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KR102695066B1 - Apparatus and method for monitoring state of ess - Google Patents

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KR102695066B1
KR102695066B1 KR1020190119658A KR20190119658A KR102695066B1 KR 102695066 B1 KR102695066 B1 KR 102695066B1 KR 1020190119658 A KR1020190119658 A KR 1020190119658A KR 20190119658 A KR20190119658 A KR 20190119658A KR 102695066 B1 KR102695066 B1 KR 102695066B1
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이성은
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한국전력공사
충남대학교산학협력단
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Abstract

실시간으로 배터리의 열화 상태를 확인하고 충전 상태를 보정하도록 한 배터리 상태 모니터링 장치 및 방법을 제시한다. 제시된 배터리 상태 모니터링 장치 및 방법은 배터리의 단자 전압을 근거로 배터리의 미소용량을 측정하고, 미소용량 및 선형회귀모델을 이용하여 배터리의 방전용량을 추정하고, SOC 함수 및 추정한 방전용량을 근거로 배터리의 충전 상태를 추정 및 갱신한다.A battery condition monitoring device and method are proposed to check the deterioration status of a battery in real time and to correct the state of charge. The proposed battery condition monitoring device and method measure the microcapacity of a battery based on the terminal voltage of the battery, estimate the discharge capacity of the battery using the microcapacity and a linear regression model, and estimate and update the state of charge of the battery based on the SOC function and the estimated discharge capacity.

Description

배터리 상태 모니터링 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING STATE OF ESS}{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING STATE OF ESS}

본 발명은 배터리 상태 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지저장장치(ESS; ENERGY STORAGE SYSTEM)의 배터리 상태를 모니터링하는 배터리 상태 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery status monitoring device and method, and more particularly, to a battery status monitoring device and method for monitoring the battery status of an energy storage system (ESS).

최근 에너지저장장치(ESS)의 화재가 빈번하게 발생하고 있으나, 화재에 대해 명확한 원인은 밝혀지지 않은 상황이다. 일각에서는 배터리, 전력 변환 장치(PCS; Power Conversion System), 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)의 오작동 등의 원인으로 보고 있다.Recently, fires in energy storage systems (ESS) have been occurring frequently, but the exact cause of the fires has not been identified. Some believe that the cause is a malfunction of the battery, power conversion system (PCS), or battery management system (BMS).

일반적으로, 에너지저장장치는 리튬 2차 전지로 다수의 배터리가 직병렬 조합을 이루어 구성된다. 직병렬 조합에 대해 배터리 노화에 따라 용량, 셀간 전압 및 충전 상태(SOC; State Of Charge)의 편차가 발생하여 다수의 셀 중 일부의 셀이 비정상적 운용이 된다면, 그 일부의 셀들은 과충전, 과방전의 위험에 놓일 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 이 일부의 셀로 인해 전체 배터리팩은 성능 저하(즉, 배터리 운용 범위 축소)와 심각할 경우 폭발 및 화재의 위험에 놓일 수 있다.In general, energy storage devices are composed of a plurality of lithium secondary batteries in a series-parallel combination. If, due to battery aging, deviations in capacity, inter-cell voltage, and state of charge (SOC) occur in the series-parallel combination, and some of the cells among the plurality of cells operate abnormally, those some of the cells may be at risk of overcharge and overdischarge. Referring to FIGS. 1 and 2, due to those some of the cells, the entire battery pack may experience performance degradation (i.e., reduction in battery operation range) and, in severe cases, may be at risk of explosion and fire.

배터리는 밀폐된 구조로 되어 있고, 내부의 화학적 상태에 따라 배터리의 상태를 나타내는 지표가 달라지기 때문에 배터리의 상태를 정밀하게 모니터링하고 분석하는 기술이 부족한 상황이다.Since batteries have a sealed structure and indicators of their condition vary depending on the chemical state inside, there is a lack of technology to precisely monitor and analyze the condition of the battery.

배터리의 내부의 화학적 상태에 따라 충전 상태 (SOC; state-of-charge) 및 열화 상태 (SOH; state-of-health)가 결정되기 때문에, 외부에서 SOC 및 SOH를 정확하게 측정하기 어렵다. 이러한 측정의 어려움으로 인해, 배터리 SOC 및 SOH에는 측정기술이 아닌 추정기술이 도입되어 왔다.Since the state of charge (SOC) and state of health (SOH) are determined by the chemical state inside the battery, it is difficult to accurately measure SOC and SOH from the outside. Due to this measurement difficulty, estimation techniques rather than measurement techniques have been introduced for battery SOC and SOH.

가장 일반적으로 알려진 SOC 추정방법은 전류적산방법이다. 전류적산방법은 SOC의 정의에 기반한 것으로서 배터리가 출력할 수 있는 전하의 총량을 카운팅해 보는 방법으로, 배터리의 출력전류를 시간으로 적산하여 계산하는 방법이다.The most commonly known SOC estimation method is the current integration method. The current integration method is based on the definition of SOC and is a method of counting the total amount of charge that the battery can output, calculating the battery output current by integrating it over time.

특히, 일정 전류로 방전하면서 전류를 적산하는 방법은 SOC를 가장 정확하게 추정할 수 있는 방법으로서, 이러한 전류적산방법에 의해 추정된 SOC는 다른 방법에 의해 측정된 SOC의 정확도를 평가하는 기준값으로 활용되고 있다.In particular, the method of integrating current while discharging at a constant current is the most accurate method for estimating SOC, and the SOC estimated by this current integration method is used as a reference value for evaluating the accuracy of SOC measured by other methods.

하지만, 전류적산방법에 의한 SOC 추정은 결과값을 획득할 때까지 시간이 많이 걸린다는 단점이 있으며, 일정 전류로 방전하는 전류가 아닌 배터리로 입출력되는 전류를 모두 적산하는 경우, 오차 누적에 의해 SOC의 정확도가 다른 방법보다 오히려 낮아지는 문제점도 가지고 있다.However, the SOC estimation by the current integration method has the disadvantage of taking a long time to obtain the result value, and if all the current input and output to the battery is integrated rather than the current discharged at a constant current, there is also the problem that the accuracy of the SOC is lower than that of other methods due to error accumulation.

전류적산방법의 문제점에 대한 대안으로서 OCV(open circuit voltage) 방법이 제안되었다. OCV 방법은 배터리로 입출력되는 전류가 없는 상태에서 배터리의 단자전압을 이용하여 SOC를 추정하는 방법으로서, 배터리 내부에 저장되어 있는 전하를 소모시키지 않고 SOC를 측정할 수 있다는 장점이 있고, 배터리가 오랜 시간 동안 충방전을 진행하지 않은 상태에 있는 경우, OCV 방법에 의한 SOC 추정의 정확도는 적류적산방법보다 높은 것으로 알려져있다.As an alternative to the problems of the current integration method, the OCV (open circuit voltage) method has been proposed. The OCV method is a method of estimating the SOC using the terminal voltage of the battery in a state where there is no current input or output to the battery. It has the advantage of being able to measure the SOC without consuming the charge stored inside the battery, and when the battery has not been charged or discharged for a long time, the accuracy of SOC estimation by the OCV method is known to be higher than that by the current integration method.

하지만, OCV 방법은 배터리가 안정된 상태에 있을 때에만 정확도가 높고 배터리가 비안정적인 상태에 있는 경우 정확도가 낮기 때문에 OCV 방법만으로는 실시간으로 충전 상태를 추정할 수 없다는 문제가 있다.However, the OCV method has a problem in that it cannot estimate the state of charge in real time using only the OCV method because the accuracy is high only when the battery is in a stable state and the accuracy is low when the battery is in an unstable state.

이러한 종래 방법들이 가지고 있는 문제점을 개선하고 보다 높은 정확도를 가지는 SOC를 실시간으로 추정할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.There is a need to develop a technology that can improve the problems of these conventional methods and estimate SOC in real time with higher accuracy.

더불어, 배터리의 사용에 따라 SOH가 변하게 되고, 이러한 SOH의 변화는 SOC에도 영향을 미치게 된다. 이에, SOC의 보다 정확한 추정, 그리고, 배터리의 상태에 대한 정확한 인식을 위해 SOH를 보다 정확하게 추정할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.In addition, the SOH changes depending on the use of the battery, and this change in SOH also affects the SOC. Accordingly, the development of technology that can estimate SOH more accurately is required for more accurate estimation of SOC and accurate recognition of the battery condition.

기존의 SOC 및 SOH 추정 기술은 측정 및 배터리의 상태 추정의 오차가 누적됨에 따라 잘못된 상태를 판단하여 배터리는 과충전, 과방전, 폭발에 위험에 놓이게 된다. 기존에서는 이를 해결하기 위해 오프라인 기반으로 성능 상태를 파악하여 배터리의 상태를 업데이트하게 된다.Existing SOC and SOH estimation technologies can cause incorrect status judgments as errors in measurement and battery status estimation accumulate, putting the battery at risk of overcharge, overdischarge, and explosion. To address this, existing technologies update the battery status by identifying the performance status offline.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 실시간으로 배터리의 열화 상태를 확인하고 충전 상태를 보정하도록 한 배터리 상태 모니터링 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above-mentioned conventional problems, and aims to provide a battery status monitoring device and method that can check the deterioration status of a battery in real time and correct the charging status.

즉, 본 발명은 방전용량을 설명할 수 있는 특정 단자 전압 영역의 미소용량을 통해 배터리의 열화 상태를 판단하고, 기존 기술보다 높은 정확도를 가지는 충전 상태를 실시간으로 보정하여 배터리 열화상태를 보다 정확하게 판단하도록 한 배터리 상태 모니터링 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.That is, the present invention aims to provide a battery status monitoring device and method that determines the deterioration status of a battery through microcapacitance in a specific terminal voltage range that can explain the discharge capacity, and corrects the charge status in real time with higher accuracy than existing technologies to more accurately determine the battery deterioration status.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 모니터링 장치는 배터리의 충전 상태 추정을 위한 SOC 함수를 저장하는 저장부, 배터리의 충방전전류 및 단자 전압을 취득하는 취득부, 취득부에서 취득한 단자 전압을 근거로 배터리의 미소용량을 측정하는 미소용량 측정부, 미소용량 측정부에서 측정한 미소용량 및 선형회귀모델을 이용하여 배터리의 방전용량을 추정하는 방전용량 추정부, SOC 함수 및 방전용량 추정부에서 추정한 방전용량을 근거로 배터리의 충전 상태를 추정하는 SOC 추정부 및 방전용량 추정부에서 추정한 방전용량을 근거로 저장부에 저장된 SOC 함수를 갱신하는 SOC 갱신부를 포함한다.In order to achieve the above object, a battery state monitoring device according to an embodiment of the present invention includes a storage unit that stores a SOC function for estimating a state of charge of a battery, an acquisition unit that acquires charge/discharge current and terminal voltage of the battery, a micro-capacity measurement unit that measures a micro-capacity of the battery based on the terminal voltage acquired by the acquisition unit, a discharge capacity estimation unit that estimates a discharge capacity of the battery using the micro-capacity measured by the micro-capacity measurement unit and a linear regression model, a SOC estimation unit that estimates a state of charge of the battery based on the SOC function and the discharge capacity estimated by the discharge capacity estimation unit, and a SOC update unit that updates the SOC function stored in the storage unit based on the discharge capacity estimated by the discharge capacity estimation unit.

