KR102805837B1 - Method and apparatus for estimating a state of battery - Google Patents
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Abstract
배터리 상태 추정 방법 및 장치가 개시된다. 개시된 배터리 상태 추정 방법은 배터리의 측정 전압을 획득하는 단계, 상기 배터리의 내부 상태를 나타내며, 상기 배터리에 관한 열화 파라미터를 포함하는 전기화학 모델로부터 상기 배터리의 추정 전압을 획득하는 단계, 상기 측정 전압 및 상기 추정 전압을 이용하여 상기 배터리의 열화 변화량을 추정하는 단계, 상기 열화 변화량을 이용하여 상기 열화 파라미터를 업데이트하는 단계 및 상기 업데이트된 열화 파라미터가 적용된 전기화학 모델을 이용하여, 상기 배터리의 상태 정보를 추정하는 단계를 포함한다.A method and device for estimating a battery state are disclosed. The disclosed battery state estimation method includes a step of obtaining a measured voltage of a battery, a step of obtaining an estimated voltage of the battery from an electrochemical model representing an internal state of the battery and including deterioration parameters regarding the battery, a step of estimating a deterioration change amount of the battery using the measured voltage and the estimated voltage, a step of updating the deterioration parameter using the deterioration change amount, and a step of estimating state information of the battery using an electrochemical model to which the updated deterioration parameter is applied.
Description
아래 실시예들은 배터리 상태 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.The following embodiments relate to a method and device for estimating a battery state.
배터리의 운용을 위해 배터리의 상태가 추정될 수 있으며, 이러한 배터리의 상태를 추정하는 방법은 다양하다. 일례로, 배터리의 상태는 해당 배터리의 전류를 적산하여 추정되거나 배터리 모델(예를 들어, 전기회로 모델)을 이용하여 추정될 수 있다.In order to operate the battery, the state of the battery can be estimated, and there are various methods for estimating the state of the battery. For example, the state of the battery can be estimated by integrating the current of the battery or by using a battery model (e.g., an electric circuit model).
고속 충전, 고속 방전, 저온 또는 고온 환경 등 열화가 가속화되는 운용 환경에 배터리의 노출 빈도가 증가될수록 배터리의 열화 상태를 반영하여 배터리의 상태 정보를 예측할 필요성이 높아질 수 있다.As the frequency of exposure of batteries to operating environments that accelerate deterioration, such as fast charging, fast discharging, low-temperature or high-temperature environments, increases, the need to predict battery condition information by reflecting the deterioration status of the battery may increase.
일 실시예에 따른 프로세서에 의해 실행되는 배터리 상태 추정 방법은 배터리의 측정 전압을 획득하는 단계; 상기 배터리의 내부 상태를 나타내며, 상기 배터리에 관한 열화 파라미터를 포함하는 전기화학 모델로부터 상기 배터리의 추정 전압을 획득하는 단계; 상기 측정 전압 및 상기 추정 전압을 이용하여, 상기 배터리의 열화 변화량을 추정하는 단계; 상기 열화 변화량을 이용하여, 상기 열화 파라미터를 업데이트하는 단계; 및 상기 업데이트된 열화 파라미터가 적용된 전기화학 모델을 이용하여, 상기 배터리의 상태 정보를 추정하는 단계를 포함한다.A battery state estimation method executed by a processor according to one embodiment comprises the steps of: obtaining a measured voltage of a battery; obtaining an estimated voltage of the battery from an electrochemical model representing an internal state of the battery and including deterioration parameters regarding the battery; estimating a deterioration change amount of the battery using the measured voltage and the estimated voltage; updating the deterioration parameter using the deterioration change amount; and estimating state information of the battery using an electrochemical model to which the updated deterioration parameter is applied.
일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법에서 상기 열화 변화량을 추정하는 단계는 상기 배터리의 추정 전압과 상기 배터리의 측정 전압 간 응답 특성 차이를 이용하여 상기 열화 변화량을 추정할 수 있다.In a battery state estimation method according to one embodiment, the step of estimating the deterioration change amount can estimate the deterioration change amount by using the difference in response characteristics between the estimated voltage of the battery and the measured voltage of the battery.
