통신부(60)를 통하여 MCU(20)로부터 전달되는 배터리(2)의 SOC를 전달받아 배터리(2)의 SOC가 목표값(예컨대 55%)이 되도록 제어한다. 예를 들면 MCU(20)로부터 전달된 SOC가 55% 이하이면 인버터(8)의 스위치를 제어하여 전력이 배터리(10) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(2)를 충전시키고 이때 팩전류(I)는 '+'값이 될 수 있다. 한편, SOC가 55% 이상이면 인버터(8)의 스위치를 제어하여 전력이 모터제너레이터(9) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(2)를 방전시키고 이때 팩전류(I)는 '-'값이 될 수 있다. 이에 더하여 ECU(7)는 BMS(1)의 통신부(60)를 통하여 MCU(20)로부터 전달되는 배터리(2)의 SOH를 전달받아 자동차의 계기판(미도시) 등의 표시장치에 표시되도록 할 수 있다. The ECU 7 determines the torque degree based on the information of the accelerator, break, vehicle speed, etc. of the vehicle, and controls the output of the motor generator 9 to match the torque information. That is, the ECU 7 controls the switching of the inverter 8 so that the output of the motor generator 9 matches the torque information. In addition, the ECU 7 receives the SOC of the battery 2 delivered from the MCU 20 through the communication unit 60 of the BMS 1 so as to control the SOC of the battery 2 to be a target value (for example, 55%). do. For example, when the SOC transmitted from the MCU 20 is 55% or less, the switch of the inverter 8 is controlled so that the power is output in the direction of the battery 10 to charge the battery 2, and the pack current I is Can be a '+' value. On the other hand, when the SOC is 55% or more, the switch of the inverter 8 is controlled so that the power is output in the direction of the motor generator 9 so that the battery 2 is discharged. At this time, the pack current I may become a '-' value. have. In addition, the ECU 7 may receive the SOH of the battery 2 delivered from the MCU 20 through the communication unit 60 of the BMS 1 to be displayed on a display device such as an instrument panel (not shown) of a vehicle. have.

인버터(8)는 ECU(7)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)가 충전 또는 방전되도록 한다. The inverter 8 causes the battery 2 to be charged or discharged based on the control signal of the ECU 7.

모터 제너레이터(9)는 배터리(2)의 전기에너지를 이용하여 ECU(7)로부터 전달되는 토크 정보에 기초하여 자동차를 구동한다. The motor generator 9 drives the motor vehicle based on the torque information transmitted from the ECU 7 using the electric energy of the battery 2.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 열화를 고려하여SOC를 판단하는 배터리 관리 시스템에 대해서 설명한다. Hereinafter, a battery management system for determining SOC in consideration of deterioration according to an embodiment of the present invention will be described.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MCU(20)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 2 is a diagram schematically showing the MCU 20 according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, MCU(20)는 내부저항 산출부(210), 출력전력 판단부(220), OCV 산출부(230), SOC 판단부(240) 및 SOH 판단부(250)를 포함한다. As shown in FIG. 2, the MCU 20 may include an internal resistance calculator 210, an output power determiner 220, an OCV calculator 230, an SOC determiner 240, and an SOH determiner 250. Include.