저장부는 배터리의 초기 충전 상태, 충방전전류 및 방전용량을 인자로 포함하는 적류적산함수, 및 충방전전류가 제로인 상태로 설정 시간 지속된 후에 배터리의 단자 전압인 오픈 서킷 볼티지 함수 중 하나를 SOC 함수로 저장할 수 있다.The storage unit can store one of the following functions as the SOC function: an accumulation function including the initial state of charge of the battery, the charge/discharge current, and the discharge capacity as factors; and an open circuit voltage function, which is the terminal voltage of the battery after the charge/discharge current is in a state of zero for a set period of time.

미소용량 측정부는 취득부에서 취득한 단자 전압에 대해 미리 설정된 전압 범위에서 취득부에서 취득한 충방전전류를 누적시켜 미소용량을 측정할 수 있다. 이때, 미소용량 측정부는 충방전전류의 크기를 근거로 전압 범위를 가변하고, 충방전전류는 미소용량의 측정시 오차범위 이내에서 고정 값을 갖는다.The microcapacity measuring unit can measure microcapacity by accumulating the charge/discharge current acquired from the acquisition unit in a preset voltage range for the terminal voltage acquired from the acquisition unit. At this time, the microcapacity measuring unit varies the voltage range based on the size of the charge/discharge current, and the charge/discharge current has a fixed value within the error range when measuring microcapacity.

저장부는 배터리의 열화 상태 추정을 위한 SOH 함수를 더 저장하고, SOH 함수는 배터리의 초기방전용량 및 현재방전용량을 인자로 포함할 수 있다.The storage unit further stores an SOH function for estimating the deterioration state of the battery, and the SOH function may include the initial discharge capacity and the current discharge capacity of the battery as factors.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 모니터링 장치는 저장부에 저장된 SOH 함수를 근거로 배터리의 열화 상태를 추정하는 SOH 추정부를 더 포함할 수 있다. 이때, SOH 추정부는 방전용량 추정부에서 추정한 배터리의 방전용량 중에서 초기방전용량 및 현재방전용량을 SOH 함수에 대입하여 배터리의 방전용량을 추정할 수 있다.The battery condition monitoring device according to an embodiment of the present invention may further include an SOH estimation unit that estimates the deterioration state of the battery based on the SOH function stored in the storage unit. At this time, the SOH estimation unit can estimate the discharge capacity of the battery by substituting the initial discharge capacity and the current discharge capacity among the discharge capacities of the battery estimated by the discharge capacity estimation unit into the SOH function.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 모니터링 장치는 배터리의 스텝전류 및 단자전압의 변화량을 근거로 배터리의 내부저항을 측정하는 내부저항 측정부를 더 포함할 수 있다. 이때, 방전용량 추정부는 내부저항 측정부에서 측정한 내부저항 및 선형회귀모델을 근거로 배터리의 방전용량을 추정할 수 있다.The battery status monitoring device according to an embodiment of the present invention may further include an internal resistance measuring unit that measures the internal resistance of the battery based on the amount of change in the step current and terminal voltage of the battery. At this time, the discharge capacity estimation unit may estimate the discharge capacity of the battery based on the internal resistance measured by the internal resistance measuring unit and the linear regression model.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 모니터링 방법은 배터리의 충방전전류 및 단자 전압을 취득하는 단계, 취득하는 단계에서 취득한 단자 전압을 근거로 배터리의 미소용량을 측정하는 단계, 미소용량을 측정하는 단계에서 측정한 미소용량 및 선형회귀모델을 이용하여 배터리의 방전용량을 추정하는 단계, 기저장된 SOC 함수 및 방전용량을 추정하는 단계에서 추정한 방전용량을 근거로 배터리의 충전 상태를 추정하는 단계 및 방전용량을 추정부하는 단계에서 추정한 방전용량을 근거로 SOC 함수를 갱신하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, a battery status monitoring method according to an embodiment of the present invention includes the steps of acquiring charge/discharge current and terminal voltage of a battery, measuring a micro-capacity of the battery based on the terminal voltage acquired in the acquiring step, estimating a discharge capacity of the battery using the measured micro-capacity and a linear regression model in the micro-capacity measuring step, estimating a state of charge of the battery based on a stored SOC function and the estimated discharge capacity in the discharge capacity estimation step, and updating the SOC function based on the estimated discharge capacity in the discharge capacity estimation step.

이때, SOC 함수는 배터리의 초기 충전 상태, 충방전전류 및 방전용량을 인자로 포함하는 적류적산함수, 및 충방전전류가 제로인 상태로 설정 시간 지속된 후에 배터리의 단자 전압인 오픈 서킷 볼티지 함수 중 하나의 함수일 수 있다.At this time, the SOC function may be one of a function of an accumulation function that includes the initial state of charge of the battery, the charge/discharge current, and the discharge capacity as factors, and an open circuit voltage function that is the terminal voltage of the battery after the charge/discharge current is in a state of zero for a set time.

미소용량을 측정하는 단계에서는 취득하는 단계에서 취득한 단자 전압에 대해 미리 설정된 전압 범위에서 취득하는 단계에서 취득한 충방전전류를 누적시켜 미소용량을 측정할 수 있다. 이때, 미소용량을 측정하는 단계는 충방전전류의 크기를 근거로 전압 범위를 가변하는 단계를 포함하고, 충방전전류는 미소용량의 측정시 오차범위 이내에서 고정 값을 갖는다.In the step of measuring the microcapacitance, the microcapacitance can be measured by accumulating the charge/discharge current acquired in the step of acquiring in a preset voltage range for the terminal voltage acquired in the step of acquiring. At this time, the step of measuring the microcapacitance includes a step of varying the voltage range based on the size of the charge/discharge current, and the charge/discharge current has a fixed value within the error range when measuring the microcapacitance.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 모니터링 방법은 SOH 함수를 근거로 배터리의 열화 상태를 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, SOH 함수는 배터리의 초기방전용량 및 현재방전용량을 인자로 포함하고, 열화 상태를 추정하는 단계에서는 방전용량을 추정하는 단계에서 추정한 배터리의 방전용량 중에서 초기방전용량 및 현재방전용량을 SOH 함수에 대입하여 배터리의 열화 상태를 추정할 수 있다.The battery condition monitoring method according to an embodiment of the present invention may further include a step of estimating the deterioration state of the battery based on the SOH function. At this time, the SOH function includes the initial discharge capacity and the current discharge capacity of the battery as factors, and in the step of estimating the deterioration state, the initial discharge capacity and the current discharge capacity among the discharge capacities of the battery estimated in the step of estimating the discharge capacity are substituted into the SOH function to estimate the deterioration state of the battery.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 모니터링 방법은 배터리의 스텝전류 및 단자전압의 변화량을 근거로 배터리의 내부저항을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 방전용량을 추정하는 단계에서는 내부저항을 측정하는 단계에서 측정한 내부저항 및 선형회귀모델을 근거로 배터리의 방전용량을 추정할 수 있다.The battery status monitoring method according to an embodiment of the present invention may further include a step of measuring the internal resistance of the battery based on the amount of change in the step current and terminal voltage of the battery. At this time, in the step of estimating the discharge capacity, the discharge capacity of the battery can be estimated based on the internal resistance measured in the step of measuring the internal resistance and the linear regression model.

본 발명에 의하면, 배터리 상태 모니터링 장치 및 방법은 배터리 상태를 추정에 있어 노화를 반영한 SOC를 실시간으로 측정할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the battery condition monitoring device and method have the effect of being able to measure SOC reflecting aging in real time in estimating the battery condition.

또한, 배터리 상태 모니터링 장치 및 방법은 배터리 상태를 추정함에 있어 종래에 비해 배터리의 열화 상태(SOH)를 보다 정확하게 추정할 수 있는 효과가 있다.In addition, the battery condition monitoring device and method have the effect of more accurately estimating the state of health (SOH) of the battery compared to the conventional method in estimating the battery condition.

또한, 종래에는 오프라인 기반으로 만충과 만방을 수행하여 노화된 배터리 용량을 판단하고 이를 적용하여 배터리의 노화를 반영하지만, 배터리 상태 모니터링 장치 및 방법은 배터리가 운용 중일때도 미소용량, 내부저항을 통해 배터리의 열화 상태를 진단할 수 있다.In addition, while conventionally, the aged battery capacity was judged by performing full charge and full discharge offline and the aged battery capacity was applied to reflect the aging of the battery, the battery condition monitoring device and method can diagnose the deterioration condition of the battery through microcapacity and internal resistance even while the battery is in operation.

또한, 배터리 상태 모니터링 장치 및 방법은 배터리가 운용중일때에도 정황한 열화 상태를 진단함으로써, 배터리의 사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.In addition, the battery condition monitoring device and method are effective in preventing battery accidents by diagnosing the condition of deterioration even when the battery is in operation.

또한, 배터리 상태 모니터링 장치 및 방법은 통계적인 모델을 사용하여 보다 정확한 충전 상태 및 열화 상태를 추정을 함으로써, 배터리의 상태 및 수명을 정확하게 모니터링할 수 있는 효과가 있다.In addition, the battery condition monitoring device and method have the effect of accurately monitoring the condition and lifespan of the battery by estimating a more accurate state of charge and deterioration state using a statistical model.

