KR20220034419A - battery management system and method for estimating battery resistance - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배터리 관리 시스템 및 저항 상태 추정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery management system and a method for estimating a resistance state.
전기 자동차 또는 하이브리드 자동차는 주로 배터리를 전원으로 이용하여 모터를 구동함으로써 동력을 얻는 자동차로서, 내연 자동차의 공해 및 에너지 문제를 해결할 수 있는 대안이라는 점에서 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한, 충전이 가능한 배터리는 전기 자동차 이외에 다양한 외부 장치에서 사용되고 있다.An electric vehicle or a hybrid vehicle is a vehicle that obtains power by driving a motor mainly using a battery as a power source, and research is being actively conducted in that it is an alternative to the pollution and energy problems of an internal combustion vehicle. In addition, rechargeable batteries are used in various external devices other than electric vehicles.
배터리는 양극 및 음극, 전극 사이에 개재된 분리막, 양극과 음극에 코팅된 활물질과 전기화학적으로 반응하는 전해질을 포함하는데, 충방전 회수가 증가할수록 용량이 감소한다. 용량의 감소는 전극에 코팅된 활물질의 열화, 전해질의 부 반응, 분리막의 기공 감소 등에서 그 원인을 찾을 수 있다. 배터리의 용량이 감소하면 저항이 증가하여 열로 소실되는 전기 에너지가 증가한다. 따라서, 배터리의 용량이 임계치 이하로 감소하면 배터리의 성능이 현저하게 떨어지고 발열량이 증가하여 점검 또는 교체가 필요하다.A battery includes a positive electrode and a negative electrode, a separator interposed between the electrodes, and an electrolyte that electrochemically reacts with an active material coated on the positive and negative electrodes, and the capacity decreases as the number of charge and discharge increases. The cause of the decrease in capacity can be found in the deterioration of the active material coated on the electrode, the side reaction of the electrolyte, and the decrease in the pores of the separator. As the capacity of the battery decreases, the resistance increases, increasing the electrical energy dissipated as heat. Therefore, when the capacity of the battery decreases below the threshold, the performance of the battery remarkably deteriorates and the amount of heat generated increases, so inspection or replacement is required.
배터리 기술 분야에서, 배터리의 용량 감소 정도는 건강 상태(state of health, SOH)라는 팩터에 의해 정량적으로 나타낼 수 있다. SOH는 여러 가지 방법으로 계산이 가능한데, 그 중 하나가 현재 시점을 기준으로 한 배터리의 저항이 초기(beginning of life, BOL) 상태에 있을 때의 저항 대비 증가된 정도를 정량화하는 것으로 계산이 가능하다. 예를 들어, 배터리의 저항이 BOL 상태일 때의 저항 대비 20% 증가하였다면, SOH는 80%라고 추정할 수 있다. 배터리는 SOH에 기초해서 최대 전류를 제어함으로써 수명을 길게 할 수 있다. 이를 실현하려면, 배터리의 내부 저항을 정확하게 검출하고 내부 저항의 상태를 추정할 필요가 있다.In the field of battery technology, the degree of capacity reduction of a battery may be quantitatively expressed by a factor called a state of health (SOH). SOH can be calculated in several ways, one of which can be calculated by quantifying the degree of increase in the resistance of the battery based on the current time compared to the resistance in the beginning of life (BOL) state. . For example, if the resistance of the battery is increased by 20% compared to the resistance in the BOL state, it can be estimated that the SOH is 80%. Battery life can be extended by controlling the maximum current based on the SOH. To realize this, it is necessary to accurately detect the internal resistance of the battery and estimate the state of the internal resistance.
사전에 측정된 저항 데이터를 기초로, 특정 온도와 특정 SOC 조건에서 추정된 내부 저항이 배터리가 초기 상태일 때의 저항 대비 증가된 정도로 저항 상태, 즉 저항이 퇴화된 정도를 추정할 수 있다. 그리고 특정 온도나 특정 SOC와는 다른 온도나 SOC에서도 동일한 레벨로 내부 저항이 퇴화되었다는 가정하에 추정한 저항 상태를 모든 조건에 적용하여 출력 추정에 사용하고 있다. 그런데 배터리의 저항은 온도에 따라 달라질 수 있는데, 특정 온도에서의 추정된 저항을 다른 온도에도 적용하면 실제 저항 상태와는 다른 결과가 발생할 수 있다.Based on the previously measured resistance data, the resistance state, ie, the degree of deterioration of the resistance, may be estimated to the extent that the internal resistance estimated at a specific temperature and a specific SOC condition is increased compared to the resistance when the battery is in the initial state. In addition, the estimated resistance state is applied to all conditions under the assumption that the internal resistance has deteriorated to the same level even at a temperature or SOC different from a specific temperature or a specific SOC, and is used for output estimation. However, the resistance of the battery may vary depending on the temperature, and if the estimated resistance at a certain temperature is applied to other temperatures, a result different from the actual resistance state may occur.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 배터리의 내부 저항 및 저항 상태를 정확하게 추정할 수 있는 배터리 관리 시스템 및 저항 상태 추정 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a battery management system and a resistance state estimation method capable of accurately estimating internal resistance and resistance state of a battery.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 메모리와 프로세서를 포함하는 배터리 관리 시스템이 제공된다. 상기 메모리는 배터리가 초기 상태일 때의 초기 저항과 상기 배터리의 온도 사이의 상관 관계를 저장한다. 상기 프로세서는 상기 배터리의 측정 전압, 상기 배터리의 측정 전류 및 상기 배터리의 개방 회로 전압에 기초해서 상기 배터리의 내부 저항을 추정하고, 상기 배터리의 측정 온도에 기초해서 상기 배터리의 온도를 추정하고, 상기 추정한 온도에 대응하는 상기 초기 저항을 상기 메모리로부터 추출하고, 상기 추출한 초기 저항과 상기 내부 저항에 기초해서 상기 배터리의 저항 상태를 추정한다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a battery management system including a memory and a processor. The memory stores a correlation between an initial resistance when the battery is in an initial state and a temperature of the battery. The processor estimates the internal resistance of the battery based on the measured voltage of the battery, the measured current of the battery and the open circuit voltage of the battery, estimates the temperature of the battery based on the measured temperature of the battery, and The initial resistance corresponding to the estimated temperature is extracted from the memory, and the resistance state of the battery is estimated based on the extracted initial resistance and the internal resistance.