내부저항 산출부(210)는 센싱부(10)부로부터 입력되는 팩전류(Ip) 및 팩전압(Vp)을 소정의 시간 간격을 두고 인식한다. 임의의 시점에서 인식한 팩전류(Ip1) 및 팩전압(Vp1)과 소정의 시간이 지난후 인식한 팩전류(Ip2) 및 팩전압(Vp2)을 이용하여 내부저항(Ri)을 산출한다. 구체적으로, 내부저항(Ri)은 수학식1을 이용하여 산출할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 내부저항 산출부(210)로 입력되는 팩전압(Vp)은 직렬 연결된 모든 서브 팩들(2a-2e)의 각 전압을 합한 것으로 설정한다. 배터리가 복수의 서브 팩을 포함한 팩을 다수 포함하는 경우 팩전압(Vp)는 다수의 팩들 각각의 전압을 합한 값으로 설정할 수 있다.The internal resistance calculator 210 recognizes the pack current Ip and the pack voltage Vp input from the sensing unit 10 at predetermined time intervals. The internal resistance Ri is calculated using the pack current Ip1 and the pack voltage Vp1 recognized at an arbitrary time point, and the pack current Ip2 and the pack voltage Vp2 recognized after a predetermined time. Specifically, the internal resistance Ri may be calculated using Equation 1. The pack voltage Vp input to the internal resistance calculator 210 according to an exemplary embodiment of the present invention is set as the sum of the voltages of all the subpacks 2a-2e connected in series. When the battery includes a plurality of packs including a plurality of subpacks, the pack voltage Vp may be set to a sum of voltages of each of the plurality of packs.

Figure 112006004414014-pat00001
Figure 112006004414014-pat00001

출력전력 판단부(220)는 내부저항 산출부(210)로부터 산출된 내부저항값을 입력받는다. 출력전력 판단부(220)는 내부저항과 산출된 내부저항에 대응하는 출력전력을 저장한 데이터베이스(225)를 포함한다. 출력전력 판단부(220)는 입력된 내부저항값에 대응되는 출력전력을 데이터베이스(225)로부터 검출한다. 내부저항에 따른 출력전력은 셀온도에 따라 다를 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 데이터베이스(225)는 셀온도에 따른 내부저항과 출력전력 관계를 저장할 수 있다. 셀온도 는 다수의 셀 중 특정 셀의 온도이거나, 다수의 셀 각각의 온도의 평균 온도 일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 셀 온도는 평균온도이다.  The output power determiner 220 receives the internal resistance value calculated from the internal resistance calculator 210. The output power determination unit 220 includes a database 225 storing the internal resistance and the output power corresponding to the calculated internal resistance. The output power determination unit 220 detects an output power corresponding to the input internal resistance value from the database 225. The output power according to the internal resistance may vary according to the cell temperature, and the database 225 according to the embodiment of the present invention may store the relationship between the internal resistance and the output power according to the cell temperature. The cell temperature may be a temperature of a specific cell of the plurality of cells or an average temperature of temperatures of each of the plurality of cells. The cell temperature according to the embodiment of the present invention is an average temperature.

구체적으로, 내부저항에 따른 출력전력의 관계에 대해서 도 3을 참조하여 설명한다.Specifically, the relationship between the output power according to the internal resistance will be described with reference to FIG. 3.

도 3은 내부저항과 출력전력의 관계를 도시한 그래프이다. 도 3의 그래프는 실험에 의해 내부저항에 대응되는 출력전력 값을 산출하여 이를 나타낸 것이다.3 is a graph showing the relationship between internal resistance and output power. The graph of FIG. 3 shows the output power value corresponding to the internal resistance by experiment.

도 3에 도시된 바와 같이, 열화가 되지 않은 FRESH 배터리는 내부저항이 0이며, 그때 출력전력이 배터리로부터 출력되는 출력 전력의 100%로 설정된다. 배터리의 충방전을 반복할수록 배터리의 열화에 의해 내부저항은 상승하고, 그에 따라 출력전력(Pout)이 감소한다. 내부저항 산출부(210)로부터 입력된 내부저항 값이 6[m Ω](Ri1)인경우, 도 3에서, 내부저항 6[mΩ](Ri1)에 대응하는 출력전력은 70.3%(Pout1)이 된다. As shown in FIG. 3, the deteriorated FRESH battery has an internal resistance of 0, at which time the output power is set to 100% of the output power output from the battery. As the battery is repeatedly charged and discharged, the internal resistance increases due to battery deterioration, and accordingly, output power Pout decreases. When the internal resistance value input from the internal resistance calculation unit 210 is 6 [mΩ] (Ri1), in Fig. 3, the output power corresponding to the internal resistance 6 [mΩ] (Ri1) is 70.3% (Pout1). do.