도 1 및 도 2는 일반적인 에너지저장장치에 포함된 배터리팩의 폭발 및 화재의 위험을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 모니터링 장치가 적용되는 배터리 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면.
도 5 및 도 6은 도 4의 미소용량 측정부를 설명하기 위한 도면.
도 7 내지 도 11은 도 4의 방전용량 추정부를 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 모니터링 장치의 변형 예를 설명하기 위한 도면.
도 13 및 도 14는 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 상태 모니터링 방법의 SOC 추정 및 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 상태 모니터링 방법의 SOH 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 17 내지 도 21은 도 16의 방전용량 추정 단계를 설명하기 위한 도면.
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 상태 모니터링 방법의 변형 예를 설명하기 위한 흐름도.
Figures 1 and 2 are drawings for explaining the risk of explosion and fire of a battery pack included in a typical energy storage device.
FIG. 3 is a drawing for explaining a battery system to which a battery status monitoring device according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 4 is a drawing for explaining a battery status monitoring device according to an embodiment of the present invention.
Figures 5 and 6 are drawings for explaining the microcapacitance measuring unit of Figure 4.
Figures 7 to 11 are drawings for explaining the discharge capacity estimation unit of Figure 4.
FIG. 12 is a drawing for explaining a modified example of a battery status monitoring device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 and FIG. 14 are flowcharts for explaining a battery status monitoring method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a flowchart for explaining a SOC estimation and correction method of a battery status monitoring method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a flowchart for explaining a SOH estimation method of a battery condition monitoring method according to an embodiment of the present invention.
Figures 17 to 21 are drawings for explaining the discharge capacity estimation step of Figure 16.
FIG. 22 is a flowchart illustrating a modified example of a battery status monitoring method according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 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, in order to explain in detail the technical idea of the present invention to a degree that a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily practice the present invention, the most preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, when adding reference symbols to components in each drawing, it should be noted that the same components are given the same symbols as much as possible even if they are shown in different drawings. In addition, when explaining the present invention, if it is determined that a specific description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 상태 모니터링 장치가 적용되는 배터리 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 아래와 같다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 모니터링 장치가 적용되는 배터리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.First, a battery system to which a battery status monitoring device according to an embodiment of the present invention is applied will be described with reference to the attached drawings as follows. FIG. 3 is a drawing for explaining a battery system to which a battery status monitoring device according to an embodiment of the present invention is applied.

도 3을 참조하면, 배터리 시스템은 배터리(10), 부하(20), 충전기(30) 및 배터리 상태 모니터링 장치(100)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 3, the battery system is configured to include a battery (10), a load (20), a charger (30), and a battery status monitoring device (100).

배터리(10)는 전기에너지를 화학에너지로 변환하거나 화학에너지를 전기에너지로 변환한다. 배터리(10)는 리튬이온 배터리, 리튬폴리머 배터리 등을 예로 들수 있다.The battery (10) converts electrical energy into chemical energy or converts chemical energy into electrical energy. Examples of the battery (10) include a lithium ion battery, a lithium polymer battery, etc.

배터리(10)에는 적어도 2개의 단자를 포함한다. 첫 번째 단자로는 음(-)의 극성을 가지는 전압이 공급되고, 두 번째 단자로는 양(+)의 극성을 가지는 전압이 공급될 수 있다.The battery (10) includes at least two terminals. A voltage having a negative (-) polarity can be supplied to the first terminal, and a voltage having a positive (+) polarity can be supplied to the second terminal.

이하에서는 음(-)의 극성을 가지는 단자와 양(+)의 극성을 가지는 단자 사이의 전압을 단자전압(Vb)으로 정의하여 사용한다. 배터리(10)의 단자를 통해 유출입되는 전류를 충방전전류(Ib)로 정의한다 이하에서는 설명의 편의를 위해 배터리의 단자로 입력되는 전류(예를 들어, 충전 전류)를 양(+)의 방향으로 정의하고 배터리의 단자로부터 외부로 공급되는 전류(예를 들어, 방전 전류)를 음(-)의 방향으로 정의한다.Hereinafter, the voltage between a terminal with a negative (-) polarity and a terminal with a positive (+) polarity is defined as the terminal voltage (Vb). The current flowing in and out through the terminal of the battery (10) is defined as the charge/discharge current (Ib). Hereinafter, for convenience of explanation, the current input to the terminal of the battery (e.g., charge current) is defined in the positive (+) direction, and the current supplied externally from the terminal of the battery (e.g., discharge current) is defined in the negative (-) direction.

부하(20)는 배터리(10)의 방전 전류를 사용하여 동작한다. 부하(20)는 충전기(30)가 전력을 공급하는 시점에서 충전기(30)로부터 전력을 공급받는다. 부하(20)는 충전기(30)가 전력을 공급하지 않는 시점에서 배터리(10)의 방전 전류를 이용하여 작동된다.The load (20) operates using the discharge current of the battery (10). The load (20) receives power from the charger (30) at a time when the charger (30) supplies power. The load (20) operates using the discharge current of the battery (10) at a time when the charger (30) does not supply power.

충전기(30)는 외부의 전력을 변환하여 배터리(10)로 공급한다. 충전기(30)는 전력변환장치 혹은 컨버터로 부르는 장치를 내장한다.The charger (30) converts external power and supplies it to the battery (10). The charger (30) has a built-in device called a power conversion device or converter.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 배터리(10)의 SOC 및 SOH를 추정한다 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 배터리(10)의 충방전전류(Ib) 및 단자전압(Vb)을 모니터링하고, 이러한 값들을 이용하여 배터리(10)의 충전 상태(SOC; State Of Charge) 및 열화 상태 (SOH; state-of-health)를 추정한다The battery condition monitoring device (100) estimates the SOC and SOH of the battery (10). The battery condition monitoring device (100) monitors the charge/discharge current (Ib) and terminal voltage (Vb) of the battery (10), and estimates the state of charge (SOC) and state of deterioration (SOH) of the battery (10) using these values.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 상태 모니터링 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. Hereinafter, a battery status monitoring device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 배터리의 열화 상태를 판단하고, SOC 함수를 업데이트한다. 즉, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 배터리의 충방전전류 및 단자전압을 모니터링한다. 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 방전용량을 인자로 사용하는 SOC(state-of-charge) 함수를 이용하여 SOC를 추정한다. 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 측정한 단자전압에 대해 미리 설정된 범위에서 충방전전류를 누적하여 미소용량을 측정한다. 이때, 배터리 상태 모니터링 장치(100)의 미소용량의 범위에서 충방전전류는 일정한 크기 혹은 일정 편차 이내의 크기를 가질 수 있다. 이에, 미소용량의 범위는 충방전전류의 크기에 따라 다르게 설정될 수 있다.The battery condition monitoring device (100) determines the deterioration state of the battery and updates the SOC function. That is, the battery condition monitoring device (100) monitors the charge/discharge current and terminal voltage of the battery. The battery condition monitoring device (100) estimates the SOC using the SOC (state-of-charge) function that uses the discharge capacity as a factor. The battery condition monitoring device (100) accumulates the charge/discharge current within a preset range for the measured terminal voltage to measure the microcapacity. At this time, the charge/discharge current in the microcapacity range of the battery condition monitoring device (100) may have a constant size or a size within a constant deviation. Accordingly, the range of the microcapacity may be set differently depending on the size of the charge/discharge current.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 측정한 미소용량을 인자로 사용하여 방전용량을 산출하는 선형회귀모델을 이용하여 방전용량을 추정한다. 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 추정된 방전용량으로 배터리의 열화를 판단한다. 이때, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 모니터링한 충방전전류 및 단자전압을 이용하여 측정한 미소용량과 전체 용량을 선형회귀모델에 적용하고 미소용량을 통해 방전용량을 추정하여 배터리의 열화를 판단한다.The battery condition monitoring device (100) estimates the discharge capacity using a linear regression model that calculates the discharge capacity by using the measured microcapacity as a factor. The battery condition monitoring device (100) determines the deterioration of the battery using the estimated discharge capacity. At this time, the battery condition monitoring device (100) applies the measured microcapacity and total capacity using the monitored charge/discharge current and terminal voltage to the linear regression model, and estimates the discharge capacity using the microcapacity to determine the deterioration of the battery.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 SOC 함수를 업데이트하여 배터리의 충전 상태를 보정한다. 이때, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 충방전전류를 시간에 대하여 누적한 값을 추정된 방전용량을 이용하여 SOC 함수를 보정한다. The battery condition monitoring device (100) updates the SOC function to correct the charging state of the battery. At this time, the battery condition monitoring device (100) corrects the SOC function by using the estimated discharge capacity and the accumulated value of the charge/discharge current over time.

이를 위해, 도 4를 참조하면, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 저장부(110)를 포함하여 구성된다.To this end, referring to FIG. 4, the battery status monitoring device (100) is configured to include a storage unit (110).

저장부(110)는 충전 상태(SOC)를 추정하기 위한 SOC 함수를 저장한다. 저장부(110)는 전류적산함수인 SOC 함수(하기 수학식1 참조)를 저장한다.The storage unit (110) stores a SOC function for estimating the state of charge (SOC). The storage unit (110) stores a SOC function (see Mathematical Formula 1 below), which is a current accumulation function.

여기서, SOCi는 초기 충전 상태이고, Ib는 충방전전류이고, Cn은 방전용량이다.Here, SOCi is the initial state of charge, Ib is the charge/discharge current, and Cn is the discharge capacity.

SOC 함수(즉, 전류적산함수)는 충방전전류(Ib)를 시간에 대하여 누적한 값을 방전용량(Cn)으로 나누어서 충전 상태(SOC)를 계산한다. SOC 함수는 방전용량(Cn)을 인자로 포함한다.The SOC function (i.e., current accumulation function) calculates the state of charge (SOC) by dividing the accumulated charge/discharge current (Ib) over time by the discharge capacity (Cn). The SOC function includes the discharge capacity (Cn) as a factor.

SOC 함수는 OCV(open circuit voltage, 오픈 서킷 볼티지, 개로 전압) 함수일 수도 있다. OCV 함수는 충방전전류(Ib)가 제로인 상태로 일정 시간 지속된 후에 배터리(10)의 내부 상태가 안정된 상태에서 측정되는 단자전압일 수 있다. OCV 함수는 이러한 OCV와 SOC의 관계를 1:1 함수로 매칭시킨 함수이다.The SOC function may also be an OCV (open circuit voltage) function. The OCV function may be a terminal voltage measured when the internal state of the battery (10) is stable after the charge/discharge current (Ib) has been in a zero state for a certain period of time. The OCV function is a function that matches the relationship between OCV and SOC as a 1:1 function.

