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KR20220082234A - Method and apparatus for diagnosing battery status through soc estimation - Google Patents

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KR20220082234A
KR20220082234A KR1020200171923A KR20200171923A KR20220082234A KR 20220082234 A KR20220082234 A KR 20220082234A KR 1020200171923 A KR1020200171923 A KR 1020200171923A KR 20200171923 A KR20200171923 A KR 20200171923A KR 20220082234 A KR20220082234 A KR 20220082234A
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management system
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고희상
남양현
김찬수
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한국에너지기술연구원
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Abstract

일 실시예는, 배터리관리시스템으로부터 배터리장치에 대한 SOC(state-of-charge)측정값 및 적어도 하나의 배터리측정값을 수신하는 단계; 상기 SOC측정값 및 상기 적어도 하나의 배터리측정값을 뉴럴네트워크에 입력시켜 SOC추정값을 계산하는 단계; 상기 SOC추정값을 퍼지예측기에 입력시켜 SOC예측범위를 계산하는 단계; 및 상기 SOC측정값을 상기 SOC예측범위와 비교하고, 상기 SOC측정값이 상기 SOC예측범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리장치를 비정상으로 판단하는 단계를 포함하는 배터리상태진단방법를 제공한다.According to an embodiment, receiving a state-of-charge (SOC) measurement value and at least one battery measurement value for a battery device from a battery management system; calculating an SOC estimation value by inputting the SOC measurement value and the at least one battery measurement value into a neural network; calculating an SOC prediction range by inputting the SOC estimation value to a fuzzy predictor; and comparing the SOC measurement value with the SOC prediction range, and determining that the battery device is abnormal when the SOC measurement value is out of the SOC prediction range.

Description

SOC추정을 통해 배터리 상태를 진단하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DIAGNOSING BATTERY STATUS THROUGH SOC ESTIMATION}Method and device for diagnosing battery status through SOC estimation

본 실시예는 배터리의 상태를 진단하는 기술에 관한 것이다. This embodiment relates to a technology for diagnosing the state of a battery.

전기기기로 안정적인 전력을 공급하기 위해 혹은 신재생발전기로부터 생산되는 전력을 저장하기 위해 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System)가 이용되고 있다.An energy storage system (ESS) is being used to supply stable power to electric devices or to store power generated from a renewable generator.

에너지저장장치는 전기에너지를 다른 형태의 에너지로 저장했다가 필요할 때, 다시 다른 형태의 에너지를 전기에너지로 변환시켜 주는 장치로서, 전기에너지를 화학에너지로 변환하여 저장하는 배터리가 대표적이다.An energy storage device is a device that stores electrical energy as another type of energy and then converts another type of energy into electrical energy when necessary, and a battery that converts electrical energy into chemical energy and stores it is representative.

리튬이온계열의 배터리는 에너지의 저장밀도가 높고, 에너지의 변환속도가 빨라 전기자동차, 신재생발전기를 위한 대용량 에너지저장장치 등에 널리 사용되고 있다.Lithium-ion batteries are widely used in large-capacity energy storage devices for electric vehicles and renewable generators because of their high energy storage density and fast energy conversion speed.

그런데, 이러한 배터리는 내부가 밀봉된 상태로 사용되기 때문에, 내부의 상태를 확인하기 어려운 문제가 있다. 그래서, 배터리는 에너지의 잔량을 정확하게 측정하기 어렵고, 내부에서 문제가 발생하여도 그 문제를 정확히 알아내기 어렵다.However, since such a battery is used in a sealed state, there is a problem in that it is difficult to check the internal state. Therefore, in the battery, it is difficult to accurately measure the remaining amount of energy, and even if a problem occurs inside the battery, it is difficult to accurately detect the problem.

배터리는 전기에너지를 화학에너지로 변환하거나 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 정반응 뿐만 아니라 그 주변의 물질들이 반응하는 부반응도 자주 일어나는데, 이러한 부반응에 의해 내부에 문제가 발생하여도 내부가 밀봉된 상태이기 때문에 그 문제를 파악하기가 쉽지 않다.In addition to the forward reaction that converts electrical energy into chemical energy or chemical energy into electrical energy, a battery frequently undergoes side reactions in which the surrounding materials react. Therefore, it is not easy to figure out the problem.

이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서, 배터리의 내부 상태를 진단하는 기술을 제공하는 것이다. 다른 측면에서, 본 실시예의 목적은, 배터리의 밀봉 상태를 해제시키는 파괴적인 방법을 사용하지 않고, 비파괴적인 방법으로 배터리의 내부 상태를 진단하는 기술을 제공하는 것이다. 또 다른 측면에서, 본 실시예의 목적은, 기존의 배터리관리시스템을 통해 획득할 수 있는 기본 정보를 이용하여 배터리의 내부 상태를 진단하는 기술을 제공하는 것이다.Against this background, an object of the present embodiment, in one aspect, is to provide a technique for diagnosing an internal state of a battery. In another aspect, an object of the present embodiment is to provide a technique for diagnosing the internal state of a battery in a non-destructive way without using a destructive method of releasing the sealed state of the battery. In another aspect, an object of the present embodiment is to provide a technology for diagnosing an internal state of a battery using basic information obtainable through an existing battery management system.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예는, 배터리관리시스템으로부터 배터리장치에 대한 SOC(state-of-charge)측정값 및 적어도 하나의 배터리측정값을 수신하는 단계; 상기 SOC측정값 및 상기 적어도 하나의 배터리측정값을 뉴럴네트워크에 입력시켜 SOC추정값을 계산하는 단계; 상기 SOC추정값을 퍼지예측기에 입력시켜 SOC예측범위를 계산하는 단계; 및 상기 SOC측정값을 상기 SOC예측범위와 비교하고, 상기 SOC측정값이 상기 SOC예측범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리장치를 비정상으로 판단하는 단계를 포함하는 배터리상태진단방법를 제공한다. In order to achieve the above object, an embodiment provides the steps of: receiving a state-of-charge (SOC) measurement value and at least one battery measurement value for a battery device from a battery management system; calculating an SOC estimation value by inputting the SOC measurement value and the at least one battery measurement value into a neural network; calculating an SOC prediction range by inputting the SOC estimation value to a fuzzy predictor; and comparing the SOC measurement value with the SOC prediction range, and determining that the battery device is abnormal when the SOC measurement value is out of the SOC prediction range.