상기 프로세서는 상기 측정 전압, 상기 측정 전류 및 상기 개방 회로 전압을 제1 적응 필터에 입력해서 상기 내부 저항을 추정하고, 상기 측정 온도를 제2 적응 필터에 입력해서 상기 온도를 추정할 수 있다.The processor may input the measured voltage, the measured current, and the open circuit voltage to a first adaptive filter to estimate the internal resistance, and input the measured temperature to a second adaptive filter to estimate the temperature.
상기 제1 적응 필터와 상기 제2 적응 필터는 각각 RLS(recursive least squares) 필터를 포함할 수 있다.The first adaptive filter and the second adaptive filter may each include a recursive least squares (RLS) filter.
상기 프로세서가 현재 시점에서 추정한 상기 내부 저항에는 이전 시점에서 측정된 상기 측정 전압 또는 상기 측정 전류가 반영되어 있고, 상기 프로세서가 상기 현재 시점에서 추정한 상기 온도에는 상기 이전 시점에서 측정된 상기 측정 온도가 반영되어 있을 수 있다.The measured voltage or the measured current measured at a previous time is reflected in the internal resistance estimated at the current time by the processor, and the temperature estimated by the processor at the current time includes the measured temperature measured at the previous time may be reflected.
상기 프로세서는 상기 측정 전압 또는 상기 측정 전류에 기초해서 상기 배터리의 충전 상태를 추정하고, 상기 충전 상태에 기초해서 상기 개방 회로 전압을 추정할 수 있다.The processor may estimate a state of charge of the battery based on the measured voltage or the measured current, and estimate the open circuit voltage based on the state of charge.
상기 측정 전압은 상기 배터리에 포함되는 복수의 배터리 셀에서 측정된 전압에 기초해서 결정되며, 상기 측정 전류는 전류 센서에서 측정된 전류일 수 있다.The measured voltage is determined based on voltages measured by a plurality of battery cells included in the battery, and the measured current may be a current measured by a current sensor.
상기 프로세서는 상기 내부 저항이 상기 초기 저항 대비 증가한 정도로 상기 저항 상태를 추정할 수 있다.The processor may estimate the resistance state to the extent that the internal resistance is increased compared to the initial resistance.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배터리의 저항 상태 추정 방법이 제공된다. 상기 저항 상태 추정 방법은 상기 배터리의 측정 전압, 상기 배터리의 측정 전류 및 상기 배터리의 개방 회로 전압에 기초해서 상기 배터리의 내부 저항을 추정하는 단계, 상기 배터리의 측정 온도에 기초해서 상기 배터리의 온도를 추정하는 단계, 상기 추정한 온도에 대응하는 상기 배터리가 초기 상태일 때의 초기 저항을 추출하는 단계, 그리고 상기 초기 저항과 상기 내부 저항에 기초해서 상기 배터리의 저항 상태를 추정하는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, a method for estimating a resistance state of a battery is provided. The resistance state estimation method includes estimating the internal resistance of the battery based on the measured voltage of the battery, the measured current of the battery and the open circuit voltage of the battery, and determining the temperature of the battery based on the measured temperature of the battery estimating, extracting an initial resistance when the battery is in an initial state corresponding to the estimated temperature, and estimating a resistance state of the battery based on the initial resistance and the internal resistance.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 배터리 장치의 프로세서에 의해 실행되며, 기록 매체에 저장되어 있는 프로그램이 제공된다. 상기 프로그램은 상기 프로세서가, 상기 배터리의 측정 전압, 상기 배터리의 측정 전류 및 상기 배터리의 개방 회로 전압에 기초해서 상기 배터리의 내부 저항을 추정하는 단계, 상기 배터리의 측정 온도에 기초해서 상기 배터리의 온도를 추정하는 단계, 상기 추정한 온도에 대응하는 상기 배터리가 초기 상태일 때의 초기 저항을 추출하는 단계, 그리고 상기 초기 저항과 상기 내부 저항에 기초해서 상기 배터리의 저항 상태를 추정하는 단계를 실행하도록 한다.According to another embodiment of the present invention, a program executed by a processor of a battery device and stored in a recording medium is provided. The program may include, by the processor, estimating, by the processor, an internal resistance of the battery based on a measured voltage of the battery, a measured current of the battery, and an open circuit voltage of the battery, a temperature of the battery based on the measured temperature of the battery estimating, extracting an initial resistance when the battery is in an initial state corresponding to the estimated temperature, and estimating a resistance state of the battery based on the initial resistance and the internal resistance. do.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 배터리의 온도에 대응하는 BOL 저항을 추출하여서 저항 상태를 정확하게 추정할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, BOL 저항을 추출할 때 사용하는 온도에도 배터리의 내부 저항 추정과 유사하게 지연된 정보를 반영함으로써, 측정 시점에서의 온도 차이에 따른 오차를 제거할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to accurately estimate the resistance state by extracting the BOL resistance corresponding to the temperature of the battery. According to another embodiment of the present invention, by reflecting the delayed information similar to the estimation of the internal resistance of the battery to the temperature used for extracting the BOL resistance, it is possible to remove the error due to the temperature difference at the measurement time.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에서의 저항 상태 추정을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에서의 저항 상태 추정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리의 등가 회로를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리에서 온도-저항 프로파일의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에서 내부 저항 추정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에서의 저항 상태 추정을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에서의 저항 상태 추정 방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a diagram illustrating a battery device according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining estimation of a resistance state in a battery management system according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method for estimating a resistance state in a battery management system according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an equivalent circuit of a battery according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an example of a temperature-resistance profile in a battery according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method for estimating internal resistance in a battery management system according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining a resistance state estimation in a battery management system according to another embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a method for estimating a resistance state in a battery management system according to an embodiment of the present invention.