OCV 산출부(230)는 출력전력 산출부(220)로부터 출력전력(Pout)을 입력받고, OCV를 산출한다. 구체적으로, OCV 산출부(230)는 배터리 하한 전압(Vcutoff)을 설정하여 저장하고 있으며, 수학식 2를 이용하여 배터리 최대 방전전류값(Iomax)을 산출한다. 배터리 하한 전압(Vcutoff)이란, 정상적인 배터리에서 출력되는 전압의 최저값을 말한다. 즉, 배터리로부터 출력되는 전압이 배터리 하한 전압보다 작은 경우, 배터리는 더 이상 사용할 수 없다. 그리고, 최대 방전전류값(Iomax)은 배터리로부터 출력되는 전압이 배터리 하한 전압과 동일할 때, 배터리로부터 출력되는 방전 전류를 말한다. The OCV calculator 230 receives the output power Pout from the output power calculator 220 and calculates the OCV. In detail, the OCV calculator 230 sets and stores the battery lower limit voltage Vcutoff, and calculates the battery maximum discharge current value Iomax using Equation 2. The battery lower limit voltage Vcutoff means the lowest value of the voltage output from a normal battery. That is, when the voltage output from the battery is smaller than the battery lower limit voltage, the battery can no longer be used. The maximum discharge current value Iomax refers to the discharge current output from the battery when the voltage output from the battery is equal to the battery lower limit voltage.

Figure 112006004414014-pat00002
Figure 112006004414014-pat00002

OCV 산출부(230)는 배터리 하한 전압(Vcutoff), 최대 방전전류값(Iomax) 및 내부저항(Ri)을 이용하여 OCV(Vocv)값을 산출한다. 구체적으로, 배터리로부터 출력되는 전압은 OCV 전압과 배터리에 부하가 연결되었을 때 발생하는 전류가 내부저항에 흐를 때, 발생하는 전압의 합과 같다. 본 발명의 실시예에서는, 배터리로부터 출력되는 배터리 하한 전압(Vcutoff)값은 최대 방전전류값(Iomax)이 내부저항(Ri1)에 흐를 때 발생하는 전압과 OCV(Vocv)값의 합과 같다. 수학식 3은 이를 나타낸 것으로 아래와 같다. The OCV calculator 230 calculates an OCV (Vocv) value using the battery lower limit voltage Vcutoff, the maximum discharge current value Iomax, and the internal resistance Ri. Specifically, the voltage output from the battery is equal to the sum of the OCV voltage and the voltage generated when the current generated when the load is connected to the battery flows through the internal resistance. In the embodiment of the present invention, the battery lower limit voltage Vcutoff value output from the battery is equal to the sum of the voltage generated when the maximum discharge current value Iomax flows to the internal resistance Ri1 and the OCV (Vocv) value. Equation 3 shows this as follows.

Figure 112006004414014-pat00003
Figure 112006004414014-pat00003

이를 정리하면, 수학식 4와 같이 OCV(Vocv)를 산출할 수 있다.In summary, OCV (Vocv) can be calculated as shown in Equation 4.

Figure 112006004414014-pat00004
Figure 112006004414014-pat00004

이하, 도 4를 참조하여 SOC 판단부(240)를 설명한다.Hereinafter, the SOC determination unit 240 will be described with reference to FIG. 4.

도 4는 OCV와 SOC의 관계를 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing the relationship between OCV and SOC.

