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KR101930646B1 - Apparatus and Method for Estimating Capacity of Battery Using Second Order Differential Voltage Curve - Google Patents

Apparatus and Method for Estimating Capacity of Battery Using Second Order Differential Voltage Curve Download PDF

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KR101930646B1
KR101930646B1 KR1020170156046A KR20170156046A KR101930646B1 KR 101930646 B1 KR101930646 B1 KR 101930646B1 KR 1020170156046 A KR1020170156046 A KR 1020170156046A KR 20170156046 A KR20170156046 A KR 20170156046A KR 101930646 B1 KR101930646 B1 KR 101930646B1
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KR
South Korea
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voltage curve
battery
time
capacity
reference voltage
Prior art date
Application number
KR1020170156046A
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Inventor
김준구
김상우
고태동
박민준
구교권
서민환
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주식회사 포스코아이씨티
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Abstract

According to an aspect of the present invention of a device for estimating a battery capacity using a secondary differential voltage curve, wherein the capacity of the battery is able to be estimated even if the battery is not in a fully discharged state, and the device comprises: a charge time detector for applying a constant current to a test battery in a first SOC state to obtain a voltage curve, and detecting a charging time which is a time at which the test battery reaches a buffer state from the first SOC state on the voltage curve; a buffer time estimating part for correcting a secondary differential voltage curve obtained by secondarily differentiating the voltage curve and a charging time on the basis of a comparison result of a reference voltage curve obtained from a reference battery, and estimating a buffering time which is a time for the test battery to reach a buffering state from a second SOC state; and a capacity estimating part estimating a capacity of the test battery corresponding to the buffering time using a predetermined charging time-capacity model.

Description

이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 장치 및 방법{Apparatus and Method for Estimating Capacity of Battery Using Second Order Differential Voltage Curve}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and method for estimating battery capacity using a secondary differential voltage curve,

본 발명은 배터리 관리에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 배터리의 용량추정에 관한 것이다.The present invention relates to battery management, and more particularly, to battery capacity estimation.

배터리의 용량은 배터리의 노화 상태(State of health, SOH)를 판단하기 위해 사용되는 직접적인 지표 중 하나이다. 따라서 배터리의 용량을 추정하기 위해 모델 기반의 배터리 용량 추정 방법, 학습 기반의 배터리 용량 추정 방법, 및 경험 기반의 배터리 용량 추정 방법이 제안된 바 있다.The capacity of the battery is one of the direct indicators used to determine the state of health (SOH) of the battery. Therefore, a model-based battery capacity estimation method, a learning-based battery capacity estimation method, and an experience-based battery capacity estimation method have been proposed to estimate the battery capacity.

먼저, 모델 기반의 배터리 용량 추정 방법은 미리 주어진 개방회로전압 (Open circuit voltage, OCV)-충전상태 (State of charge, SOC) 테이블을 이용하여 배터리의 전체 용량을 추정하는 방법을 의미한다. 모델 기반의 배터리 용량 추정 방법은 배터리의 실제 운용 중에도 사용가능하며 배터리의 충전상태도 실시간으로 추정이 가능하다는 장점이 있지만, 배터리의 노화에 따라 OCV-SOC가 변하므로 이를 반영하기 위해 OCV-SOC 테이블의 주기적인 갱신과정이 필요할 뿐만 아니라 정전류 사용환경에서는 적용하기 어렵다는 단점이 있다.First, a model-based battery capacity estimation method refers to a method of estimating the total capacity of a battery using a predetermined open circuit voltage (OCV) - state of charge (SOC) table. The model based battery capacity estimation method can be used during the actual operation of the battery and the charging state of the battery can be estimated in real time. However, since the OCV-SOC varies with the aging of the battery, Periodic update process is required and it is difficult to apply it in a constant current use environment.

학습 기반의 배터리 용량 추정 방법은 배터리의 노화에 따른 전류 및 전압 응답을 미리 학습시킨 뒤 측정된 전압 또는 전류 값을 이용하여 배터리의 용량을 추정한다. 학습 기반의 배터리 용량 추정 방법은 높은 추정 정확도를 보이지만 많은 사전 노화 실험 데이터가 요구된다는 단점이 있다.The learning based battery capacity estimation method learns the current and voltage response according to the aging of the battery in advance and estimates the capacity of the battery using the measured voltage or current value. The learning-based battery capacity estimation method has a high estimation accuracy but requires a lot of pre-aging experiment data.

경험 기반의 배터리 용량 추정 방법은 배터리의 전체용량과 관계가 높은 특징들을 추출하여 완전한 사전 노화 실험 없이도 배터리의 용량을 추정하는 방법이다. 하지만 종래 제안된 경험 기반의 배터리 용량 추정 방법들은 낮은 충전 전류가 요구될 뿐만 아니라, 리튬 인산철 배터리와 같은 특정 타입의 배터리에만 적용 가능하다는 단점이 있다.The experience based battery capacity estimation method is a method of estimating the capacity of a battery without fully pre-aging experiments by extracting features that are related to the total capacity of the battery. However, the conventional experience-based battery capacity estimation methods are disadvantageous in that they are not only required to have a low charging current but also can be applied to a specific type of battery such as a lithium iron phosphate battery.

경험 기반의 배터리 용량 추정 방법의 일 예가 대한민국 공개특허 제10-2016-0144437호(이하, '선행문헌'이라 함)에 제시되어 있다. 선행문헌에서는 일정 충전 범위내의 미분값(dV/dQ) 중 최대치(Peak)를 찾고 최대치에 대응되는 OCV를 이용하여 SOH를 추정하는 방법을 제시하였다. 하지만, 선행문헌의 경우 OCV를 얻기 위해 25/C와 같은 매우 낮은 충전 전류 상황에서만 적용 가능하다는 문제점이 있다.An example of an experience-based battery capacity estimation method is disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 10-2016-0144437 (hereinafter referred to as 'prior art'). In the prior art, the maximum value (Peak) of the differential value (dV / dQ) within a certain charging range is found and a method of estimating the SOH using the OCV corresponding to the maximum value is proposed. However, in the case of the prior art, there is a problem that only a very low charging current situation such as 25 / C can be applied in order to obtain OCV.

대한민국 공개특허 제10-2016-0144437호(발명의 명칭: 배터리의 건강 상태를 추정하는 방법, 공개일: 2016년 12월 16일)Korean Patent Publication No. 10-2016-0144437 (Title of the Invention: Method of Estimating Health Status of Batteries, Disclosure Date: December 16, 2016)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 완전 방전 상태가 아니라도 배터리의 용량을 추정할 수 있는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.The present invention provides a battery capacity estimating apparatus and method using a secondary differential voltage curve capable of estimating the capacity of a battery even when the battery is not in a fully discharged state.

또한, 본 발명은 충전 전류의 크기에 관계없이 배터리의 용량을 추정할 수 있는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a battery capacity estimating apparatus and method using a secondary differential voltage curve capable of estimating a capacity of a battery regardless of a magnitude of a charging current.