SOC 함수가 전류적산함수인 경우, 분자에 방전용량(Cn)이 사용된다. SOC 함수에 방전용량(Cn)이 인자로 사용되는 경우, 방전용량(Cn)의 변동에 따라 추정되는 충전 상태(SOC)도 변동한다. 예를 들어, SOC 함수가 전류적산함수인 경우, 방전용량(Cn)이 변동하면 분자가 변동하여 충전 상태(SOC)가 변동될 수 있다. When the SOC function is a current integration function, the discharge capacity (Cn) is used in the numerator. When the discharge capacity (Cn) is used as a factor in the SOC function, the estimated state of charge (SOC) also changes according to the change in the discharge capacity (Cn). For example, when the SOC function is a current integration function, if the discharge capacity (Cn) changes, the numerator may change, which may cause the state of charge (SOC) to change.

SOC 함수가 OCV 함수인 경우에는 OCV 함수가 방전용량(Cn)에 따라 변경되는 형태로 SOC 함수가 생성될 수 있다. SOC 함수가 OCV 함수인 경우에도 방전용량(Cn)에 따라 OCV 함수(즉, OCV 커브)가 변동하여 그로부터 추정되는 충전 상태(SOC)가 변동한다.When the SOC function is an OCV function, the SOC function can be generated in a form in which the OCV function changes according to the discharge capacity (Cn). Even when the SOC function is an OCV function, the OCV function (i.e., the OCV curve) fluctuates according to the discharge capacity (Cn), and the state of charge (SOC) estimated from it fluctuates.

저장부(110)는 열화 상태(SOH)를 추정하기 위한 SOH 함수를 저장한다. 저장부(110)는 하기의 수학식 2와 같이 정의된 SOH 함수를 저장하는 것을 일례로 한다.The storage unit (110) stores a SOH function for estimating the state of degradation (SOH). As an example, the storage unit (110) stores an SOH function defined as in the following mathematical expression 2.

여기서, Cni는 초기방전용량으로, 배터리(10)가 공장에서 출하될 때 일괄적으로 측정될 수 있다. Cnc는 현재방전용량으로 정의될 수 있다. 일례로, 최종방전용량(Cnf)은 80%의 초기방전용량(Cni)으로 정의될 수 있다.Here, Cni is the initial discharge capacity, which can be measured collectively when the battery (10) is shipped from the factory. Cnc can be defined as the current discharge capacity. For example, the final discharge capacity (Cnf) can be defined as 80% of the initial discharge capacity (Cni).

배터리 모니터링 장치는 배터리의 충방전전류 및 단자전압을 취득하는 취득부(120)를 더 포함한다. 취득부(120)는 충방전전류 측정을 위한 전류 센서 및 단자 전압 측정을 위한 전압 센서를 포함하여 구성된다. 이때, 전류 센서를 이용하여 배터리로 유출입되는 충방전전류를 측정하고, 전압 센서를 이용하여 배터리의 단자 전압을 측정한다.The battery monitoring device further includes an acquisition unit (120) that acquires the charge/discharge current and terminal voltage of the battery. The acquisition unit (120) is configured to include a current sensor for measuring the charge/discharge current and a voltage sensor for measuring the terminal voltage. At this time, the charge/discharge current flowing into and out of the battery is measured using the current sensor, and the terminal voltage of the battery is measured using the voltage sensor.

배터리 모니터링 장치는 취득부(120)에서 취득한 단자 전압을 이용하여 미소용량을 측정하는 미소용량 측정부(130)를 더 포함한다.The battery monitoring device further includes a microcapacity measuring unit (130) that measures microcapacity using the terminal voltage acquired from the acquisition unit (120).

미소용량 측정부(130)는 취득부(120)에서 취득한 배터리의 단자 전압에 대해 미리 설정된 범위(즉, 전압 범위)에서 충방전전류를 누적시켜 미소용량을 측정한다. 예를 들어, 미소용량 측정부(130)는 배터리의 단자 전압이 대략 3.5V 정도일 때부터 대략 3.6V 정도가 될 때까지의 충방전전류를 누적시켜 미소용량을 측정한다. 이때, 미소용량 측정부(130)는 전압범위의 하단전압(즉, 3.5V)과 상단전압(즉, 3.6V)을 미리 설정할 수 있다.The micro-capacity measuring unit (130) measures the micro-capacity by accumulating the charge and discharge current in a preset range (i.e., voltage range) for the terminal voltage of the battery acquired from the acquisition unit (120). For example, the micro-capacity measuring unit (130) measures the micro-capacity by accumulating the charge and discharge current from when the terminal voltage of the battery is approximately 3.5 V to approximately 3.6 V. At this time, the micro-capacity measuring unit (130) can preset the lower voltage (i.e., 3.5 V) and the upper voltage (i.e., 3.6 V) of the voltage range.

미소용량을 측정할 때의 충방전전류는 일정한 크기를 가지거나 일정 편차 이내의 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 미소용량이 측정될 때, 충방전전류는 1A의 크기를 유지하거나 1A로부터 일정한 오차범위 이내의 크기를 유지한다.The charge/discharge current when measuring microcapacitance can have a constant size or a size within a certain deviation. For example, when measuring microcapacitance, the charge/discharge current maintains a size of 1A or a size within a certain error range from 1A.

한편, 도 5를 참조하면, 미소용량이 측정될 때, 충방전전류의 크기에 따라 용량이 변동됨으로 미소용량의 범위도 변동될 수 있다. 이에, 미소용량 측정부(130)는 충방전전류의 크기에 따라 미소용량을 측정하는 전압범위를 다르게 설정할 수 있다. 즉, 미소용량 측정부(130)는 충방전전류가 1A일 때와 충방전전류가 2A일 때에 미소용량을 측정하는 전압범위를 서로 다르게 설정할 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 5, when measuring microcapacity, the capacity may vary depending on the size of the charge/discharge current, and thus the range of the microcapacity may also vary. Accordingly, the microcapacity measuring unit (130) may set the voltage range for measuring the microcapacity differently depending on the size of the charge/discharge current. That is, the microcapacity measuring unit (130) may set the voltage range for measuring the microcapacity differently when the charge/discharge current is 1 A and when the charge/discharge current is 2 A.

도 6을 참조하면, 배터리(10)는 인덕터(L), 제1 내부저항(Ri1), 제2 내부저항(Ri2), 전기이중층(Cdl), 확산층(Zw) 및 OCV(OCV)로 모델링될 수 있다.Referring to FIG. 6, the battery (10) can be modeled as an inductor (L), a first internal resistance (Ri1), a second internal resistance (Ri2), an electric double layer (Cdl), a diffusion layer (Zw), and an OCV (OCV).

배터리(10)로 충방전전류(Ib)가 유출입되면 충방전전류(Ib)의 크기에 따라 제1 내부저항(Ri1) 및 제2 내부저항(Ri2)의 양단에 전압이 형성되는데, 이 전압의 변동에 따라 배터리(10)의 단자전압(Vb)도 변동하게 된다.When a charge/discharge current (Ib) flows into and out of a battery (10), a voltage is formed across the first internal resistance (Ri1) and the second internal resistance (Ri2) depending on the size of the charge/discharge current (Ib), and the terminal voltage (Vb) of the battery (10) also fluctuates depending on the fluctuation of this voltage.

충방전전류(Ib)가 직류로 일정시간 동안 일정한 값을 가지게 되면 인덕터(L), 전기이중층(Cdl) 및 확산층(Zw)은 무시되고, 제1 내부저항(Ri1) 및 제2 내부저항(Ri2)에 의해서만 단자전압(Vb)이 변동하게 되는데, 미소용량 측정부(130)는 이러한 배터리의 회로 모델에 따라 미소용량이 측정되는 전압범위를 충방전전류의 크기에 따라 다르게 설정하게 된다.When the charge/discharge current (Ib) has a constant value for a constant period of time as a direct current, the inductor (L), electric double layer (Cdl), and diffusion layer (Zw) are ignored, and the terminal voltage (Vb) changes only by the first internal resistance (Ri1) and the second internal resistance (Ri2). The microcapacity measuring unit (130) sets the voltage range in which the microcapacity is measured differently according to the size of the charge/discharge current according to the circuit model of the battery.

실질적으로, 미소용량 측정부(130)는 OCV(OCV)에 대해 미리 설정된 OCV 범위에서 충방전전류(Ib)를 누적하여 미소용량을 측정할 수 있다. 이때, 미소용량 측정부(130)는 OCV를 바로 파악하기 어렵기 때문에는, OCV(OCV)의 대안으로 단자 전압으로 전압범위를 설정한다. 여기서, 미소용량 측정부(130)는 충방전전류의 크기에 따라 전압범위를 다르게 설정하며, 충방전전류의 크기는 미소용량을 측정하기 시작하는 시점과 종료하는 시점의 충방전전류일 수 있다.In practice, the microcapacity measuring unit (130) can measure the microcapacity by accumulating the charge/discharge current (Ib) in a preset OCV range for the OCV (OCV). At this time, since it is difficult for the microcapacity measuring unit (130) to directly determine the OCV, the voltage range is set as a terminal voltage as an alternative to the OCV (OCV). Here, the microcapacity measuring unit (130) sets the voltage range differently according to the size of the charge/discharge current, and the size of the charge/discharge current can be the charge/discharge current at the start and end points of measuring the microcapacity.

배터리 모니터링 장치는 미소용량 측정부(130)에서 측정한 미소용량 및 선형회귀모델을 이용하여 방전용량을 추정하는 방전용량 추정부(140)를 더 포함한다.The battery monitoring device further includes a discharge capacity estimation unit (140) that estimates the discharge capacity using the microcapacity measured by the microcapacity measurement unit (130) and a linear regression model.

방전용량 추정부(140)는 미소용량 측정부(130)에서 측정한 미소용량을 인자로 사용하여 방전용량을 산출하는 선형회귀모델을 이용하여 방전용량을 추정한다.The discharge capacity estimation unit (140) estimates the discharge capacity using a linear regression model that calculates the discharge capacity by using the microcapacity measured by the microcapacity measurement unit (130) as a factor.

도 7 및 도 8을 참조하면, 미소용량과 방전용량 사이에 일정한 관계가 성립된다. 도 7에서는 미소용량과 방전용량 사이의 선형회귀모델 개념도를 나타내며, 미소용량과 전체용량의 실험데이터를 이용하여 성립된 미소용량과 방전용량 사이의 선형회귀모델의 개략도를 도시한다. 도 8에서는 노화에 따른 미소용량과 방전 용량의 사용한 선형회귀모델을 도시한다.Referring to FIGS. 7 and 8, a certain relationship is established between the microcapacity and the discharge capacity. FIG. 7 shows a conceptual diagram of a linear regression model between the microcapacity and the discharge capacity, and illustrates a schematic diagram of a linear regression model between the microcapacity and the discharge capacity established using experimental data of the microcapacity and the total capacity. FIG. 8 illustrates a linear regression model used for the microcapacity and the discharge capacity according to aging.