SOC 판단부(240)는 OCV 산출부(230)로부터 입력된 OCV(Vocv)를 이용하여 SOC를 판단한다. 구체적으로, SOC 판단부(240)는 OCV와 SOC 사이의 관계를 실험적으로 구한 데이터를 저장한다. 이를 그래프로 도시하면, 도 4와 같다. 도 4에 도시된 바와 같이, OCV 산출부(230)로부터 입력된 OCV(Vocv)에 대응되는 SOC(SOC1)를 검출한다.The SOC determining unit 240 determines the SOC using the OCV (Vocv) input from the OCV calculating unit 230. In detail, the SOC determination unit 240 stores data obtained by experimentally obtaining a relationship between the OCV and the SOC. This is shown in a graph, as shown in FIG. As shown in FIG. 4, the SOC (SOC1) corresponding to the OCV (Vocv) input from the OCV calculator 230 is detected.

SOH 판단부(250)는 내부저항 산출부(210) 및 출력전력 판단부(220)로부터 각각 내부저항 및 출력전력을 입력받아, SOH를 판단한다. 입력된 내부저항이 소정의 내부저항 기준치보다 큰 경우, 또는 내부저항이 소정의 기준치보다 작은 경우라도 출력전력이 소정의 출력전력 기준치보다 작은 경우 열화된 배터리로 판단한다. 내부저항 및 출력전력 각각에 대한 소정의 기준치는 실험에 의해 얻을 수 있으며, SOH 판단부(250)는 실험에 의해 구한 값을 저장하여 이를 사용할 수 있다.The SOH determiner 250 receives the internal resistance and the output power from the internal resistance calculator 210 and the output power determiner 220 to determine the SOH. If the input internal resistance is larger than the predetermined internal resistance reference value or if the output power is smaller than the predetermined reference value even if the internal resistance is smaller than the predetermined reference value, it is determined as a degraded battery. A predetermined reference value for each of the internal resistance and the output power may be obtained by an experiment, and the SOH determination unit 250 may store the value obtained by the experiment and use it.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구동 방법을 설명한다.Hereinafter, a driving method of a battery management system according to an exemplary embodiment of the present invention will be described.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구동 방법을 도시한 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a method of driving a battery management system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, MCU(20)는 센싱부(10)로부터 팩전류(Ip), 팩전압(Vp) 및 셀온도(Tc)를 입력받는다(S100). 내부저항 산출부(210)는 입력된 일정한 시간 간격을 갖고 팩전류(Ip) 및 팩전압(Vp)를 인식하여 내부저항을 산출한다(S200).As shown in FIG. 5, the MCU 20 receives a pack current Ip, a pack voltage Vp, and a cell temperature Tc from the sensing unit 10 (S100). The internal resistance calculator 210 calculates the internal resistance by recognizing the pack current Ip and the pack voltage Vp at a predetermined time interval (S200).

출력전력 판단부(220)는 입력된 셀온도(Tc)에 해당하는 내부저항과 출력전력 데이터를 검색하고, 내부저항 산출부(210)로부터 입력된 내부저항(Ri)을 이용하여 검색된 데이터에서 출력전력을 검출한다(S300).The output power determination unit 220 retrieves the internal resistance and output power data corresponding to the input cell temperature Tc, and outputs the data from the retrieved data using the internal resistance Ri input from the internal resistance calculation unit 210. Power is detected (S300).

OCV 산출부(230)는 출력전력 판단부(220)로부터 내부저항 및 출력전력을 입력받는다. 그리고 출력전력을 이용하여 배터리 하한 전압 및 최대 방전전류를 산출하고, 산출된 배터리 하한 전압, 최대 방전전류 및 내부저항을 이용하여 OCV를 산출한다(S400).The OCV calculator 230 receives the internal resistance and the output power from the output power determiner 220. The battery lower limit voltage and the maximum discharge current are calculated using the output power, and the OCV is calculated using the calculated battery lower limit voltage, the maximum discharge current and the internal resistance (S400).

SOC 판단부(240)는 OCV 산출부(230)로부터 입력된 OCV를 이용하여 SOC 와 OCV 관계 데이터에서 SOC를 판단한다(S500). The SOC determination unit 240 determines the SOC from the SOC and the OCV relationship data using the OCV input from the OCV calculator 230 (S500).