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. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” to another component, it may be directly connected to the other component, but it should be understood that other components may exist in between. On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.
아래 설명에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.In the description below, expressions described in the singular may be construed in the singular or plural unless an explicit expression such as “one” or “single” is used.
도면을 참고하여 설명한 흐름도에서, 동작 순서는 변경될 수 있고, 여러 동작들이 병합되거나, 어느 동작이 분할될 수 있고, 특정 동작은 수행되지 않을 수 있다.In the flowchart described with reference to the drawings, the order of operations may be changed, several operations may be merged, some operations may be divided, and specific operations may not be performed.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a battery device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 배터리 장치(100)는 외부 장치에 전기적으로 연결될 수 있는 구조를 가진다. 외부 장치가 부하인 경우, 배터리 장치(100)는 부하로 전력을 공급하는 전원으로 동작하여 방전된다. 외부 장치가 충전기인 경우, 배터리 장치(100)는 충전기를 통해 외부 전력을 공급받아 충전된다. 부하로 동작하는 외부 장치는 예를 들면 전자 장치, 이동 수단 또는 에너지 저장 시스템(energy storage system, ESS)일 수 있으며, 이동 수단은 예를 들면 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 스마트 모빌리티(smart mobility)일 수 있다.Referring to FIG. 1 , the
배터리 장치(100)는 배터리(110), 전압 측정 회로(120), 온도 센서(130), 전류 센서(140), 프로세서(150) 및 메모리(160)를 포함한다.The
배터리(110)는 충전 가능한 2차 전지이다. 배터리(110)는 단일 배터리 셀, 복수의 배터리 셀의 어셈블리 또는 복수의 어셈블리가 직렬 또는 병렬로 연결된 배터리 모듈, 복수의 배터리 모듈이 직렬 또는 병렬로 연결된 배터리 팩, 또는 복수의 배터리 팩이 직렬 또는 병렬로 연결된 시스템일 수 있다.The
전압 측정 회로(120)는 배터리(110)의 전압을 측정한다. 어떤 실시예에서, 전압 측정 회로(120)는 각 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있다.The
온도 센서(130)는 배터리(110)의 온도를 측정한다. 어떤 실시예에서, 온도 센서(130)는 배터리(110)의 소정 위치의 온도를 측정할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리(110)에서 복수의 위치의 온도를 측정하기 위해 복수의 온도 센서(130)가 제공될 수 있다.The
전류 센서(140)는 배터리(110)의 양극 단자 또는 음극 단자에 연결되어 있으며, 배터리(110)의 전류, 즉 충전 전류 또는 방전 전류를 측정한다.The
프로세서(150)는 전압 측정 회로(120)에서 측정된 배터리(110)의 전압, 온도 센서(130)에서 측정된 배터리(110)의 온도 및 전류 센서(140)에서 측정된 배터리(110)의 전류에 기초해서 배터리(110)의 저항 상태를 추정한다. 어떤 실시예에서, 프로세서(150)는 배터리(110)의 저항 상태 추정을 위해 메모리(160)에 저장되어 있는 테이블을 참조할 수 있다.The
메모리(160)는 프로세서(150)의 저항 상태 추정을 위해 사용되는 테이블을 저장한다. 어떤 실시예에서, 메모리(160)는 프로세서(150)의 동작에 사용되는 명령어를 저장할 수 있다. 어떤 실시예에서, 메모리(160)는 프로세서(150)에 내장되거나 프로세서(150)에 버스를 통해 연결될 수 있다. 어떤 실시예에서, 테이블을 저장하고 있는 메모리(160)는 비휘발성 메모리일 수 있다.The
어떤 실시예에서, 프로세서(150)와 메모리(160)는 배터리 관리 시스템을 형성할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 관리 시스템은 전압 측정 회로(120), 온도 센서(130) 또는 전류 센서(140) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.In some embodiments,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에서의 저항 상태 추정을 설명하는 도면이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에서의 저항 상태 추정 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리의 등가 회로를 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리에서 온도-저항 프로파일의 한 예를 나타내는 도면이다. 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에서 내부 저항 추정 방법을 나타내는 흐름도이다.FIG. 2 is a diagram illustrating resistance state estimation in a battery management system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a flowchart illustrating a resistance state estimation method in a battery management system according to an embodiment of the present invention. 