또한, 본 발명은 배터리의 노화 진행에 따라 배터리의 용량 추정에 이용되는 기준 곡선을 갱신할 수 있는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 장치 및 방법을 제공하는 것을 다른 기술적 특징으로 한다.Another aspect of the present invention is to provide an apparatus and method for estimating battery capacity using a secondary differential voltage curve capable of updating a reference curve used for estimating a capacity of a battery as the battery progresses in aging.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 장치는, 제1 SOC상태의 테스트 배터리에 정전류를 인가하여 전압곡선을 획득하고, 상기 전압곡선 상에서 상기 테스트 배터리가 상기 제1 SOC상태로부터 완충상태에 도달하는 시간인 충전시간을 검출하는 충전시간 검출부; 상기 전압곡선을 이차 미분하여 획득한 이차미분 전압곡선과 기준 배터리로부터 획득된 기준전압곡선의 비교결과를 기초로 상기 충전시간을 보정하여 상기 테스트 배터리가 제2 SOC상태로부터 완충상태에 도달하는 시간인 완충시간을 추정하는 완충시간 추정부; 및 미리 정해진 충전시간-용량 모델을 이용하여 상기 완충시간에 대응되는 상기 테스트 배터리의 용량을 추정하는 용량 추정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for estimating a battery capacity using a secondary differential voltage curve, the apparatus comprising: a constant current circuit for applying a constant current to a test battery in a first SOC state to obtain a voltage curve, A charge time detector for detecting a charge time, which is a time period from the first SOC state to a buffer state; The charging time is corrected based on a result of comparison between the secondary differential voltage curve obtained by secondary differentiation of the voltage curve and the reference voltage curve obtained from the reference battery to determine the time at which the test battery reaches the buffer state from the second SOC state A buffer time estimating unit for estimating buffer time; And a capacity estimating unit for estimating a capacity of the test battery corresponding to the buffering time using a predetermined charging time-capacity model.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 방법은, 테스트 배터리에 대한 전압곡선 상에서 상기 테스트 배터리가 제1 SOC상태로부터 완충상태에 도달하는 시간인 충전시간을 검출하는 단계; 상기 전압곡선을 이차 미분한 이차미분 전압곡선으로부터 특징구간에 포함된 타겟곡선을 추출하는 단계; 기준 배터리에 대한 기준전압곡선 상에서 상기 타겟곡선과 유사도가 가장 높은 유사구간과 상기 특징구간과의 시간차이를 결정하는 단계; 상기 시간차이를 이용하여 상기 충전시간을 보정하여 상기 테스트 배터리가 제2 SOC상태로부터 완충상태에 도달하는 시간인 완충시간을 추정하는 단계; 및 미리 정해진 충전시간-용량 모델을 이용하여 상기 완충시간에 대응되는 상기 테스트 배터리의 용량을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of estimating a battery capacity using a secondary differential voltage curve, the method comprising: measuring a charging time of a test battery from a first SOC state to a buffer state, ; Extracting a target curve included in the characteristic section from a second differential voltage curve obtained by second differentiating the voltage curve; Determining a time difference between a characteristic section and a similar section having a highest similarity to the target curve on a reference voltage curve for the reference battery; Estimating a buffer time which is a time for the test battery to reach a buffer state from a second SOC state by correcting the charge time using the time difference; And estimating a capacity of the test battery corresponding to the buffering time using a predetermined charging time-capacity model.

본 발명에 따르면, 배터리 충전 전압의 이차 미분 곡선을 기초로 배터리의 충전시간을 보정하고, 보정된 충전 시간을 기초로 배터리의 용량을 추정할 수 있기 때문에 배터리가 완전 방전 되지 않은 상황에서도 배터리의 용량을 정확하게 추정할 수 있다는 효과가 있다.According to the present invention, since the charging time of the battery is corrected based on the secondary differential curve of the battery charging voltage and the capacity of the battery can be estimated based on the corrected charging time, the capacity of the battery Can be accurately estimated.

또한, 본 발명에 따르면 배터리 충전 전압의 이차 미분 곡선 중 특징 구간을 이용하여 배터리의 용량을 추정할 수 있기 때문에 낮은 충전 전류 상황이 아니더라도 배터리의 용량을 정확하게 추정할 수 있고, 이로 인해 배터리의 충전 상태 변화에 따른 추정 오차를 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since the capacity of the battery can be estimated using the characteristic interval of the secondary differential curve of the battery charging voltage, the capacity of the battery can be accurately estimated even in a low charging current state, The estimation error due to the change can be reduced.

또한, 본 발명에 따르면 배터리의 충전시간과 배터리의 용량이 선형관계로 모델링 되기 때문에 배터리의 용량 추정을 위해 요구되는 사전 노화 실험 데이터를 최소화시킬 수 있다는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since the charging time of the battery and the capacity of the battery are modeled in a linear relation, pre-aging experiment data required for capacity estimation of the battery can be minimized.

또한, 본 발명에 따르면 배터리의 노화 진행에 따라 배터리의 용량 추정에 이용되는 기준 곡선을 갱신하기 때문에 배터리 용량 추정의 정확도를 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since the reference curve used for estimating the capacity of the battery is updated according to the aging progress of the battery, the accuracy of the battery capacity estimation can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차미분 전압곡선을 이용한 배터리용량 추정장치의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 2a는 테스트 배터리로부터 획득된 전압곡선의 일 예를 보여주는 그래프이다.
도 2b는 테스트 배터리의 이차미분 전압곡선의 일 예를 보여주는 그래프이다.
도 2c는 기준 배터리의 기준전압곡선의 일 예를 보여주는 그래프이다.
도 2d는 기준전압곡선 상에서 타겟곡선과 유사한 구간인 유사구간을 결정하는 방법을 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 충전시간-용량 모델을 이용하여 완충시간에 대응되는 테스트 배터리의 용량을 추정하는 방법을 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 기준전압곡선의 갱신방법을 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차미분 전압곡선을 이용한 배터리용량 추정방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리용량 추정방법의 성능 실험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7a는 종래기술에 따른 최대치(Peak)를 이용한 경험 기반의 배터리 용량 추정 방법에 따른 오차를 보여주는 히스토그램이다.
도 7 b는 본 발명에 따른 배터리 용량 추정 방법의 오차를 보여주는 히스토그램이다.
도 8은 서로 다른 SOC 상태의 배터리에 대해 본 발명에 따른 배터리 용량 추정 방법을 적용한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 9a는 도 8에 도시된 2개의 배터리에 대해 종래기술에 따른 최대치(Peak)를 이용한 경험 기반의 배터리 용량 추정 방법 적용시 발생되는 오차를 보여주는 그래프이다.
도 9b는 도 8에 도시된 2개의 배터리에 대해 본 발명에 따른 배터리 용량 추정 방법 적용시 발생되는 오차를 보여주는 그래프이다.
FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a battery capacity estimating apparatus using a quadratic differential voltage curve according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2A is a graph showing an example of a voltage curve obtained from a test battery.
2B is a graph showing an example of a secondary differential voltage curve of the test battery.
2C is a graph showing an example of a reference voltage curve of the reference battery.
FIG. 2D is a conceptual diagram illustrating a method of determining a similar section, which is a section similar to a target curve, on a reference voltage curve.
3 is a conceptual diagram illustrating a method of estimating the capacity of a test battery corresponding to a buffering time using a charge time-capacity model.
4 is a conceptual diagram showing a method of updating a reference voltage curve.
5 is a flowchart illustrating a battery capacity estimation method using a second derivative voltage curve according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing performance test results of the battery capacity estimation method according to the present invention.
FIG. 7A is a histogram showing an error according to an experience-based battery capacity estimation method using a peak value according to the prior art.
7B is a histogram showing an error of the battery capacity estimation method according to the present invention.
FIG. 8 is a graph showing a result of applying the battery capacity estimation method according to the present invention to batteries of different SOC states.
FIG. 9A is a graph showing an error occurring when applying the experience-based battery capacity estimation method using the peak value according to the prior art for the two batteries shown in FIG.
FIG. 9B is a graph illustrating errors occurring when the battery capacity estimation method according to the present invention is applied to the two batteries shown in FIG. 8. FIG.

이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.The meaning of the terms described herein should be understood as follows.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.The word " first, "" second," and the like, used to distinguish one element from another, are to be understood to include plural representations unless the context clearly dictates otherwise. The scope of the right should not be limited by these terms.