본 발명의 실시예에 따른 BMS(1)는 위의 동작을 일정한 시간 간격으로 반복하여 열화를 고려한 SOC를 반복적으로 산출할 수 있다. The BMS 1 according to an embodiment of the present invention may repeatedly calculate the SOC in consideration of deterioration by repeating the above operation at regular time intervals.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 BMS는 내부저항을 이용하여 배터리의 출력전력을 산출하고, 출력전력을 이용하여 OCV값을 산출한다. 산출된 OCV 값을 바탕으로 SOC를 판단하므로, 종전 팩전류 및 팩전압을 측정하여 OCV를 산출하는 것에 비해 측정 오차를 방지할 수 있다. 따라서, 측정 오차가 감소된 OCV를 이용하여 SOC를 판단하므로, 종전에 비해 보다 정확하고, 열화 상태가 고려된 SOC를 제공할 수 있다.As such, the BMS according to the embodiment of the present invention calculates the output power of the battery using the internal resistance, and calculates the OCV value using the output power. Since the SOC is determined based on the calculated OCV value, the measurement error can be prevented compared to calculating the OCV by measuring the conventional pack current and the pack voltage. Therefore, since the SOC is determined by using the OCV of which the measurement error is reduced, it is possible to provide an SOC that is more accurate than before and considers the deterioration state.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

본 발명의 한 특징에 따르면, 배터리의 열화를 고려하여 SOC를 판단하는 배 터리 관리 시스템 및 그 구동 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a battery management system and a driving method thereof for determining an SOC in consideration of deterioration of a battery.

본 발명의 다른 특징에 따르면, OCV의 측정 오차를 감소시키고, 측정 오차가 감소된 OCV를 이용하여 SOC를 판단함으로써 보다 정밀하고 정확한 SOC를 산출할 수 있는 배터리 관리 시스템 및 그 구동 방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a battery management system and a method of driving the same, which can reduce the measurement error of OCV and calculate more accurate and accurate SOC by determining the SOC by using the OCV having the reduced measurement error.

Claims (10)