상기 적어도 하나의 배터리측정값은, 상기 배터리장치의 단자전압측정값을 포함할 수 있다.The at least one battery measurement value may include a terminal voltage measurement value of the battery device.

상기 적어도 하나의 배터리측정값은, 상기 배터리장치의 온도측정값을 포함할 수 있다.The at least one battery measurement value may include a temperature measurement value of the battery device.

상기 배터리상태진단방법은 상기 SOC측정값을 상기 SOC예측범위와 비교하는 단계 이전에, 상기 SOC측정값과 상기 SOC추정값의 RMS(root-mean-square)오차를 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 RMS오차를 계산하는 단계에서, 상기 RMS오차가 기준값을 초과하는 경우, 상기 배터리장치를 비정상으로 판단할 수 있다.The method for diagnosing the battery state further includes calculating a root-mean-square (RMS) error between the SOC measurement value and the SOC estimate value before the step of comparing the SOC measurement value with the SOC prediction range, In the step of calculating the RMS error, when the RMS error exceeds a reference value, the battery device may be determined to be abnormal.

상기 뉴럴네트워크는 복수의 히든레이어를 포함하고, 각각의 히든레이어는 선형함수로 구성될 수 있다.The neural network includes a plurality of hidden layers, and each hidden layer may be composed of a linear function.

다른 실시예는, 배터리관리시스템으로부터 배터리장치에 대한 SOC(state-of-charge)측정값 및 적어도 하나의 배터리측정값을 수신하는 수신부; 상기 SOC측정값 및 상기 적어도 하나의 배터리측정값을 이용하여 SOC추정값을 계산하는 뉴럴네트워크; 상기 SOC추정값을 이용하여 SOC예측범위를 계산하는 퍼지예측기; 및 상기 SOC측정값을 상기 SOC예측범위와 비교하고, 상기 SOC측정값이 상기 SOC예측범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리장치를 비정상으로 판단하는 제어부를 포함하는 배터리상태진단장치를 제공한다. Another embodiment may include: a receiver configured to receive a state-of-charge (SOC) measurement value and at least one battery measurement value for a battery device from a battery management system; a neural network for calculating an SOC estimation value using the SOC measurement value and the at least one battery measurement value; a fuzzy predictor for calculating an SOC predictive range using the SOC estimate; and a control unit that compares the SOC measurement value with the SOC prediction range, and determines that the battery device is abnormal when the SOC measurement value is out of the SOC prediction range.

상기 배터리관리시스템은, 뉴럴네트워크 기법과 다른 기법으로 상기 SOC측정값을 생성할 수 있다.The battery management system may generate the SOC measurement value using a method different from the neural network method.

상기 배터리관리시스템은, 전류적산법을 이용하여 상기 SOC측정값을 생성할 수 있다.The battery management system may generate the SOC measurement value using a current integration method.

상기 배터리장치는 전기자동차에 탑재될 수 있다.The battery device may be mounted in an electric vehicle.

상기 제어부는 상기 SOC측정값과 상기 SOC추정값의 RMS(root-mean-square)오차를 계산하고, 상기 RMS오차가 기준값을 초과하는 경우, 상기 배터리장치를 비정상으로 판단할 수 있다.The control unit may calculate a root-mean-square (RMS) error between the SOC measurement value and the SOC estimate value, and when the RMS error exceeds a reference value, determine that the battery device is abnormal.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 배터리의 내부 상태를 진단할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 배터리의 밀봉 상태를 해제시키는 파괴적인 방법을 사용하지 않고, 비파괴적인 방법으로 배터리의 내부 상태를 진단할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 기존의 배터리관리시스템을 통해 획득할 수 있는 기본 정보를 이용하여 배터리의 내부 상태를 진단할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the internal state of the battery can be diagnosed. And, according to the present embodiment, it is possible to diagnose the internal state of the battery in a non-destructive way without using a destructive method of releasing the sealed state of the battery. And, according to the present embodiment, it is possible to diagnose the internal state of the battery using basic information obtainable through the existing battery management system.