"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the terms "comprises" or "having" does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.It should be understood that the term "at least one" includes all possible combinations from one or more related items. For example, the meaning of "at least one of the first item, the second item and the third item" means not only the first item, the second item or the third item, but also the second item and the second item among the first item, Means any combination of items that can be presented from more than one.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차미분 전압곡선을 이용한 배터리용량 추정장치의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a battery capacity estimating apparatus using a quadratic differential voltage curve according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차미분 전압곡선을 이용한 배터리용량 추정장치(100, 이하, '배터리용량 추정장치'라 함)는 테스트 배터리(110)의 용량을 추정한다.A battery capacity estimation apparatus 100 using a secondary differential voltage curve according to an embodiment of the present invention estimates the capacity of the test battery 110. [

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리용량 추정장치(100)는 테스트 배터리(110)가 제1 SOC상태(State of Charge)로부터 완충상태에 도달할 때까지의 시간(이하, '충전시간'이라 함)을 기초로 테스트 배터리(110)가 완전방전상태인 제2 SOC상태로부터 완충상태에 도달할 때까지의 시간(이하, '완충시간'이라 함)을 추정하고, 추정된 완충시간을 기초로 테스트 배터리(110)의 전체용량을 추정한다.In particular, the battery capacity estimating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention estimates the time (hereinafter referred to as 'charge time') from the first SOC state (state of charge) (Hereinafter referred to as " buffer time ") from the second SOC state in which the test battery 110 is fully discharged to the buffer state, The total capacity of the test battery 110 is estimated.

이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리용량 추정장치(100)는 정전류 인가부(120), 충전시간 검출부(130), 완충시간 추정부(140), 및 용량 추정부(150)를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 배터리용량 추정장치(100)는 기준전압곡선 획득부(160), 저장부(170), 및 기준전압곡선 갱신부(180)를 더 포함할 수 있다.1, a battery capacity estimation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a constant current application unit 120, a charge time detection unit 130, a buffer time estimation unit 140, And a capacity estimation unit 150. [ The battery capacity estimation apparatus 100 may further include a reference voltage curve acquisition unit 160, a storage unit 170, and a reference voltage curve update unit 180.

정전류 인가부(120)는 제1 SOC상태의 테스트 배터리(110)에 정전류를 인가함으로써 테스트 배터리(110)를 충전시킨다. 본 발명에서, 테스트 배터리(110)를 충전시키기 위해 테스트 배터리(110)에 정전류를 인가하는 이유는, 정전류 충전시간은 배터리에 충전된 전하량과 비례관계에 있기 때문에 정전류 충전시간을 산출하게 되면 이를 기초로 배터리의 용량을 산출할 수 있기 때문이다.The constant current applying unit 120 charges the test battery 110 by applying a constant current to the test battery 110 in the first SOC state. In the present invention, the reason why the constant current is applied to the test battery 110 to charge the test battery 110 is that since the constant current charge time is proportional to the charge amount charged in the battery, if the constant current charge time is calculated, This is because the capacity of the battery can be calculated.

일 실시예에 있어서, 제1 SOC상태는 완전방전상태인 제2 SOC상태 보다 높은 SOC를 갖는 상태일 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 테스트 배터리(110)의 용량을 추정하기 위해, 테스트 배터리(110)가 완전방전상태로부터 충전될 것이 요구되지 않기 때문에, 테스트 배터리(110)의 용량 추정에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있게 된다.In one embodiment, the first SOC state may be a state having a higher SOC than the second SOC state in a fully discharged state. That is, according to the present invention, since the test battery 110 is not required to be charged from the fully discharged state in order to estimate the capacity of the test battery 110, the time required for capacity estimation of the test battery 110 is reduced .

또한, 정전류 인가부(120)는 기준전압곡선 획득부(160)가 기준 배터리(200)로부터 기준전압곡선을 획득할 수 있도록 하기 위해, 제2 SOC상태의 기준 배터리(200)에 정전류를 인가하여 기준 배터리(200)를 충전시킬 수도 있다. 즉, 정전류 인가부(120)는 완전방전상태의 기준 배터리(200)에 정전류를 인가함으로써 기준 배터리(200)를 충전시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 기준 배터리(200)는 테스트 배터리(200)와 동일한 종류의 배터리일 수 있고, 노화가 진행되지 않은 신규 배터리일 수 있다.The constant current applying unit 120 applies a constant current to the reference battery 200 in the second SOC state so that the reference voltage curve obtaining unit 160 can obtain the reference voltage curve from the reference battery 200 The reference battery 200 may be charged. That is, the constant current applying unit 120 can charge the reference battery 200 by applying a constant current to the reference battery 200 in a fully discharged state. In one embodiment, the reference battery 200 may be a battery of the same type as the test battery 200, or may be a new battery without aging.

전압곡선 획득부(130)는 정전류 인가부(120)에 의해 인가되는 정전류로 테스트 배터리(110)가 충전됨에 따라 각 시점별로 변경되는 테스트 배터리(110)의 전압을 획득하여 테스트 배터리(110)의 전압곡선을 산출한다. 전압곡선 획득부(130)에 의해 테스트 배터리(110)로부터 획득되는 전압곡선의 일 예가 도 2a에 도시되어 있다.The voltage curve acquisition unit 130 acquires the voltage of the test battery 110 that is changed at each time point as the test battery 110 is charged with the constant current applied by the constant current application unit 120, The voltage curve is calculated. An example of a voltage curve obtained from the test battery 110 by the voltage curve acquisition unit 130 is shown in FIG.

도 2a에 도시된 바와 같이, 테스트 배터리(110)는 정전류 인가부(120)로부터 인가되는 정전류에 의해 초기시점(t=0)에 제1 SOC상태(S1)였다가 초기시점(t0)로부터 충전시간(tcc)경과 이후 완충상태가 된다는 것을 알 수 있다.2A, the test battery 110 is in a first SOC state S1 at an initial time t = 0 due to a constant current applied from the constant current application unit 120, It can be seen that after the elapse of the time (tcc), the buffer state becomes the buffer state.

한편, 전압곡선 획득부(103)는 획득된 테스트 배터리(110)의 전압곡선 상에서 테스트 배터리(110)의 충전시간(tcc)을 획득한다. 이때 상술한 바와 같이, 충전시간(tcc)은 테스트 배터리(110)가 제1 SOC상태로부터 완충상태에 도달할 때까지의 시간을 의미한다.On the other hand, the voltage curve acquisition unit 103 acquires the charging time tcc of the test battery 110 on the voltage curve of the obtained test battery 110. At this time, as described above, the charging time tcc refers to the time from when the test battery 110 reaches the buffer state to the first SOC state.

전압곡선 획득부(130)는 테스트 배터리(110)의 전압곡선 및 테스트 배터리(110)의 충전시간(tcc)을 완충시간 추정부(140)로 제공한다.The voltage curve acquisition unit 130 provides the voltage curve of the test battery 110 and the charge time tcc of the test battery 110 to the buffer time estimator 140.

완충시간 추정부(140)는 테스트 배터리(110)의 충전시간(tcc)을 기초로 테스트 배터리(110)의 완충시간을 추정한다. 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 완충시간 추정부(140)는 테스트 배터리(110)의 전압곡선을 이차 미분하여 획득되는 이차미분 전압곡선과 기준 배터리(200)로부터 획득된 기준전압곡선을 비교하고, 비교결과를 기초로 충전시간을 보정함으로써 테스트 배터리(110)의 완충시간을 추정할 수 있다.The buffering time estimating unit 140 estimates the buffering time of the test battery 110 based on the charging time tcc of the test battery 110. In one embodiment, the buffering time estimating unit 140 according to the present invention compares the secondary differential voltage curve obtained by secondary differentiating the voltage curve of the test battery 110 with the reference voltage curve obtained from the reference battery 200 And the buffer time of the test battery 110 can be estimated by correcting the charge time based on the comparison result.

이를 위해, 본 발명에 따른 완충시간 추정부(140)는 도 1에 도시된 바와 같이, 연산부(142), 타겟곡선 추출부(144), 유사구간 결정부(146), 및 완충시간 산출부(148)를 포함한다.1, the buffering time estimating unit 140 according to the present invention includes an operation unit 142, a target curve extraction unit 144, a similarity interval determination unit 146, and a buffering time calculation unit 148).