복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나 이상의 팩을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템에 있어서, A battery management system in which a plurality of battery cells is configured as one pack and manages a battery including at least one pack, 상기 배터리 팩의 팩전류, 팩전압 및 셀온도를 측정하고 출력하는 센싱부, A sensing unit for measuring and outputting a pack current, a pack voltage, and a cell temperature of the battery pack; 상기 센싱부로부터 입력되는 팩전류 및 팩전압을 이용하여 내부저항을 산출하고, 상기 내부저항에 대응하는 출력전력을 판단하고 상기 출력전력을 이용하여 OCV(open circuit voltage)를 산출하며, 상기 OCV에 대응하는 SOC를 판단하는 MCU(main controller unit)를 포함하며,The internal resistance is calculated using the pack current and the pack voltage input from the sensing unit, the output power corresponding to the internal resistance is determined, the open circuit voltage is calculated using the output power, and the OCV is calculated. A main controller unit (MCU) for determining a corresponding SOC, 상기 MCU는,The MCU, 상기 팩전류 및 팩전압을 이용하여 내부저항을 산출하는 내부저항 산출부,An internal resistance calculator to calculate an internal resistance using the pack current and the pack voltage; 상기 내부저항 및 상기 셀온도에 대응하는 출력전력을 검출하는 출력전력 판단부,An output power determination unit detecting an output power corresponding to the internal resistance and the cell temperature; 상기 출력전력 및 설정된 제1 전압을 이용하여 전류를 산출하고, 상기 제1 전압, 전류 및 내부저항을 이용하여 OCV를 산출하는 OCV 산출부, 및An OCV calculator configured to calculate a current using the output power and the set first voltage, and calculate an OCV using the first voltage, current, and internal resistance; and 상기 OCV에 대응하는 SOC 데이터를 이용하여 SOC를 판단하는 SOC 판단부를 포함하는 배터리 관리 시스템. And a SOC determination unit to determine an SOC using the SOC data corresponding to the OCV. 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 MCU는,The MCU, 상기 산출된 내부저항 및 상기 검출된 출력 전력을 이용하여 SOH를 판단하는 SOH 판단부를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.The battery management system further comprises a SOH determination unit for determining the SOH by using the calculated internal resistance and the detected output power. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 내부저항 산출부는,The internal resistance calculation unit, 상기 팩전압 및 팩전류를 각각 소정의 시간 간격으로 인식하여 팩전류 변화량에 대한 팩전압 변화량으로 내부저항을 산출하는 배터리 관리 시스템.And a battery management system that recognizes the pack voltage and the pack current at predetermined time intervals, and calculates an internal resistance based on the pack voltage variation with respect to the pack current variation. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 출력전력 판단부는,The output power determination unit, 상기 셀온도에 따라 상기 산출된 내부저항에 대응하는 출력전력을 검출하는데 있어서, 상기 셀온도, 상기 내부저항 및 상기 출력전력의 대응관계를 실험적으로 산출한 데이터를 이용하는 배터리 관리 시스템.And a battery management system using data obtained by experimentally calculating a correspondence relationship between the cell temperature, the internal resistance, and the output power in detecting an output power corresponding to the calculated internal resistance according to the cell temperature. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 OCV 산출부는,The OCV calculation unit, 상기 출력전력을 상기 제1 전압으로 나누어 상기 전류를 산출하고,Dividing the output power by the first voltage to calculate the current; 상기 OCV는 상기 제1 전압에서 상기 전류와 상기 내부저항의 곱의 결과를 차감한 값인 배터리 관리 시스템.The OCV is a value obtained by subtracting a result of the product of the current and the internal resistance from the first voltage. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 제1 전압은,The first voltage is, 상기 팩으로부터 출력되는 전압으로 사용하기 적합한 최소 기준치 전압인 배터리 관리 시스템.The battery management system is a minimum reference voltage suitable for use with the voltage output from the pack. 복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나 이상의 팩을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템의 구동방법에 있어서,In the driving method of a battery management system for managing a battery comprising a plurality of battery cells consisting of one pack, including at least one pack, a) 팩전류, 팩전압 및 셀온도를 입력받는 단계,a) receiving pack current, pack voltage and cell temperature; b) 일정한 시간 간격을 갖고 팩전류 및 팩전압을 인식하여 내부저항을 산출하는 단계,b) calculating the internal resistance by recognizing the pack current and the pack voltage at regular time intervals, c) 상기 셀온도에 대응하는 상기 내부저항과 출력전력 데이터를 검색하고, 상기 내부저항을 이용하여 상기 데이터에서 출력전력을 검출하는 단계c) retrieving the internal resistance and output power data corresponding to the cell temperature, and detecting the output power from the data using the internal resistance d) 상기 내부저항 및 출력전력과 설정된 기준 전압을 이용하여 전류를 산출하고, 상기 기준 전압, 내부저항 및 전류를 이용하여 OCV를 산출하는 단계, 및d) calculating current using the internal resistance and output power and a set reference voltage, and calculating OCV using the reference voltage, internal resistance and current, and e) 상기 OCV를 이용하여 SOC 와 OCV 관계 데이터에서 SOC를 판단하는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.e) determining a SOC from SOC and OCV relationship data using the OCV. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 d)단계는,In step d), 상기 기준 전압에서 상기 전류와 상기 내부저항의 곱의 결과를 차감한 값을 상기 OCV로 산출하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.And a value obtained by subtracting a result of the product of the current and the internal resistance from the reference voltage as the OCV. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 기준 전압은, The reference voltage is, 상기 팩으로부터 출력되는 전압으로, 사용하기 적합한 최소 기준치 전압인 배터리 관리 시스템의 구동방법.And a voltage output from the pack, the minimum reference voltage suitable for use.
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