도 1은 일 실시예에 따른 배터리시스템의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 배터리상태진단장치의 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 뉴럴네트워크의 구성도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 배터리상태진단방법의 흐름도이다.
도 5는 비주기적인 배터리상태진단방법의 일 예시를 나타내는 도면이다.
1 is a configuration diagram of a battery system according to an embodiment.
2 is a configuration diagram of an apparatus for diagnosing a battery state according to an exemplary embodiment.
3 is a block diagram of a neural network according to an embodiment.
4 is a flowchart of a method for diagnosing a battery state according to an exemplary embodiment.
5 is a diagram illustrating an example of an aperiodic battery state diagnosis method.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms. When it is described that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but another component is formed between each component. It should be understood that elements may also be “connected,” “coupled,” or “connected.”

도 1은 일 실시예에 따른 배터리시스템의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a battery system according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 배터리시스템(100)은 에너지저장시스템(140), 배터리관리시스템(120) 및 배터리상태진단장치(110) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the battery system 100 may include an energy storage system 140 , a battery management system 120 , and a battery state diagnosis device 110 .

에너지저장시스템(140)은 복수의 배터리장치들(130)을 포함할 수 있다.The energy storage system 140 may include a plurality of battery devices 130 .

복수의 배터리장치들(130)은 서로 직렬로 연결될 수 있고, 서로 병렬로 연결될 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 배터리장치들(130)이 서로 병렬로 연결되는 것으로 설명되나, 본 실시예가 이로 제한되는 것은 아니다.The plurality of battery devices 130 may be connected to each other in series, or may be connected to each other in parallel. In the present specification, it is described that the battery devices 130 are connected in parallel to each other for convenience of description, but the present embodiment is not limited thereto.

배터리장치들(130)은 리튬계열 배터리셀들을 다수 포함할 수 있으나, 다른 계열의 배터리셀들을 다수 포함할 수도 있고, 배터리셀을 하나만 포함할 수도 있다.The battery devices 130 may include a plurality of lithium-based battery cells, but may include a plurality of battery cells of different series or may include only one battery cell.

배터리관리시스템(120)은 배터리장치들(130)의 입출력을 모니터링하고 배터리장치들(130)의 SOC(state-of-charge)를 측정하고, 다른 파라미터들을 측정할 수 있다.The battery management system 120 may monitor input/output of the battery devices 130 , measure a state-of-charge (SOC) of the battery devices 130 , and measure other parameters.

배터리관리시스템(120)은 배터리장치들(130)의 단자전압 및 충방전전류를 측정할 수 있다. 그리고, 배터리관리시스템(120)은 배터리장치들(130)의 단자전압 및 충방전전류를 이용하여 SOC를 측정할 수 있다.The battery management system 120 may measure the terminal voltage and charging/discharging current of the battery devices 130 . In addition, the battery management system 120 may measure the SOC by using the terminal voltage and the charging/discharging current of the battery devices 130 .

SOC는 배터리장치(130)의 에너지잔량으로서, OCV(open circuit voltage)에 의해 측정될 수 있는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 에너지잔량이 많으면 OCV가 높게 나오고 에너지잔량이 낮으면 OCV가 낮게 나오는 것이다. OCV는 배터리장치(130)에서 충방전이 이루어지지 않고, 배터리장치(130)가 안정된 상태에서 측정되는 단자전압과 같을 수 있는데, 배터리장치(130)가 장시간 사용되지 않은 상태에서 측정되는 단자전압이 OCV에 대응될 수 있다.The SOC is the remaining energy of the battery device 130 and is known to be measured by an open circuit voltage (OCV). For example, if the remaining energy is high, the OCV is high, and if the remaining energy is low, the OCV is low. The OCV may be the same as the terminal voltage measured in a state where the battery device 130 is not charged and discharged and the battery device 130 is stable. The terminal voltage measured when the battery device 130 is not used for a long time is It can correspond to OCV.

배터리관리시스템(120)은 배터리장치(130)를 모니터링하고 배터리장치(130)의 단자전압이 OCV에 대응되는 시점에서, 배터리장치(130)의 단자전압을 측정하여 OCV를 획득할 수 있다. 그리고, 배터리관리시스템(120)은 OCV를 이용하여 SOC를 측정할 수 있다. 배터리관리시스템(120)은 OCV 테이블을 저장하고 있으면서 OCV가 확인되면 OCV 테이블에서 해당 OCV에 대응되는 SOC를 찾아 SOC측정값으로 결정할 수 있다.The battery management system 120 monitors the battery device 130 and, when the terminal voltage of the battery device 130 corresponds to the OCV, measures the terminal voltage of the battery device 130 to obtain the OCV. In addition, the battery management system 120 may measure the SOC by using the OCV. When the OCV is confirmed while the battery management system 120 stores the OCV table, the battery management system 120 may find the SOC corresponding to the OCV from the OCV table and determine it as an SOC measurement value.

OCV에 의한 SOC 측정방법은 시간이 많이 걸리고, 경우에 따라서는 배터리장치(130)가 그러한 OCV 상태에 이르지 못하는 경우가 발생할 수 있기 때문에 OCV에 의한 SOC 측정방법은 보조적으로만 사용되는 경우가 많다.The SOC measurement method by OCV takes a lot of time, and in some cases, the battery device 130 may not reach such an OCV state. Therefore, the SOC measurement method by OCV is often used only auxiliary.