4 is a diagram illustrating an equivalent circuit of a battery according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a temperature-resistance profile in a battery according to an embodiment of the present invention. 6 is a flowchart illustrating a method for estimating internal resistance in a battery management system according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3을 참고하면, 배터리 관리 시스템의 프로세서(예를 들면, 도 1의 150)는 적응 필터(210)를 사용하여서 배터리(예를 들면, 도 1의 110)의 내부 저항을 추정할 수 있다(S310, S320). 프로세서(150)는 배터리(110)의 전류(I), 배터리(110)의 전압(V) 및 배터리(110)의 개방 회로 전압(open circuit voltage, OCV)을 적응 필터(210)에 입력하고(S310), 적응 필터(210)를 통해 내부 저항을 추정할 수 있다(S320). 어떤 실시예에서, 배터리(110)의 전류는 전류 센서(예를 들면, 도 1의 140)에 의해 측정된 배터리(110)의 충전 또는 방전 전류일 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리(110)의 전압은 평균 셀 전압일 수 있으며, 평균 셀 전압은 복수의 배터리 셀의 전압의 평균값일 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리(110)의 전압은 복수의 배터리 셀의 전압의 합일 수 있다. 배터리(110)의 개방 회로 전압은 배터리(110)의 평균 충전 상태에서 변환된 값일 수 있다.2 and 3 , the processor (eg, 150 in FIG. 1 ) of the battery management system uses the
도 4를 참고하면, 배터리의 등가 회로 모델은 개방 회로 전압원(410), 직렬 저항(420) 및 RC 병렬 회로를 포함한다.Referring to FIG. 4 , the equivalent circuit model of the battery includes an open
개방 회로 전압원(410)은 전기 화학적으로 안정화된 배터리의 양극과 음극 사이의 전압인 개방 회로 전압을 모사한다. 개방 회로 전압은 배터리(110)의 충전 상태(state of charge, SOC)에 의해 결정될 수 있으며, 충전 상태와 비선형적인 함수 관계(OCV=f(SOC))를 가질 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 관리 시스템의 메모리(예를 들면, 도 1의 160)는 배터리(110)의 개방 회로 전압과 충전 상태 간의 상관 관계를 정의하는 SOC-OCV 프로파일이 룩업 테이블 등의 형태로 저장하고 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 메모리(160)는 배터리(110)의 개방 회로 전압과 충전 상태 간의 상관 관계를 정의하는 SOC-OCV 프로파일을 온도별로 저장하고 있을 수 있다. 따라서, 프로세서(150)는 메모리(160)에 저장된 SOC-OCV 프로파일을 참조하여 충전 상태에 연관된 개방 회로 전압을 결정할 수 있다.The open
어떤 실시예에서, 프로세서(150)는 배터리(110)의 전압, 배터리(110)의 전류 또는 배터리(110)의 온도에 기초해서 배터리(110)의 충전 상태를 결정할 수 있다. 프로세서(150)는 이미 알려진 다양한 방법 중 어느 하나의 방법을 사용하여서 충전 상태를 결정할 수 있으며, 본 발명은 충전 상태의 결정 방법에 한정되지 않는다.In some embodiments, the
직렬 저항(420)은 배터리(110)에 흐르는 전류에 의한 배터리(110) 내부의 전압 강하를 나타내는 배터리(110)의 내부 저항을 모사하며, 배터리(110)에 흐르는 전류에 의한 배터리 단자 전압의 순간적인 변화를 나타낸다. RC 병렬 회로는 배터리 단자 전압에 반영된 분극 전압, 즉 과전위(over-potential)의 과도기적인 변화를 모사하는 것으로서, 병렬로 연결되는 저항(431)과 커패시터(432)를 포함한다.The
이러한 등가 회로 모델에서 배터리 단자 전압(V)은 수학식 1과 같이 주어질 수 있다.In this equivalent circuit model, the battery terminal voltage (V) may be given as in Equation (1).
수학식 1에서, R0는 내부 저항(420)의 저항값이고, R1는 RC 병렬 회로의 저항(431)의 저항값이며, C1은 RC 병렬 회로의 커패시터(432)의 커패시턴스이고, I는 배터리(110)의 전류이며, OCV는 개방 회로 전압이다.In
다시 도 2 및 도 3을 참고하면, 프로세서(150)는 BOL 저항 추출 모듈(220)을 통해 배터리(110)의 온도(T)에 기초해서 BOL 저항을 추출한다(S330). 어떤 실시예에서, 배터리(110)의 온도는 복수의 온도 센서에 측정된 온도의 평균값인 평균 온도일 수 있다. BOL 저항은 배터리가 초기(beginning of life, BOL) 상태에 있을 때의 내부 저항이다. 도 5에 도시한 것처럼, 메모리(160)는 온도와 BOL 저항 사이의 상관 관계를 정의하는 온도-저항 프로파일을 예를 들면 룩업 테이블 형태로 저장하고 있을 수 있다. 어떤 실시예에서, 온도별 BOL 저항은 배터리의 규격에 따라 정해지는 값일 수 있다. BOL 저항 추출 모듈(220)은 온도-저항 프로파일로부터 입력된 배터리(110)의 온도에 대응하는 BOL 저항을 추출할 수 있다.Referring back to FIGS. 2 and 3 , the
프로세서(150)는 저항 상태 계산 모듈(230)을 통해 적응 필터(210)에서 추정한 배터리(110)의 내부 저항과 BOL 저항 추출 모듈(220)에서 추출한 BOL 저항에 기초해서 저항 상태를 계산한다(S340). 어떤 실시예에서, 프로세서(150)는 수학식 2와 같이 BOL 저항에 대비 내부 저항이 증가한 비율을 100%에서 뺀 값으로 저항 상태(SOHR)를 추정할 수 있다. 이러한 저항 상태를 저항 퇴화 상태라 할 수 있다.The
수학식 2에서 R0는 추정된 배터리의 내부 저항이고, RBOL은 추출된 BOL 저항이다.In Equation 2, R 0 is the estimated internal resistance of the battery, and R BOL is the extracted BOL resistance.