일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법에서 상기 열화 변화량을 추정하는 단계는 상기 배터리의 상기 추정 전압의 변화량과 상기 측정 전압의 변화량 및 전류 변화량에 기초하여 저항 증가량을 결정하고, 상기 저항 증가량에 기초하여 음극 SEI 저항의 변화량을 상기 열화 변화량으로 결정할 수 있다.In a battery state estimation method according to one embodiment, the step of estimating the deterioration change amount may determine a resistance increase amount based on a change amount in the estimated voltage of the battery, a change amount in the measured voltage, and a change amount in current, and may determine a change amount in the negative SEI resistance as the deterioration change amount based on the resistance increase amount.
일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법에서 상기 열화 변화량을 추정하는 단계는 상기 배터리의 방전에 따른 상기 추정 전압의 응답 특성과 상기 측정 전압의 응답 특성 간 비율을 상기 열화 변화량으로 결정할 수 있다.In a battery state estimation method according to one embodiment, the step of estimating the deterioration change amount may determine the ratio between the response characteristic of the estimated voltage according to the discharge of the battery and the response characteristic of the measured voltage as the deterioration change amount.
일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법에서 상기 응답 특성들 간 비율은 상기 배터리의 사용 구간 내 두 지점들에서의 추정 전압들로부터 결정된 기울기 및 측정 전압들로부터 결정된 기울기 간 비율; 및 상기 배터리의 사용 구간 내 두 지점들 사이의 추정 전압들로부터 결정된 면적 및 측정 전압들로부터 결정된 면적 간 비율 중 어느 하나일 수 있다.In a battery state estimation method according to one embodiment, the ratio between the response characteristics may be any one of a ratio between a slope determined from estimated voltages at two points within the usage section of the battery and a slope determined from measured voltages; and a ratio between an area determined from estimated voltages and an area determined from measured voltages between two points within the usage section of the battery.
일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법에서 상기 배터리의 사용 구간 내 두 지점들은 상기 전기화학 모델에 대한 보정기의 오프 상태 구간의 시작점과 종료점에 해당하거나, 또는 상기 오프 상태 구간 내에서 상기 배터리의 전류 변화가 미리 정해진 제1 임계치 이하인 구간에 속할 수 있다.In a battery state estimation method according to one embodiment, two points within the usage section of the battery may correspond to a start point and an end point of an off-state section of a compensator for the electrochemical model, or may belong to a section in which a change in current of the battery is less than or equal to a first threshold value set in advance within the off-state section.
일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법에서 상기 열화 변화량을 추정하는 단계는 상기 전기화학 모델에 대한 보정기가 오프 상태로 제어되는 경우에 응답하여 상기 열화 변화량을 추정할 수 있다.In a battery state estimation method according to one embodiment, the step of estimating the deterioration change amount can estimate the deterioration change amount in response to a case where a compensator for the electrochemical model is controlled to an off state.
일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법은 상기 전기화학 모델에서 추정된 배터리의 상태 정보를 이용하여, 상기 전기화학 모델에 대한 보정기의 동작 상태를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.A battery state estimation method according to one embodiment may further include a step of controlling an operating state of a compensator for the electrochemical model by using state information of the battery estimated from the electrochemical model.
일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법에서 상기 동작 상태를 제어하는 단계는 상기 배터리의 상태 정보, 이온농도 및 활물질 용량 중 어느 하나가 미리 정해진 제2 임계치보다 크거나 미리 정해진 제1 범위에 속하는 경우에 응답하여 상기 보정기를 오프 상태로 제어할 수 있다.In a battery state estimation method according to one embodiment, the step of controlling the operating state can control the compensator to an off state in response to a case where any one of the state information, ion concentration, and active material capacity of the battery is greater than a predetermined second threshold or falls within a predetermined first range.