OCV에 의한 SOC 측정방법을 대체할 수 있는 방법으로 배터리관리시스템(120)은 전류적산법을 이용할 수 있다. 전류적산법은 쿨롱카운팅법이라고 불리우기도 하는데, 배터리장치(130)로부터 입출력되는 전하량을 카운팅하여 배터리장치(130)의 에너지잔량을 측정하는 방법이다. 이러한 배터리장치(130)로부터 방전된 전하량과 충전된 전하량을 모두 합산하면 배터리장치(130)의 에너지잔량과 같다는 원리에 기반한 방법이다.As a method that can replace the SOC measurement method by OCV, the battery management system 120 may use the current integration method. The current integration method, also called a coulomb counting method, is a method of counting the amount of electric charges input/output from the battery device 130 to measure the remaining energy of the battery device 130 . This is a method based on the principle that the sum of the amount of charges discharged from the battery device 130 and the amount of charged charges is the same as the remaining energy of the battery device 130 .

전술한 것과 같이 배터리장치(130)에서는 정반응 뿐만 아니라 부반응도 일어나기 때문에 배터리관리시스템(120)은 배터리장치(130)로부터 입출력되는 전하량에 일정한 게인을 곱해서 전하량을 카운팅하기도 한다.As described above, since not only the forward reaction but also the side reaction occur in the battery device 130 , the battery management system 120 may count the amount of charge by multiplying the amount of charge input/output from the battery device 130 by a certain gain.

적류적산법은 실시간으로 SOC를 측정할 수 있기 때문에 배터리관리시스템(120)은 적류적산법을 SOC 측정의 메인 방법으로 사용할 수 있다. 그리고, 배터리관리시스템(120)은 OCV 상태가 발생할 때마다 보조적으로 OCV 방법을 이용하여 SOC측정값을 교정할 수 있다.Since the accumulating method can measure the SOC in real time, the battery management system 120 may use the accumulating method as the main method of measuring the SOC. Also, whenever an OCV condition occurs, the battery management system 120 may supplementally calibrate the SOC measurement value using the OCV method.

그러나, 이러한 방법들에 의하더라도 배터리관리시스템(120)의 SOC측정값에는 오류가 발생할 수 있다. 이러한 오류는 적류적산법의 누적 오차에 의해 발생할 수도 있고, 배터리관리시스템(120)의 시스템 오류에 기인할 수도 있고, 배터리장치(130)의 내부 상태 문제에 기인할 수도 있다.However, even by these methods, an error may occur in the SOC measurement value of the battery management system 120 . Such an error may be caused by a cumulative error of the accumulative integration method, a system error of the battery management system 120 , or an internal state problem of the battery device 130 .

배터리상태진단장치(110)는 배터리관리시스템(120)으로부터 SOC측정값(SOCm) 및 적어도 하나의 배터리측정값(Vm, Tm)을 수신하고, SOC측정값(SOCm) 및 적어도 하나의 배터리측정값(Vm, Tm)을 이용하여 배터리장치(130)의 SOC추정값을 계산할 수 있다.The battery state diagnosis device 110 receives the SOC measurement value SOCm and at least one battery measurement value Vm and Tm from the battery management system 120 , and the SOC measurement value SOCm and the at least one battery measurement value An SOC estimation value of the battery device 130 may be calculated using (Vm, Tm).

배터리상태진단장치(110)는 배터리관리시스템(120)의 SOC 측정방법과 다른 방법으로 SOC를 추정할 수 있다. 예를 들어, 배터리상태진단장치(110)는 뉴럴네트워크 기법을 이용하여 배터리장치(130)의 SOC를 추정할 수 있다.The battery state diagnosis apparatus 110 may estimate the SOC in a method different from the method of measuring the SOC of the battery management system 120 . For example, the battery state diagnosis apparatus 110 may estimate the SOC of the battery apparatus 130 using a neural network technique.

배터리상태진단장치(110) 혹은 다른 학습장치는 뉴럴네트워크의 히든레이어들을 생성해 놓고, 학습데이터를 이용하여 히든레이어들의 내부 파라미터들을 학습시킬 수 있다. 이러한 학습에 의해 내부 파라미터들이 결정되면 배터리상태진단장치(110)는 파라미터가 결정된 뉴럴네트워크를 내부에 장착하고, 이를 이용하여 배터리장치(130)의 SOC를 추정할 수 있다.The battery state diagnosis apparatus 110 or other learning apparatus may generate hidden layers of the neural network and learn internal parameters of the hidden layers by using the learning data. When the internal parameters are determined by such learning, the battery state diagnosis apparatus 110 may install the neural network in which the parameters are determined, and estimate the SOC of the battery apparatus 130 using the neural network.

배터리관리시스템(120)은 주로 적류적산법을 이용하여 SOC를 측정하는데, 이러한 SOC측정값은 배터리상태에 따라 오차가 크게 발생할 수 있다. 전술한 것과 같이 배터리장치(130)에서는 부반응이 일어나는데, 이러한 부반응은 배터리장치(130)의 전압 및 온도에 따라 다르게 발생할 수 있다. 예를 들어, 배터리상태가 고온의 상태인 경우, 부반응이 더 많이 일어날 수 있다. 그런데, 배터리관리시스템(120)은 이러한 배터리상태를 반영하여 SOC를 측정하기 어렵기 때문에 오차가 발생할 수 있다.The battery management system 120 mainly measures the SOC using the integrative integration method, and such an SOC measurement value may have a large error depending on the battery state. As described above, side reactions occur in the battery device 130 , and these side reactions may occur differently depending on the voltage and temperature of the battery device 130 . For example, when the battery state is a high temperature state, more side reactions may occur. However, since it is difficult for the battery management system 120 to measure the SOC by reflecting the battery state, an error may occur.