이와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 배터리에서 측정된 정보를 적응 필터(210)에 입력하여서 내부 저항을 추정할 수 있다. 또한 추정한 내부 저항이 어느 정도 퇴화하였는지를 판단하기 위해서 BOL 저항과 비교할 때, 배터리의 온도를 고려해서 비교하므로, 저항 상태를 정확하게 추정할 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, internal resistance may be estimated by inputting information measured from the battery into the
다음, 적응 필터(210)를 통해 내부 저항을 추정하는 방법의 한 예에 대해서 도 6을 참고로 하여 설명한다. 어떤 실시예에서, 적응 필터(210)로 RLS(recursive least squares) 필터가 사용될 수 있으며, 아래에서는 적응 필터(210)를 RLS 필터로 설명한다.Next, an example of a method of estimating the internal resistance through the
수학식 1을 다시 정리하면 수학식 3과 같이 표현할 수 있다. If
어떤 실시예에서, 메모리(160)는 R1과 C1을 룩업 테이블 형태로 저장하고 있을 수 있다. 어떤 실시예에서, 메모리(160)는 배터리의 측정된 정보(예를 들면, 전압 또는 전류)에 대응하는 R1과 C1을 룩업 테이블 형태로 저장하고 있을 수 있다.In some embodiments, the
수학식 3을 수학식 4와 같은 행렬식으로 표현하는 경우, 현재 시점을 나타내는 k 시점에서의 시스템 출력(y k )과 추정 파라미터()는 수학식 5와 6과 같이 표현될 수 있으며, 수학식 4에서 k 시점에서의 관찰 데이터 행렬(H k )은 수학식 7과 같이 표현할 수 있다. 따라서, 프로세서(150)는 적응 필터(210)에 k 시점에서 측정된 시스템 출력(y k )과 관찰 데이터 행렬(H k )을 입력한다(S610).When Equation 3 is expressed as a determinant such as Equation 4, the system output ( y k ) at time k indicating the current time point and the estimation parameter ( ) can be expressed as in Equations 5 and 6, and in Equation 4, the observation data matrix H k at k time can be expressed as in Equation 7. Accordingly, the
수학식 5 및 7에서 Vk는 k 시점에서 측정된 배터리의 전압(예를 들면, 평균 셀 전압)이고, OCVk는 k 시점에서의 SOC에 기초해서 추정된 개방 회로 전압이며, Ik는 k 시점에서 측정된 배터리의 전류(예를 들면, 전류 센서에서 측정된 전류)이다.In Equations 5 and 7, V k is the voltage of the battery measured at time k (eg, average cell voltage), OCV k is the open circuit voltage estimated based on the SOC at time k, and I k is k The current of the battery measured at the time (eg, the current measured by the current sensor).
적응 필터(210)는 이득(K k )을 계산한다(S620). 예를 들면, 적응 필터(210)는수학식 8과 같이 이득(K k )을 계산할 수 있다.The
수학식 8에서, P k-1 는 공분산(covariance)을 나타내며, R k 는 망각 팩터(forgetting factor)를 나타낸다. 어떤 실시예에서, 공분산(P k-1 )은 (k-1) 시점에서 수학식 11과 같이 갱신된 값일 수 있다. 어떤 실시예에서, 망각 팩터(R k )는 측정된 노이즈의 공분산으로 계산될 수 있다.In Equation 8, P k-1 represents covariance, and R k represents a forgetting factor. In some embodiments, the covariance P k-1 may be an updated value as in Equation 11 at the time point (k-1). In some embodiments, the forgetting factor R k may be calculated as the covariance of the measured noise.
적응 필터(210)는 (k-1) 시점에서의 추정 파라미터()로 k 시점에서의 시스템 출력을 추정한다(S630). 추정 출력은 예를 들면 와 같이 주어질 수 있다. 또한 적응 필터(210)는 k에서의 실제 시스템 출력(y k )과 추정 출력 사이의 오차를 계산한다(S630). 오차는 예를 들면 ()와 같이 주어질 수 있다. 이에 따라, 적응 필터(210)는 오차에 이득을 반영하여서 k에서의 추정 파라미터()를 갱신한다(S640). 예를 들면, 적응 필터(210)는 수학식 9와 같이 추정 파라미터()를 갱신할 수 있다.The
추정 파라미터에서 R1과 C1은 주어진 값이므로, 적응 필터(210)는 R1, C1 및 갱신된 추정 파라미터()에 기초해서 내부 저항의 저항값(R0)를 계산한다(S650).Since R 1 and C 1 in the estimation parameter are given values, the
한편, 수학식 8 및 9의 계산을 위해, 추정 파라미터의 초기값()과 공분산의 초기값(P 0 )이 미리 정해질 수 있다. 예를 들면, 추정 파라미터의 초기값()과 공분산의 초기값(P 0 )으로 수학식 10과 같이 정해질 수 있다.On the other hand, for the calculation of Equations 8 and 9, the initial value of the estimation parameter ( ) and an initial value ( P 0 ) of the covariance may be predetermined. For example, the initial value of the estimation parameter ( ) and the initial value ( P 0 ) of the covariance may be determined as in Equation 10.