연산부(142)는 전압곡선 획득부(130)에 의해 획득된 테스트 배터리(110)의 전압곡선을 미분함으로써 일차미분 전압곡선을 획득하고, 획득된 일차미분 전압곡선을 다시 미분함으로써 이차미분 전압곡선을 획득한다. 연산부(142)에 의해 획득된 이차미분 전압곡선의 일 예가 도 2b에 도시되어 있다.The calculating unit 142 obtains a first derivative voltage curve by differentiating the voltage curve of the test battery 110 obtained by the voltage curve obtaining unit 130 and re-differentiates the obtained first differential voltage curve to obtain a second differential voltage curve . An example of the second derivative voltage curve obtained by the calculation section 142 is shown in FIG. 2B.

또한, 연산부(142)는 일차미분 전압곡선을 이용하여 특징구간을 설정한다. 일 실시예에 있어서, 연산부(142)는 일차미분 전압곡선 중 첫 번째 피크(Peak)값에 해당하는 시점(도 2b의 t1에 해당함)을 특징구간의 시작시점으로 설정하고, 일차미분 전압곡선 중 첫 번째 밸리(Valley)값에 해당하는 시점(도 2b의 t2에 해당함)을 특징구간의 종료시점으로 설정할 수 있다.In addition, the arithmetic unit 142 sets the feature section using the first derivative voltage curve. In one embodiment, the operation unit 142 sets a start point (corresponding to t1 in FIG. 2B) corresponding to the first peak value in the first differential voltage curve as the start point of the feature section, The time point corresponding to the first valley value (corresponding to t2 in FIG. 2B) can be set as the end point of the feature section.

타겟곡선 추출부(144)는 연산부(142)에 의해 산출된 테스트 배터리(110)의 이차미분 전압곡선으로부터 특징구간에 포함된 타겟곡선을 추출한다. 구체적으로, 타겟곡선 추출부(144)는 도 2b에 도시된 바와 같이 이차미분 전압곡선 상에서 특징구간의 시작시점(t1)과 종료시점(t2) 사이의 곡선구간(Tcurve)을 타겟곡선(Tcurve)으로 추출한다.The target curve extracting unit 144 extracts a target curve included in the characteristic section from the secondary differential voltage curve of the test battery 110 calculated by the calculating section 142. 2B, the target curve extracting unit 144 extracts a curve Tcurve between the start point t1 and the end point t2 of the characteristic interval on the secondary differential voltage curve as a target curve Tcurve, .

이와 같이, 본 발명에 따르면 이차미분 전압곡선의 전체구간을 테스트 배터리(110)의 용량 추정에 이용하는 것이 아니라 이차미분 전압곡선 상에서 낮은 충전 전류에 대한 특성을 나타내는 것으로 간주할 수 있는 특징구간의 전압곡선인 타겟곡선(Tcurve)을 테스트 배터리(110)의 용량 추정에 이용하기 때문에 낮은 충전 전류 상황이 아니더라도 테스트 배터리(110)의 용량을 정확하게 추정할 수 있고, 이로 인해 배터리의 충전 상태 변화에 따른 추정 오차를 감소시킬 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, not only the entire section of the secondary differential voltage curve is used for estimating the capacity of the test battery 110 but the voltage curve of the characteristic section that can be regarded as representing the characteristic for the low charge current on the secondary differential voltage curve It is possible to accurately estimate the capacity of the test battery 110 even when the charge current state is not low because the target curve Tcurve is used for estimating the capacity of the test battery 110. As a result, Can be reduced.

유사구간 결정부(146)는 타겟곡선(Tcurve)을 도 2c에 도시된 바와 같은 기준전압곡선과 비교함으로써 기준전압곡선 중에서 타겟곡선(Tcurve)과 유사도가 가장 높은 유사구간을 선택하고, 특징구간과 유사구간과의 시간차이를 산출한다. 일 실시예에 있어서, 유사구간 결정부(146)는 도 2d에 도시된 바와 같이, 기준전압곡선 상에서 타겟곡선(Tcurve)을 쉬프트시켜가면서 타겟곡선(Tcurve)과 유사도가 가장 높은 전압곡선구간을 유사구간으로 결정할 수 있다.The similar section determining unit 146 selects a similar section having the highest degree of similarity to the target curve Tcurve among the reference voltage curves by comparing the target curve Tcurve with the reference voltage curve as shown in FIG. And calculates the time difference with the similar section. In one embodiment, as shown in FIG. 2D, the similar-interval determining unit 146 shifts the target curve (Tcurve) on the reference voltage curve while changing the voltage curve interval having the highest similarity to the target curve (Tcurve) It can be determined as a section.

예컨대, 도 2d에 도시된 바와 같이, 유사구간 결정부(146)는 기준전압곡선 상에서 타겟곡선(Tcurve)을 미리 정해진 시간 단위(αT)로 쉬프트시켜가면서 타겟곡선(Tcurve)과 가장 유사한 전압곡선구간(Scurve)에 해당하는 시간구간을 유사구간으로 결정한다. 이때, 유사구간의 시작시점은(t1+ αminT)이고 종료시점은(t2+ αminT)일 수 있고, αminT는 특징구간과 상기 유사구간과의 시간차이를 나타낸다. 여기서, α는 샘플링 개수를 나타내고, T는 샘플링 주기를 나타낸다.For example, as shown in FIG. 2D, the similar section determining section 146 shifts the target curve Tcurve on the reference voltage curve to a predetermined time unit? T, and calculates a voltage curve section that is most similar to the target curve Tcurve (Scurve) is determined as a similar section. At this time, the starting point of the similar section may be (t1 +? Min T) and the end point may be (t2 +? Min T), and? Min T represents the time difference between the characteristic section and the similar section. Here,? Represents the number of samples, and T represents a sampling period.

일 실시예에 있어서, 유사구간 결정부(146)는 기준전압곡선 상에서 아래의 수학식 1의 결과값이 최소가 되는 값을 유사구간과 특징구간간의 시간차이로 결정할 수 있다.In one embodiment, the similarity interval determiner 146 may determine a value that minimizes the result of Equation (1) below on the reference voltage curve as the time difference between the similar interval and the characteristic interval.

Figure 112017116151793-pat00001
Figure 112017116151793-pat00001

수학식 1에서 α는 기준전압곡선 상에서 샘플링 개수를 나타내고, T는 샘플링 주기를 나타내며, t1은 특징구간의 시작시점을 나타내고, t2는 특징구간의 종료시점을 나타내며, Vref는 전압곡선 획득부(130)에 의해 획득된 기준 배터리(200)의 전압곡선을 나타내고, Vin은 전압곡선 획득부(130)에 의해 획득된 테스트 배터리(110)의 전압곡선을 나타낸다.In Equation (1), a represents a sampling number on a reference voltage curve, T represents a sampling period, t1 represents a start time point of the characteristic section, t2 represents an end point of the characteristic section, and Vref represents a voltage curve acquisition section 130 And Vin represents the voltage curve of the test battery 110 obtained by the voltage curve acquiring unit 130. The voltage curve of the reference battery 200 shown in FIG.

완충시간 산출부(148)는 전압곡선 획득부(130)로부터 수신한 테스트 배터리(110)의 충전시간(tcc)에 유사구간 결정부(146)에 의해 산출된 유사구간과 특징구간간의 시간차이(αminT)을 가산함으로써 테스트 배터리(110)의 충전시간(tcc)을 보정한다. 완충시간 산출부(148)에 의해 테스트 배터리(110)의 충전시간(tcc)을 보정함에 의해 테스트 배터리(110)가 완전방전상태인 제2 SOC상태로부터 완충상태에 도달할 때까지의 시간인 완충시간(tmax)을 획득할 수 있게 된다. 이를 수학식으로 표현하면 아래의 수학식 2와 같다.The buffer time calculating unit 148 calculates the buffer time tcc of the test battery 110 received from the voltage curve obtaining unit 130 based on the time difference between the similar section and the feature section calculated by the similar section determining unit 146 It corrects the charge time (tcc) of the test battery (110) by adding the α min T). The charging time tcc of the test battery 110 is corrected by the buffer time calculator 148 so that the test battery 110 can be fully charged or discharged from the second SOC state, It is possible to obtain the time tmax. This can be expressed by the following equation (2).