배터리상태진단장치(110)는 SOC측정값과 적어도 하나의 배터리측정값(Vm, Tm)을 더 이용하기 때문에 배터리관리시스템(120)보다 정확하게 SOC를 추정할 수 있다.Since the battery state diagnosis apparatus 110 further uses the SOC measurement value and at least one battery measurement value Vm and Tm, it is possible to estimate the SOC more accurately than the battery management system 120 .

배터리측정값은 배터리장치(130)의 단자전압측정값(Vm)일 수 있고, 배터리장치(130)의 온도측정값(Tm)일 수 있다. 배터리상태진단장치(110)는 이러한 배터리측정값(Vm, Tm)을 더 이용하여 SOC를 보다 더 정확하게 추정할 수 있다.The battery measurement value may be a terminal voltage measurement value Vm of the battery device 130 , and may be a temperature measurement value Tm of the battery device 130 . The battery state diagnosis apparatus 110 may more accurately estimate the SOC by further using the battery measurement values Vm and Tm.

배터리상태진단장치(110)는 1차적으로 배터리관리시스템(120)으로부터 수신하는 SOC측정값(SOCm)과 자신이 추정한 SOC추정값을 비교하고, SOC측정값과 SOC추정값의 차이가 일정 범위를 벗어나는 경우, 배터리장치(130)를 비정상으로 판단할 수 있다.The battery condition diagnosis device 110 compares the SOC measured value (SOCm) received from the battery management system 120 with the SOC estimated value that it has estimated, and the difference between the SOC measured value and the SOC estimate is out of a certain range. In this case, it may be determined that the battery device 130 is abnormal.

배터리상태진단장치(110)는 SOC측정값과 SOC추정값 사이에 일시적으로 차이가 발생할 수 있다는 것을 감안하여, 일정 시간의 범위에서 계산되는 RMS(root-mean-square)오차를 계산하고 RMS오차가 기준값을 벗어나는 경우 배터리장치(130)를 비정상으로 판단할 수 있다.The battery condition diagnosis apparatus 110 calculates a root-mean-square (RMS) error calculated over a certain time range in consideration of the possibility that a temporary difference may occur between the SOC measured value and the SOC estimated value, and the RMS error is the reference value. If it is out of , it may be determined that the battery device 130 is abnormal.

배터리상태진단장치(110)는 SOC추정값을 퍼지예측기에 입력하고 퍼지예측기를 통해 SOC예측값을 계산할 수 있다.The battery state diagnosis apparatus 110 may input the SOC estimated value to the fuzzy predictor and calculate the SOC predicted value through the fuzzy predictor.

퍼지예측기는 과거의 일련의 데이터를 입력받고 이를 통해 바로 다음 시점의 값의 범위를 예측하는 기법이다. 배터리상태진단장치(110)는 일정 계산 주기마다 산출되는 SOC추정값을 퍼지예측기에 투입시킬 수 있다. 그리고, 배터리상태진단장치(110)는 퍼지예측기를 통해 SOC예측값을 계산할 수 있다.A fuzzy predictor is a technique that receives a series of data from the past and predicts the range of values at the next point in time. The battery state diagnosis apparatus 110 may input the SOC estimation value calculated at each predetermined calculation period to the fuzzy predictor. In addition, the battery state diagnosis apparatus 110 may calculate the SOC predicted value through the fuzzy predictor.

여기서, SOC예측값은 SOC상한예측값과 SOC하한예측값으로 구성될 수 있다. 그리고, SOC상한예측값과 SOC하한예측값은 그 사이의 범위에서 SOC예측범위를 형성할 수 있다.Here, the SOC predicted value may be composed of the SOC upper limit predicted value and the SOC lower limit predicted value. And, the SOC upper limit predicted value and the SOC lower limit predicted value may form an SOC predicted range in a range therebetween.

배터리상태진단장치(110)는 이렇게 형성된 SOC예측범위와 SOC측정값을 비교하고, SOC측정값이 SOC예측범위를 벗어나는 경우, 배터리장치(130)를 비정상으로 판단할 수 있다.The battery condition diagnosis apparatus 110 may compare the thus formed SOC prediction range with the SOC measurement value, and when the SOC measurement value is out of the SOC prediction range, determine the battery apparatus 130 as abnormal.

SOC측정값과 SOC추정값의 비교가 배터리장치(130)에 대한 1차적인 정상판단 프로세스라고 한다면, SOC측정값과 SOC예측범위의 비교가 배터리장치(130)에 대한 2차적인 정상판단 프로세스라고 할 수 있다.If the comparison of the SOC measured value and the SOC estimated value is the primary normal judgment process for the battery device 130 , the comparison of the SOC measured value and the SOC predicted range is the secondary normal judgment process for the battery device 130 . can

배터리상태진단장치(110)는 이러한 1차와 2차의 정상판단 프로세스를 통해 배터리장치(130)를 보다 정확하게 진단할 수 있다.The battery state diagnosis apparatus 110 may more accurately diagnose the battery apparatus 130 through the first and second normal determination processes.

도 2는 일 실시예에 따른 배터리상태진단장치의 구성도이다.2 is a block diagram of an apparatus for diagnosing a battery state according to an exemplary embodiment.