다음, 적응 필터(210)는 (k+1) 시점에서 사용될 팩터를 갱신한다(S660). 어떤 실시예에서, (k+1) 시점에서 사용될 공분산(P k )을 갱신할 수 있다. 예를 들면, 적응 필터(210)는 공분산(P k )을 수학식 11과 같이 갱신할 수 있다. 어떤 실시예에서, 적응 필터(210)는 망각 팩터(R k )를 추가로 갱신할 수 있다. 예를 들면, 적응 필터(210)는 망각 팩터(R k )를 앞에서 계산한 오차()에 기초해서 갱신할 수 있다Next, the
이러한 과정을 통해서 RLS 필터는 각 시점(k)에서 추정 파라미터, 즉 내부 저항(R0)를 추정하고, 추정에 사용되는 팩터(예를 들면, 공분산, 망각 팩터)를 갱신해서 다음 시점(k+1)에서의 추정에 제공할 수 있다. 따라서, 내부 저항의 추정이 완료되지 않은 경우(S670), 적응 필터(210)는 다음 시점에서의 추정을 계속 진행할 수 있다(S680).Through this process, the RLS filter estimates the estimation parameter, that is, the internal resistance (R 0 ) at each time point (k), and updates the factors used for estimation (eg, covariance, forgetting factor) at the next time point (k+ It can be provided for the estimation in 1). Accordingly, when the estimation of the internal resistance is not completed (S670), the
도 6을 참고로 하여 설명한 내부 저항 추정 방법은 적응 필터(210)로 RLS 필터를 사용한 경우의 한 예이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.The internal resistance estimation method described with reference to FIG. 6 is an example of using the RLS filter as the
이상에서 설명한 것처럼, k 시점에서 내부 저항을 추정하는 경우, 이득(K k )은 (k-1) 시점에서 추정된 추정 파라미터() 및 (k-1) 시점에서 갱신된 공분산(P k-1 )을 사용하며, 공분산(P k-1 )도 (k-1) 시점에서 측정된 정보에 망각 팩터가 반영되어서 결정된다. 따라서, 현재 시점(k)에서의 내부 저항의 추정에 이전 시점(k-1)에서 측정된 정보, 즉 지연된 정보가 사용되는 반면, 프로세서(150)가 BOL 저항을 추출할 때는 배터리의 현재 온도를 사용하고 이전 시점에서의 온도를 사용하지 않는다. 이에 따라, 이전 시점과 현재 시점에서의 온도 차이가 큰 경우, 저항 상태 추정이 정확하지 않을 수 있다.As described above, when estimating the internal resistance at time k, the gain ( K k ) is the estimated parameter ( ) and (k-1), the updated covariance ( P k-1 ) is used, and the covariance ( P k-1 ) is also determined by reflecting the forgetting factor in the information measured at time (k-1). Accordingly, information measured at a previous time point (k-1), that is, delayed information, is used for estimating the internal resistance at the current time point (k), whereas when the
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에서의 저항 상태 추정을 설명하는 도면이며, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에서의 저항 상태 추정 방법을 나타내는 흐름도이다.7 is a diagram for explaining resistance state estimation in a battery management system according to another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a flowchart illustrating a resistance state estimation method in the battery management system according to an embodiment of the present invention.
도 7 및 도 8을 참고하면, 배터리 관리 시스템의 프로세서(예를 들면, 도 1의 150)는 적응 필터(510)를 사용하여서 배터리(예를 들면, 도 1의 110)의 내부 저항을 추정할 수 있다(S810, S820). 도 2 및 도 3을 참고로 하여 설명한 것처럼, 프로세서(150)는 배터리(110)의 전류(I), 배터리(110)의 전압(V) 및 배터리(110)의 개방 회로 전압(OCV)을 적응 필터(510)에 입력하고(S810), 적응 필터(510)를 통해 내부 저항을 추정할 수 있다(S820).7 and 8 , the processor (eg, 150 in FIG. 1 ) of the battery management system uses the adaptive filter 510 to estimate the internal resistance of the battery (eg, 110 in FIG. 1 ). It can be (S810, S820). As described with reference to FIGS. 2 and 3 , the
또한 프로세서(150)는 적응 필터(540)를 사용하여서 지연된 정보가 반영된 배터리의 온도를 추정할 수 있다(S830, S840). 프로세서(150)는 측정한 배터리(110)의 온도(T)를 적응 필터(540)에 입력하고(S830), 적응 필터(540)를 통해 온도()를 추정할 수 있다. 어떤 실시예에서, 측정된 배터리(110)의 온도를 복수의 온도 센서에서 측정된 온도의 평균값일 수 있다.Also, the
적응 필터(540)는 수학식 4와 같은 행렬식으로 표현하는 경우, 현재 시점을 나타내는 k 시점에서의 시스템 출력(y k )은 k 시점에서 측정된 배터리(110)의 온도이고, 추정 파라미터()는 추정된 배터리(110)의 온도이고, k 시점에서의 관찰 데이터 행렬(H k )은 항등 행렬(identity matrix)이다. 어떤 실시예에서, 관찰 데이터 행렬(H k )은 1×1 항등 행렬일 수 있다.When the adaptive filter 540 is expressed by a determinant such as Equation 4, the system output y k at time k indicating the current time is the temperature of the
앞에서 수학식 8 내지 11을 참고로 하여 설명한 것처럼, 적응 필터(540)는 k 시점에서의 추정 파라미터(), 즉 온도()를 추정할 수 있다. 따라서, 적응 필터(540)에서 추정된 온도()에는 이전 시점(k-1)에서 측정된 정보가 반영될 수 있다.As described above with reference to Equations 8 to 11, the adaptive filter 540 is an estimation parameter ( ), that is, the temperature ( ) can be estimated. Therefore, the temperature estimated in the adaptive filter 540 ( ), information measured at the previous time point (k-1) may be reflected.