일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법에서 상기 동작 상태를 제어하는 단계는 상기 배터리의 음극 OCP의 변화가 미리 정해진 제3 임계치 이하이면서, 상기 배터리의 양극 OCP의 변화가 미리 정해진 제4 임계치 이상인 구간에 상기 배터리의 상태 정보, 이온농도 및 활물질 용량 중 어느 하나가 대응한다면, 상기 보정기를 오프 상태로 제어할 수 있다.In a battery state estimation method according to one embodiment, the step of controlling the operating state may control the compensator to an off state if any one of the state information, ion concentration, and active material capacity of the battery corresponds to a section in which a change in the negative OCP of the battery is lower than or equal to a predetermined third threshold and a change in the positive OCP of the battery is higher than or equal to a predetermined fourth threshold.
일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법에서 상기 열화 변화량을 추정하는 단계는 상기 보정기가 온 상태로 제어되는 경우에 응답하여, 상기 보정기에 의해 상기 상태 정보가 보정되는 정도를 상기 열화 변화량으로 결정할 수 있다.In a battery state estimation method according to one embodiment, the step of estimating the deterioration change amount can determine the degree to which the state information is corrected by the compensator as the deterioration change amount in response to the compensator being controlled to an on state.
일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법에서 상기 동작 상태를 제어하는 단계는 상기 배터리의 상태 정보, 이온농도 및 활물질 용량 중 어느 하나가 미리 정해진 제5 임계치보다 작거나 미리 정해진 제2 범위에 속하는 경우에 응답하여 상기 보정기를 온 상태로 제어할 수 있다.In a battery state estimation method according to one embodiment, the step of controlling the operating state can control the compensator to an on state in response to a case where any one of the state information, ion concentration, and active material capacity of the battery is less than a predetermined fifth threshold or falls within a predetermined second range.
일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법에서 상기 동작 상태를 제어하는 단계는 상기 배터리의 음극 OCP의 변화가 미리 정해진 제6 임계치 이상인 구간에 상기 배터리의 상태 정보, 이온농도 및 활물질 용량 중 어느 하나가 대응한다면, 상기 보정기를 온 상태로 제어할 수 있다.In a battery state estimation method according to one embodiment, the step of controlling the operating state may control the compensator to an on state if any one of the state information, ion concentration, and active material capacity of the battery corresponds to a section in which a change in the negative OCP of the battery is equal to or greater than a predetermined sixth threshold value.
일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법은 상기 열화 변화량을 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하고, 상기 열화 파라미터를 업데이트하는 단계는 상기 열화 파라미터에 대한 업데이트 조건에 도달되는 경우에 응답하여, 상기 메모리에 저장된 하나 이상의 열화 변화량을 이용하여 상기 열화 파라미터를 업데이트할 수 있다.A battery state estimation method according to one embodiment further includes a step of storing the deterioration change amount in a memory, and the step of updating the deterioration parameter can update the deterioration parameter using one or more deterioration change amounts stored in the memory in response to reaching an update condition for the deterioration parameter.
일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법에서 상기 업데이트 조건은 상기 배터리의 사이클 수, 누적 사용용량, 누적 사용시간 및 상기 메모리에 저장된 열화 변화량의 개수 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 따라 결정될 수 있다.In a battery state estimation method according to one embodiment, the update condition may be determined based on a combination of one or more of the number of cycles of the battery, the accumulated usage capacity, the accumulated usage time, and the number of deterioration changes stored in the memory.
일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법에서 상기 열화 파라미터는 상기 배터리에 대한 음극의 SEI 저항, 양극 활물질의 용량 및 전극 밸런스 시프트(electrode balance shift) 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다.In a battery state estimation method according to one embodiment, the degradation parameter may include one or a combination of two or more of the SEI resistance of the negative electrode for the battery, the capacity of the positive active material, and the electrode balance shift.