도 2를 참조하면, 배터리상태진단장치(110)는 수신부(210), 뉴럴네트워크(220), 퍼지예측기(230) 및 제어부(240) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the battery state diagnosis apparatus 110 may include a receiver 210 , a neural network 220 , a fuzzy predictor 230 , and a controller 240 .

수신부(210)는 배터리관리시스템과 통신하면서, 배터리관리시스템으로부터 SOC측정값(SOCm) 및 적어도 하나의 배터리측정값(Vm, Tm)을 수신할 수 있다.The receiver 210 may receive an SOC measurement value SOCm and at least one battery measurement value Vm and Tm from the battery management system while communicating with the battery management system.

적어도 하나의 배터리측정값(Vm, Tm)은 배터리장치의 단자전압측정값(Vm) 및/또는 배터리장치의 온도측정값(Tm)을 포함할 수 있다.The at least one battery measurement value Vm and Tm may include a terminal voltage measurement value Vm of the battery device and/or a temperature measurement value Tm of the battery device.

뉴럴네트워크(220)는 수신부(210)로부터 SOC측정값(SOCm) 및 적어도 하나의 배터리측정값(Vm, Tm)을 입력받고 내부 히든레이어들을 이용하여 SOC추정값(SOCe)을 계산할 수 있다. 그리고, 뉴럴네트워크(220)는 SOC추정값(SOCe)을 퍼지예측기(230)로 전달할 수 있다.The neural network 220 may receive the SOC measurement value SOCm and at least one battery measurement value Vm and Tm from the receiver 210 and calculate the SOC estimation value SOCe using internal hidden layers. In addition, the neural network 220 may transmit the SOC estimation value SOCe to the fuzzy predictor 230 .

퍼지예측기(230)는 매계산주기마다 입력되는 SOC추정값(SOCe)을 이용하여 SOC예측값을 계산할 수 있다. SOC예측값은 SOC상한예측값(SOCp+)과 SOC하한예측값(SOCp-)으로 구성될 수 있다.The fuzzy predictor 230 may calculate the SOC predicted value using the SOC estimated value (SOCe) input for every calculation period. The predicted SOC value may be composed of an SOC upper limit predicted value (SOCp+) and an SOC lower limit predicted value (SOCp-).

제어부(240)는 수신부(210)로부터 SOC측정값(SOCm)을 전달받고, 뉴럴네트워크(220)로부터 SOC측정값(SOCm)을 전달받을 수 있다.The controller 240 may receive the SOC measurement value SOCm from the receiver 210 and receive the SOC measurement value SOCm from the neural network 220 .

그리고, 제어부(240)는 SOC측정값(SOCm)과 SOC추정값(SOCe)에 대하여 RMS오차를 계산하고, RMS오차가 기준값을 초과하는 경우, 배터리장치를 비정상으로 판단할 수 있다.Then, the controller 240 may calculate an RMS error with respect to the SOC measured value SOCm and the SOC estimated value SOCe, and when the RMS error exceeds a reference value, the battery device may be determined to be abnormal.

SOC측정값(SOCm)과 SOC추정값(SOCe)에 대한 RMS오차가 기준값보다 작은 경우, 제어부(240)는 퍼지예측기(230)로부터 SOC예측값을 전달받고 이를 분석할 수 있다.When the RMS error of the SOC measured value SOCm and the SOC estimated value SOCe is smaller than the reference value, the controller 240 may receive the SOC predicted value from the fuzzy predictor 230 and analyze it.

제어부(240)는 SOC측정값(SOCm)이 SOC예측범위-SOCp-에서 SOCp+ 사이의 범위-에 해당되는 경우, 배터리장치를 정상으로 판단하고, SOC측정값(SOCm)이 SOC예측범위를 벗어나는 경우, 배터리장치를 비정상으로 판단할 수 있다.When the SOC measurement value (SOCm) falls within the SOC prediction range - a range between SOCp- and SOCp+ -, the control unit 240 determines that the battery device is normal, and when the SOC measurement value (SOCm) is out of the SOC prediction range , it may be determined that the battery device is abnormal.

도 3은 일 실시예에 따른 뉴럴네트워크의 구성도이다.3 is a block diagram of a neural network according to an embodiment.

도 3을 참조하면, 뉴럴네트워크(220)는 입력레이어(310), 제1히든레이어(320), 제2히든레이어(330) 및 출력레이어(340) 등으로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the neural network 220 may include an input layer 310 , a first hidden layer 320 , a second hidden layer 330 , and an output layer 340 .

그리고, 각각의 레이어(310~340)는 적어도 하나의 뉴럴(NR)을 포함할 수 있다.In addition, each of the layers 310 to 340 may include at least one neural NR.

입력레이어(310)는 SOC측정값(SOCm), 단자전압측정값(Vm) 및 온도측정값(Tm)을 입력받을 수 있다.The input layer 310 may receive an SOC measurement value SOCm, a terminal voltage measurement value Vm, and a temperature measurement value Tm.

계산함수들은 주로 히든레이더들(320, 330)에 형성되는데, 이러한 계산함수들은 선형함수일 수 있다.The calculation functions are mainly formed in the hidden radars 320 and 330, and these calculation functions may be linear functions.

도 4는 일 실시예에 따른 배터리상태진단방법의 흐름도이다.4 is a flowchart of a method for diagnosing a battery state according to an exemplary embodiment.