Figure 112017116151793-pat00002
Figure 112017116151793-pat00002

수학식 2에서 tmax는 완충시간을 나타내고, tcc는 충전시간을 나타낸다.In Equation (2), tmax represents the buffering time, and tcc represents the charging time.

용량 추정부(150)는 완충시간 산출부(148)에 의해 산출된 테스트 배터리(110)의 완충시간을 이용하여 테스트 배터리(110)의 전체 용량을 추정한다. 일 실시예에 있어서, 용량 추정부(150)는 도 3에 도시된 바와 같은 충전시간-용량 모델을 이용하여 완충시간에 대응되는 테스트 배터리(110)의 용량(Cmax)을 추정할 수 있다. 이를 수학식으로 표현하면 아래의 수학식 3와 같다.The capacity estimator 150 estimates the total capacity of the test battery 110 using the buffer time of the test battery 110 calculated by the buffer time calculator 148. [ In one embodiment, the capacity estimator 150 may estimate the capacity Cmax of the test battery 110 corresponding to the buffer time using the charge time-capacity model as shown in FIG. This can be expressed by the following equation (3).

Figure 112017116151793-pat00003
Figure 112017116151793-pat00003

수학식 3에서 Cmax는 테스트 배터리(110)의 용량을 나타내고, b1은 미리 정해진 충전시간-용량 모델의 기울기를 나타내며, b2는 충전시간-용량 모델의 절편값을 나타낸다.In Equation 3, Cmax represents the capacity of the test battery 110, b1 represents the slope of the predetermined charge time-capacity model, and b2 represents the slice value of the charge time-capacity model.

도 3에서 알 수 있듯이, 충전시간-용량 모델은 배터리의 충전시간과 배터리의 용량이 선형임을 가정하여 모델링 되는 것으로서, 사전에 2번 이상의 실험을 통해 배터리의 완충시간 및 배터리의 용량을 측정함으로써 충전시간-용량 모델을 정의하는 기울기(b1) 및 절편(b2)을 산출할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따르면 용량 추정부(150)는 최소 2개의 사전 노화 실험 데이터(완충시간 및 용량)만으로도 충전시간-용량 모델을 모델링할 수 있기 때문에 배터리 용량 추정을 위해 요구되는 실험 데이터를 최소화할 수 있게 된다.3, the charge time-capacity model is modeled on the assumption that the charge time of the battery and the capacity of the battery are linear, and by measuring the buffer time of the battery and the capacity of the battery through two or more experiments in advance, The slope b1 and the slice b2 that define the time-capacity model can be calculated. As described above, according to the present invention, since the charge estimating unit 150 can model the charge time-capacity model with at least two pieces of pre-aging test data (buffer time and capacity), it is possible to minimize the experimental data required for battery capacity estimation .

한편, 기준전압곡선 획득부(160)는 정전류 인가부(120)로부터 기준 배터리(200)에 인가되는 정전류에 의해 기준 배터리(110)가 충전됨에 따라 각 시점별로 변경되는 기준 배터리(110)의 전압을 획득하여 기준 배터리(200)의 전압곡선을 산출한다. The reference voltage curve acquiring unit 160 acquires the reference voltage curve of the reference battery 110 that is changed at each time point as the reference battery 110 is charged by the constant current applied to the reference battery 200 from the constant current application unit 120. [ And the voltage curve of the reference battery 200 is calculated.

또한, 기준전압곡선 획득부(160)는 기준 배터리(200)의 전압곡선을 미분함으로써 일차미분 전압곡선을 획득하고, 획득된 일차미분 전압곡선을 다시 미분함으로써 기준전압곡선을 획득한다. 기준전압곡선 획득부(160)에 의해 획득된 기준전압곡선의 일 예가 도 2c에 도시되어 있다.The reference voltage curve obtaining unit 160 obtains a first differential voltage curve by differentiating the voltage curve of the reference battery 200 and obtains a reference voltage curve by differentiating the obtained first differential voltage curve again. An example of the reference voltage curve obtained by the reference voltage curve obtaining section 160 is shown in FIG. 2C.

저장부(170)에는 연산부(142)에 의해 미리 정해진 주기마다 산출되는 테스트 배터리(110)의 이차미분 전압곡선이 저장된다.The storage unit 170 stores the secondary differential voltage curve of the test battery 110 calculated at predetermined intervals by the calculation unit 142. [

기준전압곡선 갱신부(180)는 테스트 배터리(110)의 용량 추정에 이용되는 기준전압곡선을 갱신한다. 구체적으로, 기준전압곡선 갱신부(180)는 미리 정해진 조건이 충족되면 도 4에 도시된 바와 같이, 이전 기준전압곡선(Vref,old)을 신규 기준전압곡선(Vref,new)으로 갱신한다.The reference voltage curve updating unit 180 updates the reference voltage curve used for estimating the capacity of the test battery 110. [ Specifically, the reference voltage curve updating unit 180 updates the previous reference voltage curve Vref, old to the new reference voltage curve Vref, new, as shown in FIG. 4, when a predetermined condition is satisfied.

일 실시예에 있어서, 기준전압곡선 갱신부(180)는 저장부(170)에 저장되어 있는 복수개의 이차미분 전압곡선들 중 어느 하나를 신규 기준전압곡선으로 결정할 수 있다.In one embodiment, the reference voltage curve updating unit 180 may determine any one of the plurality of secondary differential voltage curves stored in the storage unit 170 as a new reference voltage curve.

한편, 기준전압곡선 갱신부(180)는 제1 시점에 산출된 테스트 배터리(110)의 용량과 제1 시점으로부터 소정 시간이 경과한 뒤의 제2 시점에 산출된 테스트 배터리(110)의 용량의 차이가 기준값을 초과하는 경우 기준전압곡선을 갱신하는 것으로 결정할 수 있다.The reference voltage curve updating unit 180 updates the capacity of the test battery 110 calculated at the first time point and the capacity of the test battery 110 calculated at the second time point after a predetermined time elapses from the first time point If the difference exceeds the reference value, it can be determined to update the reference voltage curve.

이와 같이, 본 발명에서 기준전압곡선 갱신부(180)를 이용하여 기준전압곡선을 갱신하는 이유는 테스트 배터리(110)의 노화가 심해져서 특징구간의 비선형적인 변화가 심해지는 경우 테스트 배터리(110)의 특징구간의 타겟곡선과 기준전압곡선과의 유사도 검출시 오차가 발생될 수 있기 때문에, 타겟곡선과 비교대상이 되는 기준전압곡선을 테스트 배터리(110)의 노화에 따라 갱신하는 것이다.The reason why the reference voltage curve is updated by using the reference voltage curve updating unit 180 in the present invention is that when the test battery 110 is aged and the non- The target curve and the reference voltage curve to be compared with each other are updated in accordance with the aging of the test battery 110 because the error in detecting the similarity between the target curve and the reference voltage curve of the feature section of the test battery 110 can be generated.

이하, 본 발명에 따른 이차미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a battery capacity estimation method using a quadratic differential voltage curve according to the present invention will be described.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차미분 전압곡선을 이용한 배터리용량 추정방법을 보여주는 플로우차트이다. 도 5에 도시된 이차미분 전압곡선을 이용한 배터리용량 추정방법은 도 1에 도시된 배터리용량 추정장치에 의해 수행될 수 있다.5 is a flowchart illustrating a battery capacity estimation method using a second derivative voltage curve according to an embodiment of the present invention. The battery capacity estimating method using the secondary differential voltage curve shown in FIG. 5 can be performed by the battery capacity estimating apparatus shown in FIG.