다음, 프로세서(150)는 BOL 저항 추출 모듈(520)을 통해 적응 필터(540)에서 추정된 배터리(110)의 온도에 기초해서 BOL 저항을 추출한다(S850). BOL 저항 추출 모듈(520)은 온도-저항 프로파일로부터 적응 필터(540)에서 추정된 배터리(110)의 온도에 대응하는 BOL 저항을 추출할 수 있다.Next, the
프로세서(150)는 저항 상태 계산 모듈(530)을 통해 적응 필터(210)에서 추정한 배터리(110)의 내부 저항과 BOL 저항 추출 모듈(520)에서 추출한 BOL 저항에 기초해서 저항 상태를 계산한다(S860). 어떤 실시예에서, 프로세서(150)는 수학식 2와 같이 BOL 저항에 대비 내부 저항이 증가한 비율을 100%에서 뺀 값으로 저항 상태를 추정할 수 있다.The
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배터리에서 측정된 정보를 적응 필터(510)에 입력하여서 내부 저항을 추정할 수 있다. 또한 배터리에서 측정된 온도를 적응 필터(540)에서 입력하여서 지연된 정보가 반영된 온도를 추정할 수 있다. 이와 같이, 지연된 정보가 반영된 내부 저항과 지연된 정보가 반영된 온도에 기초해서 저항 상태를 정확하게 추정할 수 있다.As described above, according to another embodiment of the present invention, internal resistance may be estimated by inputting information measured from the battery into the adaptive filter 510 . In addition, by inputting the temperature measured by the battery in the adaptive filter 540, the temperature to which the delayed information is reflected may be estimated. In this way, the resistance state can be accurately estimated based on the internal resistance to which the delayed information is reflected and the temperature to which the delayed information is reflected.
어떤 실시예에서, 프로세서(예를 들면, 도 1의 150)는 위에서 설명한 저항 상태 추정 방법 또는 내부 저항 추정 방법을 실행하기 위한 프로그램에 대한 연산을 수행할 수 있다. 저항 상태 추정 방법 또는 내부 저항 추정 방법을 실행하기 위한 프로그램이 메모리에 로드될 수 있다. 이러한 메모리는 테이블을 저장하는 메모리(예를 들면, 도 1의 160)와 동일한 메모리거나 별도의 메모리일 수 있다. 프로그램은 메모리에 로드될 때 프로세서(150)가 저항 상태 추정 방법 또는 내부 저항 추정 방법을 수행하도록 하는 명령어를 포함할 수 있다. 즉, 프로세서는 프로그램의 명령어를 실행함으로써 저항 상태 추정 방법 또는 내부 저항 추정 방법을 위한 동작을 수행할 수 있다.In some embodiments, the processor (eg, 150 of FIG. 1 ) may perform an operation on a program for executing the above-described resistance state estimation method or internal resistance estimation method. A program for executing the resistance state estimation method or the internal resistance estimation method may be loaded into the memory. This memory may be the same memory as the memory for storing the table (eg, 160 in FIG. 1 ) or a separate memory. The program may include instructions for causing the
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. is within the scope of the right.
Claims (12)
상기 배터리가 초기 상태일 때의 초기 저항과 상기 배터리의 온도 사이의 상관 관계를 저장하는 메모리, 그리고
상기 배터리의 측정 전압, 상기 배터리의 측정 전류 및 상기 배터리의 개방 회로 전압에 기초해서 상기 배터리의 내부 저항을 추정하고, 상기 배터리의 측정 온도에 기초해서 상기 배터리의 온도를 추정하고, 상기 추정한 온도에 대응하는 상기 초기 저항을 상기 메모리로부터 추출하고, 상기 추출한 초기 저항과 상기 내부 저항에 기초해서 상기 배터리의 저항 상태를 추정하는 프로세서
를 포함하는 배터리 관리 시스템.A battery management system for a battery, comprising:
a memory for storing a correlation between an initial resistance when the battery is in an initial state and a temperature of the battery; and
estimating the internal resistance of the battery based on the measured voltage of the battery, the measured current of the battery, and the open circuit voltage of the battery, estimating the temperature of the battery based on the measured temperature of the battery, and the estimated temperature The processor extracts the initial resistance corresponding to
A battery management system comprising a.
상기 프로세서는 상기 측정 전압, 상기 측정 전류 및 상기 개방 회로 전압을 제1 적응 필터에 입력해서 상기 내부 저항을 추정하고, 상기 측정 온도를 제2 적응 필터에 입력해서 상기 온도를 추정하는, 배터리 관리 시스템.In claim 1,
the processor inputs the measured voltage, the measured current and the open circuit voltage to a first adaptive filter to estimate the internal resistance, and inputs the measured temperature to a second adaptive filter to estimate the temperature. .
상기 제1 적응 필터와 상기 제2 적응 필터는 각각 RLS(recursive least squares) 필터를 포함하는, 배터리 관리 시스템.In claim 2,
wherein the first adaptive filter and the second adaptive filter each include a recursive least squares (RLS) filter.