도 4를 참조하면, 장치는 배터리관리시스템으로부터 배터리장치에 대한 SOC(state-of-charge)측정값 및 적어도 하나의 배터리측정값을 수신할 수 있다(S402).Referring to FIG. 4 , the device may receive a state-of-charge (SOC) measurement value and at least one battery measurement value for the battery device from the battery management system (S402).

여기서, 적어도 하나의 배터리측정값은 배터리장치의 단자전압측정값을 포함할 수 있고, 배터리장치의 온도측정값을 포함할 수 있다.Here, the at least one battery measurement value may include a terminal voltage measurement value of the battery device and may include a temperature measurement value of the battery device.

그리고, 장치는 SOC측정값 및 적어도 하나의 배터리측정값을 뉴럴네트워크에 입력시켜 SOC추정값을 계산할 수 있다(S404).Then, the device may input the SOC measurement value and at least one battery measurement value to the neural network to calculate the SOC estimation value (S404).

여기서, 뉴럴네트워크는 복수의 히든레이어를 포함하고, 각각의 히든레이어는 선형함수로 구성될 수 있다.Here, the neural network includes a plurality of hidden layers, and each hidden layer may be composed of a linear function.

그리고, 장치는 SOC추정값을 퍼지예측기에 입력시켜 SOC예측범위를 계산할 수 있다(S406).Then, the device can calculate the SOC prediction range by inputting the SOC estimation value to the fuzzy predictor (S406).

그리고, 장치는 SOC측정값과 SOC추정값의 RMS(root-mean-square)오차를 계산할 수 있다.In addition, the device may calculate a root-mean-square (RMS) error between the SOC measurement value and the SOC estimate value.

그리고, 장치는 RMS오차를 기준값과 비교하고(S408), RMS오차가 기준값을 초과하는 경우(S408에서 No), 배터리장치를 비정상으로 판단할 수 있다(S412).Then, the device compares the RMS error with the reference value (S408), and when the RMS error exceeds the reference value (No in S408), it may determine that the battery device is abnormal (S412).

RMS오차가 기준값보다 작거나 같은 경우(S408에서 Yes), 장치는 SOC측정값을 SOC예측범위와 비교하고(S410), SOC측정값이 SOC예측범위를 벗어나는 경우(S410에서 No), 배터리장치를 비정상으로 판단할 수 있다(S412).If the RMS error is less than or equal to the reference value (Yes in S408), the device compares the SOC measured value with the SOC predicted range (S410), and if the SOC measured value is out of the SOC predicted range (No in S410), the battery device It may be determined as abnormal (S412).

그리고, 장치는 SOC측정값이 SOC예측범위를 벗어나지 않는 경우(S410에서 Yes), 배터리장치를 정상으로 판단할 수 있다(S414).And, when the SOC measurement value does not deviate from the SOC prediction range (Yes in S410), the device may determine that the battery device is normal (S414).

배터리상태진단은 실시간으로 이루어질 수도 있고, 주기적으로 혹은 비주기적으로 이루어질 수도 있다.The battery status diagnosis may be performed in real time, periodically or non-periodically.

도 5는 비주기적인 배터리상태진단방법의 일 예시를 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating an example of an aperiodic battery state diagnosis method.

도 5를 참조하면, 배터리장치는 전기자동차(500)와 같은 전기운송수단에 탑재될 수 있다. 그리고, 배터리상태진단장치(110)는 배터리장치가 탑재되는 장치의 외곽에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 5 , the battery device may be mounted on an electric vehicle such as an electric vehicle 500 . In addition, the battery condition diagnosis device 110 may be disposed outside the device on which the battery device is mounted.

그리고, 배터리장치가 탑재된 전기자동차(500)는 주기적으로 혹은 비주기적으로 배터리관리시스템데이터(BMSDT)를 배터리상태진단장치(110)로 송신할 수 있다.In addition, the electric vehicle 500 in which the battery device is mounted may periodically or aperiodically transmit the battery management system data BMSDT to the battery state diagnosis device 110 .

배터리관리시스템데이터(BMSDT)에는 일정 시간 간격으로 저장된 SOC측정값들 및 적어도 하나의 배터리측정값들-예를 들어, 단자전압측정값들 혹은 온도측정값들-이 포함될 수 있다.The battery management system data BMSDT may include SOC measurement values and at least one battery measurement values stored at regular time intervals, for example, terminal voltage measurement values or temperature measurement values.

배터리상태진단장치(110)는 배터리관리시스템데이터(BMSDT)에 포함된 SOC측정값들 및 적어도 하나의 배터리측정값들을 이용하여 전기자동차(500)에 탑재된 배터리장치의 상태를 진단할 수 있다.The battery state diagnosis apparatus 110 may diagnose the state of the battery device mounted in the electric vehicle 500 by using the SOC measurement values and at least one battery measurement value included in the battery management system data (BMSDT).