먼저, 배터리용량 추정장치는 제1 SOC상태의 테스트 배터리에 정전류를 인가하여 전압곡선을 획득한다(S500).First, the battery capacity estimating apparatus obtains a voltage curve by applying a constant current to the test battery in the first SOC state (S500).

이후, 배터리용량 추정장치는 전압곡선을 미분하여 일차미분 전압곡선을 획득하고, 일차미분 전압곡선을 다시 미분함으로써 이차미분 전압곡선을 획득한다(S510).Thereafter, the battery capacity estimating apparatus obtains a first differential voltage curve by differentiating the voltage curve, and obtains a second differential voltage curve by again differentiating the first differential voltage curve (S510).

이후, 배터리용량 추정장치는 이차미분 전압곡선으로부터 특징구간에 포함된 타겟곡선을 추출한다(S520).Then, the battery capacity estimation apparatus extracts a target curve included in the characteristic section from the secondary differential voltage curve (S520).

일 실시예에 있어서, 배터리용량 추정장치는 테스트 배터리의 일차미분 전압곡선의 첫 번째 피크값에 해당하는 시점을 특징구간의 시작시점으로 설정하고, 테스트 배터리의 일차미분 전압곡선의 첫 번째 밸리값에 해당하는 시점을 특징구간의 종료시점으로 설정함으로써, 특징구간에 속하는 이차미분 전압곡선을 타겟곡선으로 추출할 수 있다.In one embodiment, the battery capacity estimation apparatus sets a time point corresponding to a first peak value of a first differential voltage curve of a test battery as a start time point of a characteristic interval, By setting the corresponding point in time to the end point of the characteristic section, the secondary differential voltage curve belonging to the characteristic section can be extracted as the target curve.

이후, 배터리용량 추정장치는 기준 배터리로부터 획득된 기준전압곡선 상에서 타겟곡선과 유사도가 가장 높은 유사구간을 결정하고(S530), 유사구간과 특징구간과의 시간차이를 산출한다(S540). 이때 기준전압곡선은 완전방전상태의 기준 배터리에 정전류를 인가하여 전압곡선을 획득하고, 획득된 전압곡선을 이차 미분함으로써 획득될 수 있다.Then, the battery capacity estimation apparatus determines a similar section having the highest degree of similarity to the target curve on the reference voltage curve obtained from the reference battery (S530), and calculates the time difference between the similar section and the characteristic section (S540). At this time, the reference voltage curve can be obtained by applying a constant current to the reference battery in a fully discharged state to obtain a voltage curve and secondary differentiating the obtained voltage curve.

일 실시예에 있어서, 배터리용량 추정장치는 상술한 수학식 1이 최소가 되는 값을 유사구간과 특징구간간의 시간차이로 결정할 수 있다. 시간차이를 산출하는 구체적인 방법은 수학식 1의 부분에서 이미 기재하였기 때문에 구체적인 설명은 생략하기로 한다.In one embodiment, the battery capacity estimation apparatus may determine a value that minimizes Equation (1) as a time difference between a similar section and a feature section. A concrete method of calculating the time difference is already described in the section of Equation (1), so that a detailed description thereof will be omitted.

이후, 배터리용량 추정장치는 S540에서 산출된 시간차이를 테스트 배터리의 충전시간에 가산함으로써 테스트 배터리가 제2 SOC상태에서 완충상태에 도달하는데 소요되는 시간인 완충시간을 추정한다(S550). 이때, 제2 SOC 상태는 테스트 배터리가 완전방전된 상태를 의미하고, 제1 SOC 상태는 제2 SOC상태보다 높은 SOC를 갖는 상태를 의미한다.Thereafter, the battery capacity estimating apparatus estimates a buffer time, which is a time required for the test battery to reach the buffer state from the second SOC state by adding the time difference calculated in S540 to the charge time of the test battery (S550). In this case, the second SOC state means a state in which the test battery is completely discharged, and the first SOC state means a state having a higher SOC than the second SOC state.

이후, 배터리용량 추정장치는 미리 정해진 충전시간-용량 모델을 이용하여 완충시간에 대응되는 테스트 배터리의 용량을 추정한다(S560).Then, the battery capacity estimating apparatus estimates the capacity of the test battery corresponding to the buffering time using the predetermined charging time-capacity model (S560).

한편, 도 5에 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 배터리용량 추정 방법은 배터리 용량 추정에 이용되는 기준전압곡선을 갱신하는 과정을 추가로 포함할 수 있다.Meanwhile, although not shown in FIG. 5, the battery capacity estimation method according to the present invention may further include a process of updating a reference voltage curve used for estimating the battery capacity.

일 실시예에 있어서, 배터리용량 추정장치는 미리 정해진 주기로 획득되는 복수개의 이차미분 전압곡선들 중 어느 하나를 신규 기준전압곡선으로 결정할 수 있다. 이러한 실시예에 따르는 경우 배터리용량 추정장치는 제1 시점에 산출된 테스트 배터리의 용량과 제2 시점에 산출된 테스트 배터리의 용량의 차이가 기준값을 초과하는 경우 기준전압곡선을 갱신하는 것으로 결정할 수 있다.In one embodiment, the battery capacity estimation apparatus may determine any one of the plurality of second differential voltage curves obtained in a predetermined period as a new reference voltage curve. According to this embodiment, the battery capacity estimation apparatus may determine to update the reference voltage curve when the difference between the capacity of the test battery calculated at the first time point and the capacity of the test battery calculated at the second time point exceeds the reference value .

도 6에 본 발명에 따른 배터리용량 추정방법의 성능 실험 결과를 보여주는 그래프가 도시되어 있다. 도 6에 도시된 실험에서 배터리의 용량 추정을 위해 이용된 테스트 배터리는 NMC 양극과 graphite 음극을 가진 18650타입 리튬 이온 배터리이고, 서로 다른 방전 전류로 사이클 노화를 진행한 5개의 배터리들(B1 내지 B5)에 대해 본 발명에 따른 배터리 용량 추정 방법을 적용하였다. 이때, 5개의 배터리들(B1 내지 B5)에 대해 각각 1C 내지 5C 전류로 방전하고 0.5C로 충전을 진행시켜 각 배터리들(B1 내지 B5)를 노화시켰다.6 is a graph showing performance test results of the battery capacity estimation method according to the present invention. In the experiment shown in FIG. 6, the test battery used for estimating the capacity of the battery is an 18650 type lithium ion battery having an NMC anode and a graphite cathode, and five batteries B1 to B5 The battery capacity estimation method according to the present invention is applied. At this time, each of the five batteries (B1 to B5) was discharged at a current of 1C to 5C and the charging was progressed to 0.5C, thereby aging each of the batteries (B1 to B5).

도 6a는 제1 배터리(B1)의 이차미분 전압곡선을 기준전압곡선에 대해 설정된 유사구간을 기준으로 정렬하여 도시한 그래프이고, 도 6b는 제5 배터리(B5)의 이차미분 전압곡선을 기준전압곡선에 대해 설정된 유사구간을 기준으로 정렬하여 도시한 그래프이다. 도 6b에 도시된 제5 배터리의 경우 기준전압곡선의 갱신을 적용한 경우와 기준전압곡선의 갱신을 적용하지 않은 경우 2가지로 나누어 도시되어 있다.6A is a graph showing the secondary differential voltage curves of the first battery B1 and the fifth battery B5 arranged in relation to the reference voltage curve based on the reference voltage curve, And a similar section set for the curve. In the case of the fifth battery shown in FIG. 6B, the reference voltage curve is updated and the reference voltage curve is not updated.

도 6c는 5개의 테스트 배터리(B1 내지 B5)에 대해 충전시간과 용량 모델에 따라 산출된 추정용량을 도시한 것이고, 도 6d는 추정용량의 오차를 도시한 것이다. 도 6d에서 알 수 있듯이, 모든 배터리(B1 내지 B5)에서 2% 이내의 추정오차가 발생된다는 것을 알 수 있고, 도 6b에 도시된 제5 배터리(B5)의 520번째 사이클 데이터는 기준전압곡선 갱신을 적용한 결과 오차가 2%이내로 진입하게 된다는 것을 확인할 수 있다.FIG. 6C shows the estimated capacities calculated according to the charging time and capacity model for the five test batteries B1 to B5, and FIG. 6D shows the error of the estimated capacity. As can be seen from FIG. 6D, it can be seen that estimation errors within 2% are generated in all the batteries B1 to B5, and 520th cycle data of the fifth battery B5 shown in FIG. It can be confirmed that the error is within 2%.