방전용량을 추정하기 위한 선형회귀모델은 하기의 수학식 3 및 수학식 4와 같이 표현할 수 있다. 이때, 최소 제곱법으로 회귀 모델의 계수를 결정한다. 최소제곱법은 잔차 제곱의 합(SSE; sum of squares of the errors, 수학식 4)이 최소가 되는 회귀 계수를 산출한다. The linear regression model for estimating the discharge capacity can be expressed as in the following mathematical equations 3 and 4. At this time, the coefficients of the regression model are determined by the least squares method. The least squares method produces regression coefficients that minimize the sum of squares of the errors (SSE, mathematical equation 4).

여기서, 는 방전 용량의 추정 데이터이고, 은 최소제곱법으로 산출된 회귀 계수이고, 는 미소 용량의 실제 데이터이고, 는 방전 용량의 실제 데이터,는 추정 값과 실제 값의 차이인 잔차를 의미한다.Here, is the estimated data of discharge capacity, and is the regression coefficient calculated by the least squares method, is the actual data of microcapacity, is the actual data of discharge capacity, refers to the residual, which is the difference between the estimated value and the actual value.

방전용량 추정부(140)는 상술한 선형회귀모델을 이용하여 방전용량을 실시간으로 측정한다.The discharge capacity estimation unit (140) measures the discharge capacity in real time using the linear regression model described above.

한편, 미소용량을 측정하기 위한 조건(예를 들어, 충방전전류에 대한 조건 및 전압범위에 대한 조건)은 충전기에 의해 의도적으로 충족될 수도 있으나, 방전용량 추정부(140)는 부하 혹은 충전기에 의해 임의로 형성되는 상황에서 미소용량을 측정하기 위한 조건을 만족하는 부분 상황을 탐색하고 그 상황에서 방전용량을 추정한다. Meanwhile, conditions for measuring microcapacity (e.g., conditions for charge/discharge current and conditions for voltage range) may be intentionally satisfied by the charger, but the discharge capacity estimation unit (140) searches for a partial situation that satisfies the conditions for measuring microcapacity in a situation arbitrarily formed by the load or the charger, and estimates the discharge capacity in that situation.

미소용량을 측정하기 위한 전압범위는 부하와 충전기의 상황에 따라 자주 발생하는 범위로 설정할 수도 있고, 미소용량과 방전용량 사이의 상관도가 높은 범위를 찾아 설정할 수도 있다.The voltage range for measuring microcapacitance can be set to a range that occurs frequently depending on the load and charger conditions, or it can be set by finding a range with a high correlation between microcapacitance and discharge capacity.

도 9 및 도 10은 사이클에 따른 미소용량과 방전용량의 선형회귀모델에 대한 추정 성능에 대한 예시로 추정의 성능은 약 0.5% 이내임을 알 수 있다.Figures 9 and 10 are examples of the estimation performance for the linear regression model of the microcapacity and discharge capacity according to the cycle, and it can be seen that the estimation performance is within about 0.5%.

실험을 통해 단자 전압 범위에서의 미소용량과 방전용량 사이의 상관관계를 매칭시킨 그래프인 도 11을 참조하면, 다수의 전압범위 중 특정 전압범위(대략 3.6V~3.7V 정도의 범위)에서 미소용량(가로축)과 방전용량(세로축)의 상관도가 높은 것을 확인하였다. 사용자는 실험을 통해 이러한 미소용량과 방전용량 사이의 상관도가 높은 범위를 탐색하고, 해당 범위로 전압범위를 설정할 수 있다.Referring to Fig. 11, which is a graph matching the correlation between microcapacitance and discharge capacity in the terminal voltage range through an experiment, it was confirmed that the correlation between microcapacitance (horizontal axis) and discharge capacity (vertical axis) was high in a specific voltage range (approximately in the range of 3.6 V to 3.7 V) among many voltage ranges. Through an experiment, a user can search for a range in which the correlation between microcapacitance and discharge capacity is high and set the voltage range to that range.

방전용량 추정부(140)는 배터리의 초기 상태의 방전용량인 초기방전용량을 측정할 수도 있다. 이때, 초기방전용량의 측정은 방전용량에 대한 정의에 따라 진행될 수 있다. 초기방전용량의 측정은 방전용량 추정부(140) 이외의 다른 장치(예를 들어, 공장에서의 테스트장비)에 의해 수행될 수 있다. 이때, 방전용량 추정부(140)는 적절한 입력장치에 의해 다른 장치로부터 초기방전용량에 대한 값을 입력받아 저장한다.The discharge capacity estimation unit (140) may also measure the initial discharge capacity, which is the discharge capacity of the initial state of the battery. At this time, the measurement of the initial discharge capacity may be performed according to the definition of the discharge capacity. The measurement of the initial discharge capacity may be performed by a device other than the discharge capacity estimation unit (140) (for example, a test device in a factory). At this time, the discharge capacity estimation unit (140) receives a value for the initial discharge capacity from another device by an appropriate input device and stores it.

방전용량 추정부(140)는 미소용량 측정부(130)에서 측정한 미소용량 및 선형회귀모델을 이용하여 현재 상태의 방전용량인 현재방전용량을 추정할 수 있다.The discharge capacity estimation unit (140) can estimate the current discharge capacity, which is the discharge capacity in the current state, by using the microcapacity measured by the microcapacity measurement unit (130) and a linear regression model.

배터리 모니터링 장치는 저장부(110)에 저장된 SOC 함수를 이용하여 배터리의 충전 상태를 추정하는 SOC 추정부(150)를 더 포함한다.The battery monitoring device further includes a SOC estimation unit (150) that estimates the state of charge of the battery using the SOC function stored in the storage unit (110).

SOC 추정부(150)는 저장부(110)로부터 방전용량을 인자로 사용하는 SOC 함수를 검출한다. SOC 추정부(150)는 검출한 SOC 함수를 이용하여 배터리의 충전 상태를 추정한다. 이때, SOC 추정부(150)는 충방전전류를 시간에 대하여 누적한 값을 방전용량으로 나누어서 계산하는 전류적산함수 또는 방전용량에 따라 다른 OCV 커브를 포함하는 OCV 함수 중 하나인 SOC 함수를 이용하여 배터리의 충전 상태를 추정한다.The SOC estimation unit (150) detects a SOC function that uses the discharge capacity as a factor from the storage unit (110). The SOC estimation unit (150) estimates the state of charge of the battery using the detected SOC function. At this time, the SOC estimation unit (150) estimates the state of charge of the battery using the SOC function, which is one of the current accumulation function that calculates the accumulated value of the charge/discharge current over time by dividing it by the discharge capacity or the OCV function that includes a different OCV curve depending on the discharge capacity.

배터리 모니터링 장치는 방전용량 추정부(140)에서 추정한 방전용량을 이용하여 저장부(110)에 저장된 SOC 함수를 갱신하는 SOC 갱신부(160)를 더 포함한다.The battery monitoring device further includes a SOC update unit (160) that updates the SOC function stored in the storage unit (110) using the discharge capacity estimated by the discharge capacity estimation unit (140).

배터리 모니터링 장치는 방전용량 추정부(140)에서 추정한 초기방전용량 및 현재방전용량을 이용하여 배터리의 열화 상태를 추정하는 SOH 추정부(170)를 더 포함할 수 있다. 이때, SOH 추정부(170)는 방전용량 추정부(140)에서 추정한 현재방전용량을 초기방전용량에 대비시켜 배터리의 열화 상태를 추정한다.The battery monitoring device may further include an SOH estimation unit (170) that estimates the deterioration state of the battery by using the initial discharge capacity and the current discharge capacity estimated by the discharge capacity estimation unit (140). At this time, the SOH estimation unit (170) estimates the deterioration state of the battery by comparing the current discharge capacity estimated by the discharge capacity estimation unit (140) to the initial discharge capacity.

한편, 배터리 모니터링 장치는 미소용량을 측정할 수 없는 경우 내부저항을 이용하여 방전용량을 추정할 수 있다. 이를 위해, 도 12에 도시된 바와 같이, 배터리 모니터링 장치는 배터리의 내부저항을 측정하는 내부저항 측정부(180)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the battery monitoring device can estimate the discharge capacity using the internal resistance when it cannot measure the microcapacity. To this end, as shown in Fig. 12, the battery monitoring device can further include an internal resistance measuring unit (180) that measures the internal resistance of the battery.

내부저항 측정부(180)는 스텝전류를 통해 내부저항을 측정할 수 있다. 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 스텝전류에서의 크기의 변화량과 이에 따른 단자전압의 변화량을 이용하여 내부저항을 측정한다. 스텝전류는 크기가 변하기 직전의 일정 구간과 직후의 일정 구간에서 직류의 성질을 가질 수 있다. 내부저항 측정부(180)는 이러한 스텝전류의 특성에 따라 배터리 회로모델(도 XX)을 참조에서 인덕터, 전기이중층 및 확산층을 제외하고 내부저항만을 측정한다.The internal resistance measuring unit (180) can measure the internal resistance through the step current. The battery condition monitoring device (100) measures the internal resistance by using the amount of change in the size of the step current and the amount of change in the terminal voltage according to it. The step current can have the characteristics of a direct current in a certain section immediately before and after the size changes. The internal resistance measuring unit (180) measures only the internal resistance by excluding the inductor, electric double layer, and diffusion layer with reference to the battery circuit model (Fig. XX) according to the characteristics of the step current.

방전용량 추정부(140)는 내부저항(Ri)과 방전용량(Cn) 사이의 상관관계를 선형회귀모델로 구성한다. 이때, 방전용량 추정부(140)는 내부저항 측정부(180)에서 실시간으로 측정되는 배터리의 내부저항(Ri)을 구성한 선형회귀모델에 대입시켜 방전용량(Cn)을 추정한다.The discharge capacity estimation unit (140) configures the correlation between the internal resistance (Ri) and the discharge capacity (Cn) as a linear regression model. At this time, the discharge capacity estimation unit (140) estimates the discharge capacity (Cn) by inputting the internal resistance (Ri) of the battery measured in real time by the internal resistance measurement unit (180) into the configured linear regression model.