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 배터리의 내부 상태를 진단할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 배터리의 밀봉 상태를 해제시키는 파괴적인 방법을 사용하지 않고, 비파괴적인 방법으로 배터리의 내부 상태를 진단할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 기존의 배터리관리시스템을 통해 획득할 수 있는 기본 정보를 이용하여 배터리의 내부 상태를 진단할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the internal state of the battery can be diagnosed. And, according to the present embodiment, it is possible to diagnose the internal state of the battery in a non-destructive way without using a destructive method of releasing the sealed state of the battery. And, according to the present embodiment, it is possible to diagnose the internal state of the battery using basic information obtainable through the existing battery management system.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as "include", "comprise" or "have" described above mean that the corresponding component may be embedded unless otherwise stated, so it does not exclude other components. It should be construed as being able to further include other components. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms commonly used, such as those defined in the dictionary, should be interpreted as being consistent with the meaning of the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present invention.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (10)

배터리관리시스템으로부터 배터리장치에 대한 SOC(state-of-charge)측정값 및 적어도 하나의 배터리측정값을 수신하는 단계;
상기 SOC측정값 및 상기 적어도 하나의 배터리측정값을 뉴럴네트워크에 입력시켜 SOC추정값을 계산하는 단계;
상기 SOC추정값을 퍼지예측기에 입력시켜 SOC예측범위를 계산하는 단계; 및
상기 SOC측정값을 상기 SOC예측범위와 비교하고, 상기 SOC측정값이 상기 SOC예측범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리장치를 비정상으로 판단하는 단계
를 포함하는 배터리상태진단방법.
receiving a state-of-charge (SOC) measurement value and at least one battery measurement value for the battery device from the battery management system;
calculating an SOC estimation value by inputting the SOC measurement value and the at least one battery measurement value into a neural network;
calculating an SOC prediction range by inputting the SOC estimation value into a fuzzy predictor; and
comparing the SOC measurement value with the SOC prediction range, and determining that the battery device is abnormal when the SOC measurement value is out of the SOC prediction range
A battery condition diagnosis method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 배터리측정값은,
상기 배터리장치의 단자전압측정값을 포함하는 배터리상태진단방법.
According to claim 1,
The at least one battery measurement value is
A method for diagnosing a battery state including a terminal voltage measurement value of the battery device.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 배터리측정값은,
상기 배터리장치의 온도측정값을 포함하는 배터리상태진단방법.
According to claim 1,
The at least one battery measurement value is
A method for diagnosing a battery condition including a temperature measurement value of the battery device.
제1항에 있어서,
상기 SOC측정값을 상기 SOC예측범위와 비교하는 단계 이전에,
상기 SOC측정값과 상기 SOC추정값의 RMS(root-mean-square)오차를 계산하는 단계를 더 포함하고,
상기 RMS오차를 계산하는 단계에서,
상기 RMS오차가 기준값을 초과하는 경우, 상기 배터리장치를 비정상으로 판단하는 배터리상태진단방법.
According to claim 1,
Before the step of comparing the SOC measurement value with the SOC prediction range,
The method further comprises calculating a root-mean-square (RMS) error between the SOC measurement value and the SOC estimate value,
In the step of calculating the RMS error,
When the RMS error exceeds a reference value, the battery state diagnosis method for determining that the battery device is abnormal.
제1항에 있어서,
상기 뉴럴네트워크는 복수의 히든레이어를 포함하고,
각각의 히든레이어는 선형함수로 구성되는 배터리상태진단방법.
According to claim 1,
The neural network includes a plurality of hidden layers,
Each hidden layer is a battery condition diagnosis method composed of a linear function.
배터리관리시스템으로부터 배터리장치에 대한 SOC(state-of-charge)측정값 및 적어도 하나의 배터리측정값을 수신하는 수신부;
상기 SOC측정값 및 상기 적어도 하나의 배터리측정값을 이용하여 SOC추정값을 계산하는 뉴럴네트워크;
상기 SOC추정값을 이용하여 SOC예측범위를 계산하는 퍼지예측기; 및
상기 SOC측정값을 상기 SOC예측범위와 비교하고, 상기 SOC측정값이 상기 SOC예측범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리장치를 비정상으로 판단하는 제어부
를 포함하는 배터리상태진단장치.
a receiving unit for receiving a state-of-charge (SOC) measurement value and at least one battery measurement value for the battery device from the battery management system;
a neural network for calculating an SOC estimation value using the SOC measurement value and the at least one battery measurement value;
a fuzzy predictor for calculating an SOC predictive range using the SOC estimate; and
A control unit that compares the SOC measurement value with the SOC prediction range, and determines that the battery device is abnormal when the SOC measurement value is out of the SOC prediction range
A battery condition diagnosis device comprising a.
제6항에 있어서,
상기 배터리관리시스템은,
뉴럴네트워크 기법과 다른 기법으로 상기 SOC측정값을 생성하는 배터리상태진단장치.
7. The method of claim 6,
The battery management system,
A battery condition diagnosis apparatus for generating the SOC measurement value using a method different from the neural network method.
제6항에 있어서,
상기 배터리관리시스템은,
전류적산법을 이용하여 상기 SOC측정값을 생성하는 배터리상태진단장치.
7. The method of claim 6,
The battery management system,
A battery condition diagnosis device for generating the SOC measurement value using a current integration method.
제6항에 있어서,
상기 배터리장치는 전기자동차에 탑재되는 배터리상태진단장치.
7. The method of claim 6,
The battery device is a battery condition diagnosis device mounted on an electric vehicle.
제6항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 SOC측정값과 상기 SOC추정값의 RMS(root-mean-square)오차를 계산하고, 상기 RMS오차가 기준값을 초과하는 경우, 상기 배터리장치를 비정상으로 판단하는 배터리상태진단장치.
7. The method of claim 6,
The control unit is
A battery condition diagnosis apparatus for calculating a root-mean-square (RMS) error between the SOC measurement value and the SOC estimation value, and determining the battery device as abnormal when the RMS error exceeds a reference value.
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