도 7a에 종래기술에 따른 최대치(Peak)를 이용한 경험 기반의 배터리 용량 추정 방법에 따른 오차를 보여주는 히스토그램이 도시되어 있고, 도 7 b에 본 발명에 따른 배터리 용량 추정 방법의 오차를 보여주는 히스토그램이 도시되어 있다. 도 7a 및 도 7b에서 알 수 있듯이, 두 가지 방법 모두 최대 오차가 1.6%로 비슷하지만, 본 발명에 따른 배터리 용량 추정 방법의 오차가 0%에 더 많이 분포하고 있다는 것을 알 수 있어 본 발명에 따른 배터리 용량 추정 방법이 최대치(Peak)를 이용한 경험 기반의 배터리 용량 추정 방법 보다 정확도가 더 높다는 것을 알 수 있다.FIG. 7A shows a histogram showing an error according to the experience-based battery capacity estimation method using a peak value according to the prior art, FIG. 7B shows a histogram showing an error of the battery capacity estimation method according to the present invention, . As can be seen from FIGS. 7A and 7B, the maximum error is similar to 1.6% in both methods, but it can be seen that the error of the battery capacity estimation method according to the present invention is distributed more than 0%. It can be seen that the battery capacity estimation method is more accurate than the experience based battery capacity estimation method using the peak value.

도 8에 서로 다른 SOC 상태의 배터리에 대해 본 발명에 따른 배터리 용량 추정 방법을 적용한 결과가 도시되어 있다. 도 8a는 제2 배터리(B2)의 SOC를 0%, 10%, 15%로 변화시켜가면서 본 발명에 따른 배터리 용량 추정 방법을 적용한 결과를 보여주는 그래프이고, 도 8b는 노화되지 않은 신규 배터리(B6)의 SOC를 0%, 10%, 15%로 변화시켜가면서 본 발명에 따른 배터리 용량 추정 방법을 적용한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 8에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 배터리 용량 추정 방법은 초기 SOC가 변하는 상황에서도 각 배터리의 이차미분 전압곡선을 기준전압곡선에 대해 설정된 유사구간을 기준으로 정확하게 정렬할 수 있다는 것을 알 수 있고, 이로부터 본 발명에 따른 배터리 용량 추정 방법은 초기 SOC가 변하는 상황에서도 적용 가능하다는 것을 알 수 있다. FIG. 8 shows a result of applying the battery capacity estimation method according to the present invention to batteries having different SOC states. 8A is a graph showing a result of applying the battery capacity estimation method according to the present invention while changing the SOC of the second battery B2 to 0%, 10%, and 15%. FIG. ) Of SOC is changed to 0%, 10%, and 15%, and the battery capacity estimation method according to the present invention is applied. As can be seen from FIG. 8, it can be seen that the secondary differential voltage curve of each battery can be accurately aligned on the basis of the similar interval set for the reference voltage curve even in the situation where the initial SOC changes, , It can be seen that the battery capacity estimation method according to the present invention is applicable even in a situation where the initial SOC changes.

도 9a에는 도 8에 도시된 2개의 배터리에 대해 종래기술에 따른 최대치(Peak)를 이용한 경험 기반의 배터리 용량 추정 방법 적용시 발생되는 오차를 보여주는 그래프가 도시되어 있고, 도 9b에는 도 8에 도시된 2개의 배터리에 대해 본 발명에 따른 배터리 용량 추정 방법 적용시 발생되는 오차를 보여주는 그래프가 도시되어 있다. 도 9에서 알 수 있듯이, 테스트 배터리의 전체 용량이 초기 대비 76.5%까지 떨어질 때까지는 본 발명에 따른 배터리 용량 추정 방법이 초기 SOC 변화에도 불구하고 2%이내의 추정 오차를 지닌다는 것을 알 수 있다.FIG. 9A is a graph showing an error occurring when applying the experience-based battery capacity estimation method using the peak value according to the prior art for the two batteries shown in FIG. 8, and FIG. A battery capacity estimation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As can be seen from FIG. 9, until the total capacity of the test battery drops to 76.5% from the initial value, it can be seen that the battery capacity estimation method according to the present invention has an estimation error of less than 2% despite the initial SOC change.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

100: 배터리용량 추정장치 110: 테스트 배터리
120: 정전류 인가부 130: 전압곡선 획득부
140: 완충시간 추정부 150: 용량 추정부
160: 기준전압곡선 획득부 170: 저장부
180: 기준전압곡선 갱신부 200: 기준 배터리
100: Battery capacity estimation device 110: Test battery
120: Constant current application unit 130: Voltage curve acquisition unit
140: Buffer time estimation unit 150: Capacity estimation unit
160: Reference voltage curve acquisition unit 170:
180: Reference voltage curve updating unit 200: Reference battery

Claims (15)