방전용량 추정부(140)는 미소용량 및 내부저항을 인자로 포함하는 선형회귀모델을 이용하여 방전용량을 추정할 수도 있다. 방전용량 추정부(140)는 실험데이터에 따라 미소용량과 내부저항이 상호 연관되도록 선형회귀모델을 구성할 수도 있고, 상호 독립적으로 선형회귀모델을 구성할 수도 있다.The discharge capacity estimation unit (140) may estimate the discharge capacity using a linear regression model that includes microcapacitance and internal resistance as factors. The discharge capacity estimation unit (140) may configure a linear regression model so that microcapacitance and internal resistance are mutually related according to experimental data, or may configure the linear regression model independently of each other.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 상태 모니터링 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 13 및 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 상태 모니터링 방법을 설명하기 위한 도면이다.Hereinafter, a battery status monitoring method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. FIG. 13 and FIG. 14 are drawings for explaining a battery status monitoring method according to an embodiment of the present invention.

도 13 및 도 14를 참조하면, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 배터리의 충방전전류 및 단자전압을 모니터링한다(S110).Referring to FIGS. 13 and 14, the battery status monitoring device (100) monitors the charge/discharge current and terminal voltage of the battery (S110).

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 방전용량을 인자로 사용하는 SOC(state-of-charge) 함수를 이용하여 충전 상태(SOC)를 추정한다(S120).The battery condition monitoring device (100) estimates the state of charge (SOC) using a state-of-charge (SOC) function that uses discharge capacity as a factor (S120).

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 측정한 단자전압에 대해 미리 설정된 범위에서 충방전전류를 누적하여 미소용량을 측정한다(S130). 이때, 미소용량의 범위에서 충방전전류는 일정한 크기 혹은 일정 편차 이내의 크기를 가질 수 있다. 이에, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 충방전전류의 크기에 따라 미소용량의 범위를 다르게 설정할 수 있다.The battery condition monitoring device (100) measures the micro-capacity by accumulating the charge/discharge current within a preset range for the measured terminal voltage (S130). At this time, the charge/discharge current in the micro-capacity range may have a constant size or a size within a certain deviation. Accordingly, the battery condition monitoring device (100) may set the micro-capacity range differently depending on the size of the charge/discharge current.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 측정한 미소용량을 인자로 사용하여 방전용량을 산출하는 선형회귀모델을 이용하여 방전용량을 추정한다(S140).The battery condition monitoring device (100) estimates the discharge capacity using a linear regression model that calculates the discharge capacity by using the measured microcapacity as a factor (S140).

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 추정된 방전용량으로 배터리의 열화를 판단한다(S150). 이때, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 모니터링한 충방전전류 및 단자전압을 이용하여 측정한 미소용량과 전체 용량을 선형회귀모델에 적용하고 미소용량을 통해 방전용량을 추정하여 배터리의 열화를 판단한다.The battery condition monitoring device (100) determines the deterioration of the battery using the estimated discharge capacity (S150). At this time, the battery condition monitoring device (100) applies the measured micro-capacity and total capacity using the monitored charge/discharge current and terminal voltage to a linear regression model, and estimates the discharge capacity using the micro-capacity to determine the deterioration of the battery.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 SOC 함수를 업데이트하여 배터리의 충전 상태를 보정한다(S160). 이때, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 충방전전류를 시간에 대하여 누적한 값을 추정된 방전용량을 이용하여 SOC 함수를 보정한다. The battery condition monitoring device (100) updates the SOC function to correct the charging state of the battery (S160). At this time, the battery condition monitoring device (100) corrects the SOC function by using the estimated discharge capacity and the accumulated value of the charge/discharge current over time.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 상태 모니터링 방법의 SOC 추정 및 보정 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 상태 모니터링 방법의 SOC 추정 및 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.Hereinafter, the SOC estimation and correction method of the battery condition monitoring method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. FIG. 15 is a flowchart for explaining the SOC estimation and correction method of the battery condition monitoring method according to an embodiment of the present invention.

도 15를 참조하면, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 배터리의 충방전 전류 및 단자 전압을 모니터링한다(S210). 이때, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 충방전전류 측정을 위한 전류 센서 및 단자 전압 측정을 위한 전압 센서를 포함한다. 즉, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 전류 센서를 이용하여 배터리로 유출입되는 충방전전류를 측정하고, 전압 센서를 이용하여 배터리의 단자 전압을 측정한다.Referring to FIG. 15, the battery status monitoring device (100) monitors the charge/discharge current and terminal voltage of the battery (S210). At this time, the battery status monitoring device (100) includes a current sensor for measuring the charge/discharge current and a voltage sensor for measuring the terminal voltage. That is, the battery status monitoring device (100) measures the charge/discharge current flowing into and out of the battery using the current sensor, and measures the terminal voltage of the battery using the voltage sensor.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 방전용량을 인자로 사용하는 SOC 함수를 이용하여 배터리의 충전 상태를 추정한다(S220). 이때, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 방전용량을 인자로 사용하는 SOC 함수를 이용하여 배터리의 충전 상태를 추정한다. 여기서, SOC 함수는 충방전전류를 시간에 대하여 누적한 값을 방전용량으로 나누어서 계산하는 전류적산함수일 수 있다.The battery condition monitoring device (100) estimates the state of charge of the battery by using the SOC function that uses the discharge capacity as a factor (S220). At this time, the battery condition monitoring device (100) estimates the state of charge of the battery by using the SOC function that uses the discharge capacity as a factor. Here, the SOC function may be a current accumulation function that calculates by dividing the value of the charge/discharge current accumulated over time by the discharge capacity.

한편, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 OCV 함수로 구성된 SOC 함수를 이용하여 배터리의 충전 상태를 추정할 수도 있다. 이때, SOCV 함수는 방전용량에 따라 다른 OCV 커브를 포함한다.Meanwhile, the battery condition monitoring device (100) can also estimate the state of charge of the battery by using the SOC function composed of the OCV function. At this time, the SOCV function includes different OCV curves depending on the discharge capacity.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 미소용량을 측정한다(S230). 즉, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 단자 전압에 대해 미리 설정된 범위(즉, 전압 범위)에서 충방전전류를 누적하여 미소용량을 측정한다. 이때, 전압 범위 내에서의 충방전전류는 일정한 크기 혹은 일정 편차 이내의 크기를 가질 수 있다. 이에, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 미소용량을 측정을 위한 전압 범위를 충방전전류의 크기에 따라 다르게 설정할 수 있다.The battery condition monitoring device (100) measures microcapacity (S230). That is, the battery condition monitoring device (100) measures microcapacity by accumulating charge and discharge current within a preset range (i.e., voltage range) for terminal voltage. At this time, the charge and discharge current within the voltage range may have a constant size or a size within a constant deviation. Accordingly, the battery condition monitoring device (100) may set the voltage range for measuring microcapacity differently depending on the size of the charge and discharge current.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 S230 단계에서 측정한 미소용량 및 선형회귀모델을 이용하여 방전용량을 추정한다(S240). 즉, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 미소용량을 인자로 사용하여 방전용량을 산출하는 선형회귀모델을 이용하여 방전용량을 추정한다.The battery condition monitoring device (100) estimates the discharge capacity using the microcapacity measured in step S230 and the linear regression model (S240). That is, the battery condition monitoring device (100) estimates the discharge capacity using a linear regression model that calculates the discharge capacity using the microcapacity as a factor.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 S240 단계에서 추정한 방전용량을 이용하여 SOC 함수를 업데이트한다(S250). 이후, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 S210 단계 내지 S250 단계를 지속적으로 반복하여 배터리의 충전 상태를 지속적으로 추정한다.The battery condition monitoring device (100) updates the SOC function using the discharge capacity estimated in step S240 (S250). Thereafter, the battery condition monitoring device (100) continuously estimates the state of charge of the battery by continuously repeating steps S210 to S250.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 상태 모니터링 방법의 SOH 추정 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 상태 모니터링 방법의 SOH 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.Hereinafter, the SOH estimation method of the battery condition monitoring method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. FIG. 16 is a flowchart for explaining the SOH estimation method of the battery condition monitoring method according to an embodiment of the present invention.

도 16을 참조하면, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 배터리의 충방전 전류 및 단자 전압을 모니터링한다(S310). 이때, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 충방전전류 측정을 위한 전류 센서 및 단자 전압 측정을 위한 전압 센서를 포함한다. 즉, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 전류 센서를 이용하여 배터리로 유출입되는 충방전전류를 측정하고, 전압 센서를 이용하여 배터리의 단자 전압을 측정한다.Referring to FIG. 16, the battery status monitoring device (100) monitors the charge/discharge current and terminal voltage of the battery (S310). At this time, the battery status monitoring device (100) includes a current sensor for measuring the charge/discharge current and a voltage sensor for measuring the terminal voltage. That is, the battery status monitoring device (100) measures the charge/discharge current flowing into and out of the battery using the current sensor, and measures the terminal voltage of the battery using the voltage sensor.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 배터리의 초기 상태의 방전용량인 초기방전용량을 측정한다(S320). 즉, 초기방전용량의 측정은 방전용량에 대한 정의에 따라 진행될 수 있다. 초기방전용량에 대한 측정은 배터리 상태 모니터링 장치(100) 이외의 다른 장치(예를 들어, 공장에서의 테스트장비)에 의해 수행될 수 있는데, 이때, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 적절한 입력장치에 의해 다른 장치로부터 초기방전용량에 대한 값을 입력받아 저장한다.The battery condition monitoring device (100) measures the initial discharge capacity, which is the discharge capacity of the initial state of the battery (S320). That is, the measurement of the initial discharge capacity can be performed according to the definition of the discharge capacity. The measurement of the initial discharge capacity can be performed by a device other than the battery condition monitoring device (100) (e.g., a test device in a factory). In this case, the battery condition monitoring device (100) receives the value of the initial discharge capacity from the other device by an appropriate input device and stores it.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 미소용량을 측정한다(S330). 즉, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 단자 전압에 대해 미리 설정된 범위(즉, 전압 범위)에서 충방전전류를 누적하여 미소용량을 측정한다. 이때, 전압 범위 내에서의 충방전전류는 일정한 크기 혹은 일정 편차 이내의 크기를 가질 수 있다. 이에, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 미소용량을 측정을 위한 전압 범위를 충방전전류의 크기에 따라 다르게 설정할 수 있다.The battery condition monitoring device (100) measures microcapacity (S330). That is, the battery condition monitoring device (100) measures microcapacity by accumulating charge and discharge current within a preset range (i.e., voltage range) for terminal voltage. At this time, the charge and discharge current within the voltage range may have a constant size or a size within a constant deviation. Accordingly, the battery condition monitoring device (100) may set the voltage range for measuring microcapacity differently depending on the size of the charge and discharge current.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 S330 단계에서 측정한 미소용량 및 선형회귀모델을 이용하여 현재 상태의 방전용량인 현재방전용량을 추정한다(S340). 즉, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 미소용량을 인자로 사용하여 방전용량을 산출하는 선형회귀모델을 이용하여 방전용량을 추정한다.The battery condition monitoring device (100) estimates the current discharge capacity, which is the discharge capacity in the current state, using the microcapacity measured in step S330 and the linear regression model (S340). That is, the battery condition monitoring device (100) estimates the discharge capacity using a linear regression model that calculates the discharge capacity using the microcapacity as a factor.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 초기방전용량 및 현재방전용량을 이용하여 배터리의 열화 상태를 추정한다(S350). 즉, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 S340 단계에서 추정한 현재방전용량을 S320 단계에서 측정한 초기방전용량에 대비시켜 배터리의 열화 상태를 추정한다.The battery condition monitoring device (100) estimates the deterioration state of the battery using the initial discharge capacity and the current discharge capacity (S350). That is, the battery condition monitoring device (100) estimates the deterioration state of the battery by comparing the current discharge capacity estimated in step S340 with the initial discharge capacity measured in step S320.