상기 프로세서가 현재 시점에서 추정한 상기 내부 저항에는 이전 시점에서 측정된 상기 측정 전압 또는 상기 측정 전류가 반영되어 있으며,
상기 프로세서가 상기 현재 시점에서 추정한 상기 온도에는 상기 이전 시점에서 측정된 상기 측정 온도가 반영되어 있는
배터리 관리 시스템.In claim 1,
The measured voltage or the measured current measured at a previous time is reflected in the internal resistance estimated by the processor at the current time,
The temperature estimated at the current time by the processor reflects the measured temperature measured at the previous time.
battery management system.
상기 프로세서는 상기 측정 전압 또는 상기 측정 전류에 기초해서 상기 배터리의 충전 상태(state of charge)를 추정하고, 상기 충전 상태에 기초해서 상기 개방 회로 전압을 추정하는, 배터리 관리 시스템.In claim 1,
and the processor estimates a state of charge of the battery based on the measured voltage or the measured current, and estimates the open circuit voltage based on the state of charge.
상기 측정 전압은 상기 배터리에 포함되는 복수의 배터리 셀에서 측정된 전압에 기초해서 결정되며,
상기 측정 전류는 전류 센서에서 측정된 전류인
배터리 관리 시스템.In claim 1,
The measured voltage is determined based on voltages measured in a plurality of battery cells included in the battery,
The measured current is the current measured by the current sensor.
battery management system.
상기 프로세서는 상기 내부 저항이 상기 초기 저항 대비 증가한 정도로 상기 저항 상태를 추정하는, 배터리 관리 시스템.In claim 1,
The processor estimates the resistance state to the extent that the internal resistance is increased compared to the initial resistance.
상기 배터리의 측정 전압, 상기 배터리의 측정 전류 및 상기 배터리의 개방 회로 전압에 기초해서 상기 배터리의 내부 저항을 추정하는 단계,
상기 배터리의 측정 온도에 기초해서 상기 배터리의 온도를 추정하는 단계,
상기 추정한 온도에 대응하는 상기 배터리가 초기 상태일 때의 초기 저항을 추출하는 단계, 그리고
상기 초기 저항과 상기 내부 저항에 기초해서 상기 배터리의 저항 상태를 추정하는 단계
를 포함하는 저항 상태 추정 방법.A method for estimating the resistance state of a battery, comprising:
estimating the internal resistance of the battery based on the measured voltage of the battery, the measured current of the battery and the open circuit voltage of the battery;
estimating the temperature of the battery based on the measured temperature of the battery;
extracting an initial resistance when the battery is in an initial state corresponding to the estimated temperature, and
estimating a resistance state of the battery based on the initial resistance and the internal resistance;
A resistance state estimation method comprising
상기 내부 저항을 추정하는 단계는 상기 측정 전압, 상기 측정 전류 및 상기 개방 회로 전압을 제1 적응 필터에 입력해서 상기 내부 저항을 추정하는 단계를 포함하며,
상기 온도를 추정하는 단계는 상기 측정 온도를 제2 적응 필터에 입력해서 상기 온도를 추정하는 단계를 포함하는
저항 상태 추정 방법.In claim 8,
estimating the internal resistance comprises inputting the measured voltage, the measured current and the open circuit voltage to a first adaptive filter to estimate the internal resistance,
The step of estimating the temperature includes the step of estimating the temperature by inputting the measured temperature into a second adaptive filter
A method of estimating the state of resistance.
현재 시점에서 추정된 상기 내부 저항에는 이전 시점에서 측정된 상기 측정 전압 또는 상기 측정 전류가 반영되어 있으며,
상기 현재 시점에서 추정된 상기 온도에는 상기 이전 시점에서 측정된 상기 측정 온도가 반영되어 있는
저항 상태 추정 방법.In claim 8,
The measured voltage or the measured current measured at a previous time is reflected in the internal resistance estimated at the present time,
The temperature estimated at the current time point reflects the measured temperature measured at the previous time point.
A method of estimating the state of resistance.
상기 배터리의 충전 상태(state of charge, SOC)를 추정하는 단계, 그리고
상기 충전 상태에 기초해서 상기 개방 회로 전압을 추정하는 단계
를 더 포함하는 저항 상태 추정 방법.In claim 8,
estimating a state of charge (SOC) of the battery; and
estimating the open circuit voltage based on the state of charge.
Resistance state estimation method further comprising a.
상기 프로그램은 상기 프로세서가,
상기 배터리의 측정 전압, 상기 배터리의 측정 전류 및 상기 배터리의 개방 회로 전압에 기초해서 상기 배터리의 내부 저항을 추정하는 단계,
상기 배터리의 측정 온도에 기초해서 상기 배터리의 온도를 추정하는 단계,
상기 추정한 온도에 대응하는 상기 배터리가 초기 상태일 때의 초기 저항을 추출하는 단계, 그리고
상기 초기 저항과 상기 내부 저항에 기초해서 상기 배터리의 저항 상태를 추정하는 단계
를 실행하도록 하는 프로그램.A program executed by a processor of a battery device and stored in a recording medium,
The program causes the processor to
estimating the internal resistance of the battery based on the measured voltage of the battery, the measured current of the battery and the open circuit voltage of the battery;
estimating the temperature of the battery based on the measured temperature of the battery;
extracting an initial resistance when the battery is in an initial state corresponding to the estimated temperature, and
estimating a resistance state of the battery based on the initial resistance and the internal resistance;
program to run.
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2020
- 2020-09-11 KR KR1020200116749A patent/KR20220034419A/en unknown
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