제1 SOC상태의 테스트 배터리에 정전류를 인가하여 전압곡선을 획득하고, 상기 전압곡선 상에서 상기 테스트 배터리가 상기 제1 SOC상태로부터 완충상태에 도달하는 시간인 충전시간을 검출하는 충전시간 검출부;
상기 전압곡선을 이차 미분하여 획득한 이차미분 전압곡선과 기준 배터리로부터 획득된 기준전압곡선의 비교결과를 기초로 상기 충전시간을 보정하여 상기 테스트 배터리가 제2 SOC상태로부터 완충상태에 도달하는 시간인 완충시간을 추정하는 완충시간 추정부; 및
미리 정해진 충전시간-용량 모델을 이용하여 상기 완충시간에 대응되는 상기 테스트 배터리의 용량을 추정하는 용량 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 장치.
A charge time detecting unit for obtaining a voltage curve by applying a constant current to a test battery in a first SOC state and detecting a charge time at which the test battery reaches the buffer state from the first SOC state on the voltage curve;
The charging time is corrected based on a result of comparison between the secondary differential voltage curve obtained by secondary differentiation of the voltage curve and the reference voltage curve obtained from the reference battery to determine the time at which the test battery reaches the buffer state from the second SOC state A buffer time estimating unit for estimating buffer time; And
And a capacity estimator for estimating a capacity of the test battery corresponding to the buffer time using a predetermined charge time-capacity model.
제1항에 있어서,
상기 완충시간 추정부는,
상기 이차미분 전압곡선으로부터 특징구간에 포함된 타겟곡선을 추출하는 타겟곡선 추출부;
상기 기준전압곡선 상에서 상기 타겟곡선을 쉬프트시켜 상기 기준전압곡선과 상기 타겟곡선의 유사도가 가장 높은 유사구간을 결정하고, 상기 특징구간과 상기 유사구간과의 시간차이를 결정하는 유사구간 결정부; 및
상기 충전시간에 상기 시간차이를 가산하여 상기 완충시간을 산출하는 완충시간 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 장치.
The method according to claim 1,
The buffer time estimator may include:
A target curve extracting unit for extracting a target curve included in the characteristic section from the secondary differential voltage curve;
A similar section determining unit for determining a similar section having the highest similarity between the reference voltage curve and the target curve by shifting the target curve on the reference voltage curve and determining a time difference between the characteristic section and the similar section; And
And a buffer time calculator for calculating the buffer time by adding the time difference to the charging time.
제2항에 있어서,
상기 유사구간 결정부는, 상기 기준전압곡선상에서 수학식
Figure 112017116151793-pat00004
의 값이 최소가 되는 값을 상기 시간차이로 결정하고, 상기 수학식에서 α는 상기 기준전압곡선 상에서 샘플링 개수를 나타내고, T는 샘플링 주기를 나타내며, t1은 상기 특징구간의 시작시점을 나타내고, 상기 t2는 상기 특징구간의 종료시점을 나타내며, Vref는 상기 기준전압곡선을 나타내고, Vin은 상기 전압곡선을 나타내는 것을 특징으로 하는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the similar section determining unit determines, on the reference voltage curve,
Figure 112017116151793-pat00004
Where T denotes a sampling period, t1 denotes a starting point of the characteristic section, and t2 denotes a sampling period of the characteristic section, Vref denotes the reference voltage curve, and Vin denotes the voltage curve. The battery capacity estimating apparatus according to claim 1,
제2항에 있어서,
상기 특징구간의 시작시점은 상기 전압곡선을 일차 미분하여 획득한 일차미분 전압곡선의 첫 번째 피크(Peak)값에 해당하는 시점이고, 상기 특징구간의 종료시점은 상기 일차미분 전압곡선의 첫 번째 밸리(Valley)값에 해당하는 시점인 것을 특징으로 하는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the starting point of the characteristic section corresponds to a first peak value of a first differential voltage curve obtained by first differentiating the voltage curve and an end point of the characteristic section is a first peak of the first differential voltage curve, And a second time point corresponding to a valley of the battery.
제1항에 있어서,
완전방전상태의 상기 기준 배터리에 정전류를 인가함에 의해 획득되는 전압곡선을 이차 미분하여 상기 기준전압곡선을 획득하는 기준전압곡선 획득부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a reference voltage curve obtaining unit for obtaining the reference voltage curve by second differentiating a voltage curve obtained by applying a constant current to the reference battery in a fully discharged state, .
제1항에 있어서,
미리 정해진 주기로 획득되는 상기 이차미분 전압곡선을 저장하는 저장부; 및
상기 저장부에 저장된 이차미분 전압곡선 중 하나를 이용하여 상기 기준전압곡선을 갱신하는 기준전압곡선 갱신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 장치.
The method according to claim 1,
A storage unit for storing the second differential voltage curve obtained at a predetermined period; And
And a reference voltage curve updating unit for updating the reference voltage curve using one of the secondary differential voltage curves stored in the storage unit.
제6항에 있어서,
상기 기준전압곡선 갱신부는, 제1 시점에 산출된 상기 테스트 배터리의 용량과 제2 시점에 산출된 상기 테스트 배터리의 용량의 차이가 기준값을 초과하면 상기 기준전압곡선을 갱신하는 것을 특징으로 하는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the reference voltage curve updating unit updates the reference voltage curve when the difference between the capacity of the test battery calculated at the first time point and the capacity of the test battery calculated at the second time point exceeds the reference value. An apparatus for estimating battery capacity using a voltage curve.
제1항에 있어서,
상기 제2 SOC 상태는 상기 테스트 배터리가 완전방전된 상태이고, 상기 제1 SOC 상태는 상기 제2 SOC상태보다 높은 SOC를 갖는 상태인 것을 특징으로 하는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the second SOC state is a state in which the test battery is fully discharged and the first SOC state has a higher SOC than the second SOC state.
테스트 배터리에 대한 전압곡선 상에서 상기 테스트 배터리가 제1 SOC상태로부터 완충상태에 도달하는 시간인 충전시간을 검출하는 단계;
상기 전압곡선을 이차 미분한 이차미분 전압곡선으로부터 특징구간에 포함된 타겟곡선을 추출하는 단계;
기준 배터리에 대한 기준전압곡선 상에서 상기 타겟곡선과 유사도가 가장 높은 유사구간과 상기 특징구간과의 시간차이를 결정하는 단계;
상기 시간차이를 이용하여 상기 충전시간을 보정하여 상기 테스트 배터리가 제2 SOC상태로부터 완충상태에 도달하는 시간인 완충시간을 추정하는 단계; 및
미리 정해진 충전시간-용량 모델을 이용하여 상기 완충시간에 대응되는 상기 테스트 배터리의 용량을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 방법.
Detecting a charge time on the voltage curve for the test battery, the time at which the test battery reaches a buffered state from a first SOC state;
Extracting a target curve included in the characteristic section from a second differential voltage curve obtained by second differentiating the voltage curve;
Determining a time difference between a characteristic section and a similar section having a highest similarity to the target curve on a reference voltage curve for the reference battery;
Estimating a buffer time which is a time for the test battery to reach a buffer state from a second SOC state by correcting the charge time using the time difference; And
And estimating a capacity of the test battery corresponding to the buffering time using a predetermined charging time-capacity model.
제9항에 있어서,
상기 시간차이를 결정하는 단계에서, 상기 기준전압곡선상에서 수학식
Figure 112017116151793-pat00005
의 값이 최소가 되는 값을 상기 시간차이로 결정하고, 상기 수학식에서 α는 상기 기준전압곡선 상에서 샘플링 개수를 나타내고, T는 샘플링 주기를 나타내며, t1은 상기 특징구간의 시작시점을 나타내고, 상기 t2는 상기 특징구간의 종료시점을 나타내며, Vref는 상기 기준전압곡선을 나타내고, Vin은 상기 전압곡선을 나타내는 것을 특징으로 하는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 방법.
10. The method of claim 9,
In the step of determining the time difference, on the reference voltage curve,
Figure 112017116151793-pat00005
Where T denotes a sampling period, t1 denotes a starting point of the characteristic section, and t2 denotes a sampling period of the characteristic section, Wherein Vref represents the reference voltage curve, and Vin represents the voltage curve. The method of claim 1,
제9항에 있어서,
상기 특징구간의 시작시점은 상기 전압곡선을 일차 미분한 일차미분 전압곡선의 첫 번째 피크값에 해당하는 시점이고, 상기 특징구간의 종료시점은 상기 일차미분 전압곡선의 첫 번째 밸리값에 해당하는 시점인 것을 특징으로 하는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 방법.
10. The method of claim 9,
The starting point of the characteristic section corresponds to the first peak value of the first derivative voltage curve that is the first derivative of the voltage curve and the end point of the characteristic section corresponds to the first valley value of the first differential voltage curve Wherein the battery capacity estimating method uses the second differential voltage curve.
제9항에 있어서,
완전방전상태의 상기 기준 배터리에 정전류를 인가하여 획득되는 전압곡선을 이차 미분하여 상기 기준전압곡선을 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 방법.
10. The method of claim 9,
Further comprising the step of obtaining a reference voltage curve by secondary differentiating a voltage curve obtained by applying a constant current to the reference battery in a fully discharged state to obtain the reference voltage curve.
제9항에 있어서,
미리 정해진 주기로 획득되는 복수개의 이차미분 전압곡선들 중 어느 하나를 이용하여 상기 기준전압곡선을 갱신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 방법.
10. The method of claim 9,
Further comprising the step of updating the reference voltage curve using any one of a plurality of secondary differential voltage curves acquired at predetermined periods.
제13항에 있어서,
상기 기준전압곡선을 갱신하는 단계에서, 제1 시점에 산출된 상기 테스트 배터리의 용량과 제2 시점에 산출된 상기 테스트 배터리의 용량의 차이가 기준값을 초과하면 상기 기준전압곡선을 갱신하는 것을 특징으로 하는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the reference voltage curve is updated when the difference between the capacity of the test battery calculated at the first time point and the capacity of the test battery calculated at the second time point exceeds the reference value in the step of updating the reference voltage curve A battery capacity estimation method using a second derivative voltage curve.
제9항에 있어서,
상기 제2 SOC 상태는 상기 테스트 배터리가 완전방전된 상태이고, 상기 제1 SOC 상태는 상기 제2 SOC상태보다 높은 SOC를 갖는 상태인 것을 특징으로 하는 이차 미분 전압곡선을 이용한 배터리 용량 추정 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the second SOC state is a state in which the test battery is fully discharged and the first SOC state has a higher SOC than the second SOC state.
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