한편, 도 16에서 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 S330 단계에서 미소용량을 측정할 수 없을 경우 내부저항을 사용하여 방전용량을 추정할 수도 있다.Meanwhile, in Fig. 16, the battery condition monitoring device (100) may estimate the discharge capacity using internal resistance if it is unable to measure the microcapacity at step S330.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 내부저항(Ri)과 방전용량(Cn) 사이의 상관관계(도 17 내지 도 20 참조)를 선형회귀모델로 구성한다. 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 배터리에서 실시간으로 측정되는 내부저항(Ri)을 구성한 선형회귀모델에 대입시켜 방전용량(Cn)을 추정한다. 이때, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 미소용량과 내부저항을 모두 인자로 포함하는 선형회귀모델을 이용하여 방전용량을 추정한다. 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 실험데이터에 따라 미소용량과 내부저항이 상호 연관되도록 선형회귀모델을 구성할 수도 있고, 상호 독립적으로 선형회귀모델을 구성할 수도 있다.The battery condition monitoring device (100) configures a linear regression model for the correlation between the internal resistance (Ri) and the discharge capacity (Cn) (see FIGS. 17 to 20). The battery condition monitoring device (100) estimates the discharge capacity (Cn) by inputting the internal resistance (Ri) measured in real time from the battery into the configured linear regression model. At this time, the battery condition monitoring device (100) estimates the discharge capacity using a linear regression model that includes both the microcapacity and the internal resistance as factors. The battery condition monitoring device (100) may configure a linear regression model so that the microcapacity and the internal resistance are mutually correlated according to experimental data, or may configure the linear regression model independently of each other.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 스텝전류를 통해 내부저항을 측정할 수 있다. 스텝전류는 크기가 변하기 직전의 일정 구간과 직후의 일정 구간에서 직류의 성질을 가질 수 있다. 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 이러한 스텝전류의 특성에 따라 배터리 회로모델(도 6을 참조)에서 인덕터, 전기이중층 및 확산층을 제외하고 내부저항 만을 측정할 수 있다.The battery condition monitoring device (100) can measure internal resistance through a step current. The step current can have the characteristics of a direct current in a certain section immediately before and after the size changes. The battery condition monitoring device (100) can measure only the internal resistance, excluding the inductor, electric double layer, and diffusion layer in the battery circuit model (see FIG. 6), according to the characteristics of this step current.

도 21에 도시된 바와 같이, 선형회귀모형을 적용한 내부저항을 통해 추정된 방전용량의 추정 오차를 나타낸다. 방전용량은 열화 상태를 나타내는 지표로 사용될 수 있어 이의 오차는 열화 상태를 판단의 오차와 같다. As shown in Figure 21, the estimated error of the discharge capacity estimated through the internal resistance applied to the linear regression model is shown. The discharge capacity can be used as an indicator of the deterioration state, so its error is the same as the error in judging the deterioration state.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 상태 모니터링 방법의 변형 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 상태 모니터링 방법의 변형 예를 설명하기 위한 흐름도이다.Hereinafter, a modified example of a battery status monitoring method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. FIG. 22 is a flowchart for explaining a modified example of a battery status monitoring method according to an embodiment of the present invention.

도 22를 참조하면, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 배터리의 충방전전류 및 단자전압을 모니터링할 수 있다(S410). 이때, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 충방전전류 측정을 위한 전류 센서 및 단자 전압 측정을 위한 전압 센서를 포함한다. 즉, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 전류 센서를 이용하여 배터리로 유출입되는 충방전전류를 측정하고, 전압 센서를 이용하여 배터리의 단자 전압을 측정한다.Referring to FIG. 22, the battery status monitoring device (100) can monitor the charge/discharge current and terminal voltage of the battery (S410). At this time, the battery status monitoring device (100) includes a current sensor for measuring the charge/discharge current and a voltage sensor for measuring the terminal voltage. That is, the battery status monitoring device (100) measures the charge/discharge current flowing into and out of the battery using the current sensor, and measures the terminal voltage of the battery using the voltage sensor.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 방전용량을 인자로 사용하는 SOC 함수를 이용하여 배터리의 충전 상태를 추정한다(S420). 이때, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 방전용량을 인자로 사용하는 SOC 함수를 이용하여 배터리의 충전 상태를 추정한다. 여기서, SOC 함수는 충방전전류를 시간에 대하여 누적한 값을 방전용량으로 나누어서 계산하는 전류적산함수일 수 있다.The battery condition monitoring device (100) estimates the state of charge of the battery by using the SOC function that uses the discharge capacity as a factor (S420). At this time, the battery condition monitoring device (100) estimates the state of charge of the battery by using the SOC function that uses the discharge capacity as a factor. Here, the SOC function may be a current accumulation function that calculates by dividing the value of the charge/discharge current accumulated over time by the discharge capacity.

한편, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 OCV 함수로 구성된 SOC 함수를 이용하여 배터리의 충전 상태를 추정할 수도 있다. 이때, SOCV 함수는 방전용량에 따라 다른 OCV 커브를 포함한다.Meanwhile, the battery condition monitoring device (100) can also estimate the state of charge of the battery by using the SOC function composed of the OCV function. At this time, the SOCV function includes different OCV curves depending on the discharge capacity.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 단자전압에 대해 미리 설정된 범위(즉, 전압 범위)에서 충방전전류를 누적하여 미소용량을 측정한다(S430). 즉, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 단자 전압에 대해 미리 설정된 범위(즉, 전압 범위)에서 충방전전류를 누적하여 미소용량을 측정한다. 이때, 전압 범위 내에서의 충방전전류는 일정한 크기 혹은 일정 편차 이내의 크기를 가질 수 있다. 이에, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 미소용량을 측정을 위한 전압 범위를 충방전전류의 크기에 따라 다르게 설정할 수 있다.The battery condition monitoring device (100) measures microcapacity by accumulating charge and discharge current in a preset range (i.e., voltage range) for the terminal voltage (S430). That is, the battery condition monitoring device (100) measures microcapacity by accumulating charge and discharge current in a preset range (i.e., voltage range) for the terminal voltage. At this time, the charge and discharge current within the voltage range may have a constant size or a size within a constant deviation. Accordingly, the battery condition monitoring device (100) may set the voltage range for measuring microcapacity differently depending on the size of the charge and discharge current.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 내부저항을 측정한다(S440). 이때, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 스텝전류에서의 크기의 변화량과 이에 따른 단자전압의 변화량을 이용하여 내부저항을 측정한다.The battery status monitoring device (100) measures internal resistance (S440). At this time, the battery status monitoring device (100) measures internal resistance using the amount of change in the size of the step current and the amount of change in the terminal voltage according to it.

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 미소용량 및 내부저항을 인자로 사용하여 방전용량을 산출하는 선형회귀모델에 추정 혹은 측정된 미소용량 및 내부저항을 적용하여 방전용량을 추정한다(S450).The battery condition monitoring device (100) estimates the discharge capacity by applying the estimated or measured micro-capacity and internal resistance to a linear regression model that calculates the discharge capacity using the micro-capacity and internal resistance as factors (S450).

배터리 상태 모니터링 장치(100)는 추정된 방전용량으로 SOC 함수를 업데이트하고, 열화 상태를 추정한다(S910). 이를 통해, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 보다 높은 정확도를 가지는 배터리의 충전 상태를 실시간으로 추정할 수 있. 또한, 배터리 상태 모니터링 장치(100)는 배터리의 노화를 반영한 열화 상태를 보다 정확하게 추정할 수 있다.The battery condition monitoring device (100) updates the SOC function with the estimated discharge capacity and estimates the deterioration state (S910). Through this, the battery condition monitoring device (100) can estimate the state of charge of the battery with higher accuracy in real time. In addition, the battery condition monitoring device (100) can estimate the deterioration state reflecting the aging of the battery more accurately.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, it is understood that various modifications may be made, and that those skilled in the art will be able to make various modifications and variations without departing from the scope of the claims of the present invention.

10: 배터리 20: 부하
30: 충전기 100: 배터리 상태 모니터링 장치
110: 저장부 120: 취득부
130: 미소용량 측정부 140: 방전용량 추정부
150: SOC 추정부 160: SOC 갱신부
170: SOH 추정부 180: 내부저항 측정부
10: Battery 20: Load
30: Charger 100: Battery status monitoring device
110: Storage section 120: Acquisition section
130: Micro-capacity measuring section 140: Discharge capacity estimation section
150: SOC Estimation Section 160: SOC Renewal Section
170: SOH estimation section 180: Internal resistance measurement section

Claims (20)

배터리의 충전 상태 추정을 위한 SOC 함수를 저장하는 저장부;
상기 배터리의 충방전전류 및 단자 전압을 취득하는 취득부;
상기 취득부에서 취득한 단자 전압을 근거로 상기 배터리의 미소용량을 측정하는 미소용량 측정부;
상기 미소용량 측정부에서 측정한 미소용량 및 선형회귀모델을 이용하여 상기 배터리의 방전용량을 추정하는 방전용량 추정부;
상기 SOC 함수 및 상기 방전용량 추정부에서 추정한 방전용량을 근거로 상기 배터리의 충전 상태를 추정하는 SOC 추정부; 및
상기 방전용량 추정부에서 추정한 방전용량을 근거로 상기 저장부에 저장된 상기 SOC 함수를 갱신하는 SOC 갱신부를 포함하는 배터리 상태 모니터링 장치.
A storage unit that stores the SOC function for estimating the state of charge of the battery;
An acquisition unit that acquires the charge/discharge current and terminal voltage of the above battery;
A micro-capacity measuring unit for measuring the micro-capacity of the battery based on the terminal voltage acquired from the above acquisition unit;
A discharge capacity estimation unit that estimates the discharge capacity of the battery using the micro-capacity measured by the micro-capacity measuring unit and a linear regression model;
A SOC estimation unit that estimates the state of charge of the battery based on the discharge capacity estimated by the SOC function and the discharge capacity estimation unit; and
A battery status monitoring device including a SOC update unit that updates the SOC function stored in the storage unit based on the discharge capacity estimated by the discharge capacity estimation unit.
제1항에 있어서,
상기 저장부는 배터리의 초기 충전 상태, 충방전전류 및 방전용량을 인자로 포함하는 적류적산함수, 및 충방전전류가 제로인 상태로 설정 시간 지속된 후에 배터리의 단자 전압인 오픈 서킷 볼티지 함수 중 하나를 SOC 함수로 저장하는 배터리 상태 모니터링 장치.
In the first paragraph,
The above storage unit is a battery state monitoring device that stores one of a storage function including an initial charge state of the battery, a charge/discharge current, and a discharge capacity as factors, and an open circuit voltage function, which is a terminal voltage of the battery after the charge/discharge current is in a state of zero for a set period of time, as a SOC function.
제1항에 있어서,
상기 미소용량 측정부는 상기 취득부에서 취득한 단자 전압에 대해 미리 설정된 전압 범위에서 상기 취득부에서 취득한 충방전전류를 누적시켜 미소용량을 측정하는 배터리 상태 모니터링 장치.
In the first paragraph,
The above micro-capacity measuring unit is a battery status monitoring device that measures micro-capacity by accumulating the charge/discharge current acquired from the acquisition unit in a preset voltage range for the terminal voltage acquired from the acquisition unit.
제3항에 있어서,
상기 미소용량 측정부는 상기 충방전전류의 크기를 근거로 상기 전압 범위를 가변하는 배터리 상태 모니터링 장치.
In the third paragraph,
The above microcapacity measuring unit is a battery status monitoring device that varies the voltage range based on the size of the charge/discharge current.
제3항에 있어서,
상기 충방전전류는 상기 미소용량의 측정시 오차범위 이내에서 고정 값을 갖는 배터리 상태 모니터링 장치.
In the third paragraph,
The above charging/discharging current is a battery status monitoring device having a fixed value within the error range when measuring the microcapacity.
제1항에 있어서,
상기 저장부는 상기 배터리의 열화 상태 추정을 위한 SOH 함수를 더 저장하고,
상기 SOH 함수는 상기 배터리의 초기방전용량 및 현재방전용량을 인자로 포함하는 배터리 상태 모니터링 장치.
In the first paragraph,
The above storage unit further stores an SOH function for estimating the deterioration state of the battery,
The above SOH function is a battery condition monitoring device that includes the initial discharge capacity and the current discharge capacity of the battery as factors.
제1항에 있어서,
상기 저장부에 저장된 SOH 함수를 근거로 상기 배터리의 열화 상태를 추정하는 SOH 추정부를 더 포함하는 배터리 상태 모니터링 장치.
In the first paragraph,
A battery condition monitoring device further comprising an SOH estimation unit that estimates the deterioration state of the battery based on the SOH function stored in the storage unit.
제7항에 있어서,
상기 SOH 추정부는 상기 방전용량 추정부에서 추정한 상기 배터리의 방전용량 중에서 초기방전용량 및 현재방전용량을 상기 SOH 함수에 대입하여 상기 배터리의 열화 상태를 추정하는 배터리 상태 모니터링 장치.
In Article 7,
The above SOH estimation unit is a battery condition monitoring device that estimates the deterioration state of the battery by substituting the initial discharge capacity and the current discharge capacity among the discharge capacities of the battery estimated by the discharge capacity estimation unit into the SOH function.
제1항에 있어서,
상기 배터리의 스텝전류 및 단자전압의 변화량을 근거로 상기 배터리의 내부저항을 측정하는 내부저항 측정부를 더 포함하는 배터리 상태 모니터링 장치.
In the first paragraph,
A battery status monitoring device further comprising an internal resistance measuring unit that measures the internal resistance of the battery based on the amount of change in the step current and terminal voltage of the battery.
제9항에 있어서,
상기 방전용량 추정부는 상기 내부저항 측정부에서 측정한 내부저항 및 선형회귀모델을 근거로 상기 배터리의 방전용량을 추정하는 배터리 상태 모니터링 장치.
In Article 9,
The above discharge capacity estimation unit is a battery status monitoring device that estimates the discharge capacity of the battery based on the internal resistance measured by the internal resistance measurement unit and a linear regression model.
배터리 상태 모니터링 장치를 이용한 배터리 상태 모니터링 방법에 있어서,
배터리의 충방전전류 및 단자 전압을 취득하는 단계;
상기 취득하는 단계에서 취득한 단자 전압을 근거로 상기 배터리의 미소용량을 측정하는 단계;
상기 미소용량을 측정하는 단계에서 측정한 미소용량 및 선형회귀모델을 이용하여 상기 배터리의 방전용량을 추정하는 단계;
기저장된 SOC 함수 및 상기 방전용량을 추정하는 단계에서 추정한 방전용량을 근거로 상기 배터리의 충전 상태를 추정하는 단계; 및
상기 방전용량을 추정부하는 단계에서 추정한 방전용량을 근거로 상기 SOC 함수를 갱신하는 단계를 포함하는 배터리 상태 모니터링 방법.
In a battery status monitoring method using a battery status monitoring device,
Step of acquiring the charge/discharge current and terminal voltage of the battery;
A step of measuring the micro-capacity of the battery based on the terminal voltage acquired in the above acquiring step;
A step of estimating the discharge capacity of the battery using the measured microcapacity and the linear regression model in the step of measuring the microcapacity;
A step of estimating the state of charge of the battery based on the stored SOC function and the discharge capacity estimated in the step of estimating the discharge capacity; and
A battery condition monitoring method including a step of updating the SOC function based on the discharge capacity estimated in the step of estimating the discharge capacity.
제11항에 있어서,
상기 SOC 함수는 배터리의 초기 충전 상태, 충방전전류 및 방전용량을 인자로 포함하는 적류적산함수, 및 충방전전류가 제로인 상태로 설정 시간 지속된 후에 배터리의 단자 전압인 오픈 서킷 볼티지 함수 중 하나의 함수인 배터리 상태 모니터링 방법.
In Article 11,
A battery state monitoring method wherein the above SOC function is a function of one of an accumulation function including the initial charge state of the battery, charge/discharge current, and discharge capacity as factors, and an open circuit voltage function which is the terminal voltage of the battery after the charge/discharge current is in a state of zero for a set time.
제11항에 있어서,
상기 미소용량을 측정하는 단계에서는 상기 취득하는 단계에서 취득한 단자 전압에 대해 미리 설정된 전압 범위에서 상기 취득하는 단계에서 취득한 충방전전류를 누적시켜 미소용량을 측정하는 배터리 상태 모니터링 방법.
In Article 11,
A battery status monitoring method in which, in the step of measuring the microcapacity, the charge/discharge current acquired in the step of acquiring is accumulated in a preset voltage range for the terminal voltage acquired in the step of acquiring, thereby measuring the microcapacity.
제13항에 있어서,
상기 미소용량을 측정하는 단계는 상기 충방전전류의 크기를 근거로 상기 전압 범위를 가변하는 단계를 포함하는 배터리 상태 모니터링 방법.
In Article 13,
A battery condition monitoring method, wherein the step of measuring the microcapacity includes a step of varying the voltage range based on the size of the charge/discharge current.
제13항에 있어서,
상기 충방전전류는 상기 미소용량의 측정시 오차범위 이내에서 고정 값을 갖는 배터리 상태 모니터링 방법.
In Article 13,
A battery status monitoring method in which the above charge/discharge current has a fixed value within the error range when measuring the microcapacity.
제11항에 있어서,
SOH 함수를 근거로 상기 배터리의 열화 상태를 추정하는 단계를 더 포함하는 배터리 상태 모니터링 방법.
In Article 11,
A battery condition monitoring method further comprising a step of estimating a deterioration state of the battery based on an SOH function.
제16항에 있어서,
상기 SOH 함수는 상기 배터리의 초기방전용량 및 현재방전용량을 인자로 포함하는 배터리 상태 모니터링 방법.
In Article 16,
The above SOH function is a battery condition monitoring method including the initial discharge capacity and the current discharge capacity of the battery as factors.
제16항에 있어서,
상기 열화 상태를 추정하는 단계에서는 상기 방전용량을 추정하는 단계에서 추정한 상기 배터리의 방전용량 중에서 초기방전용량 및 현재방전용량을 상기 SOH 함수에 대입하여 상기 배터리의 열화 상태를 추정하는 배터리 상태 모니터링 방법.
In Article 16,
A battery condition monitoring method in which, in the step of estimating the deterioration state, the deterioration state of the battery is estimated by substituting the initial discharge capacity and the current discharge capacity among the discharge capacities of the battery estimated in the step of estimating the discharge capacity into the SOH function.
제11항에 있어서,
상기 배터리의 스텝전류 및 단자전압의 변화량을 근거로 상기 배터리의 내부저항을 측정하는 단계를 더 포함하는 배터리 상태 모니터링 방법.
In Article 11,
A battery status monitoring method further comprising a step of measuring the internal resistance of the battery based on the amount of change in the step current and terminal voltage of the battery.
제19항에 있어서,
상기 방전용량을 추정하는 단계에서는 상기 내부저항을 측정하는 단계에서 측정한 내부저항 및 선형회귀모델을 근거로 상기 배터리의 방전용량을 추정하는 배터리 상태 모니터링 방법.
In Article 19,
A battery status monitoring method for estimating the discharge capacity in the step of estimating the discharge capacity of the battery based on the internal resistance measured in the step of measuring the internal resistance and a linear regression model.
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