일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치는 배터리에 대응하는 전기화학 모델을 저장하는 메모리; 및 상기 배터리의 상태 정보를 추정하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 배터리의 측정 전압을 획득하고, 상기 배터리의 내부 상태를 나타내며, 상기 배터리에 관한 열화 파라미터를 포함하는 상기 전기화학 모델로부터 상기 배터리의 추정 전압을 획득하고, 상기 측정 전압 및 상기 추정 전압을 이용하여 상기 배터리의 열화 변화량을 추정하고, 상기 열화 변화량을 이용하여 상기 열화 파라미터를 업데이트하며, 상기 업데이트된 열화 파라미터가 적용된 전기화학 모델을 이용하여, 상기 배터리의 상태 정보를 추정한다.According to one embodiment, a battery state estimation device includes a memory storing an electrochemical model corresponding to a battery; and a processor estimating state information of the battery, wherein the processor obtains a measured voltage of the battery, obtains an estimated voltage of the battery from the electrochemical model representing an internal state of the battery and including a deterioration parameter regarding the battery, estimates a deterioration change amount of the battery using the measured voltage and the estimated voltage, updates the deterioration parameter using the deterioration change amount, and estimates the state information of the battery using the electrochemical model to which the updated deterioration parameter is applied.
일 실시예에 따른 모바일 기기는 디스플레이; 상기 디스플레이에 전력을 공급하는 배터리; 상기 배터리의 전기화학 모델을 저장하는 메모리; 및 상기 전기화학 모델을 이용하여 상기 배터리의 전압을 추정하는 프로세서를 포함한다.A mobile device according to one embodiment includes a display; a battery that supplies power to the display; a memory that stores an electrochemical model of the battery; and a processor that estimates a voltage of the battery using the electrochemical model.
일 실시예에 따른 모바일 기기에서 상기 디스플레이의 대각선 길이는 10cm 내지 70cm 일 수 있다.In one embodiment, the diagonal length of the display in the mobile device may be from 10 cm to 70 cm.
일 실시예에 따른 모바일 기기에서 상기 디스플레이의 대각선 길이는 50cm 이하일 수 있다.In one embodiment, the diagonal length of the display in the mobile device may be less than or equal to 50 cm.
일 실시예에 따른 모바일 기기에서 상기 배터리의 단위 셀 용량은 10Ah 이하일 수 있다.In one embodiment, the unit cell capacity of the battery in the mobile device may be 10 Ah or less.
일 실시예에 따른 모바일 기기에서 상기 프로세서는 MCU(micro controller unit)일 수 있다.In one embodiment, the processor in a mobile device may be a micro controller unit (MCU).
일 실시예에 따른 모바일 기기에서 상기 메모리에 포함된 휘발성 메모리의 용량은 단위 셀 기준 2 내지 8Kbyte일 수 있다.In one embodiment, the capacity of the volatile memory included in the memory in the mobile device may be 2 to 8 Kbytes per unit cell.
일 실시예에 따른 모바일 기기에서 상기 메모리에 포함된 비휘발성 메모리의 용량은 단위 셀 기준 20 내지 100Kbyte일 수 있다.In one embodiment, the capacity of the nonvolatile memory included in the memory in the mobile device may be 20 to 100 Kbytes per unit cell.
일 실시예에 따른 상기 모바일 기기는 PMIC(power management integrated circuit)을 더 포함하고, 상기 메모리와 상기 프로세서는 상기 PMIC에 포함될 수 있다.According to one embodiment, the mobile device further includes a power management integrated circuit (PMIC), and the memory and the processor may be included in the PMIC.
일 실시예에 따른 상기 모바일 기기는 PMIC를 더 포함하고, 상기 메모리와 상기 프로세서는 상기 PMIC에 포함되지 않는다.The mobile device according to one embodiment further comprises a PMIC, wherein the memory and the processor are not included in the PMIC.
일 실시예에 따른 상기 모바일 기기는 카메라를 더 포함하고, 상기 카메라는 상기 디스플레이를 바라보는 사용자를 촬영할 수 있도록 배치될 수 있다.The mobile device according to one embodiment further comprises a camera, wherein the camera can be positioned to capture a user looking at the display.
일 실시예에 따른 상기 모바일 기기는 커버를 더 포함하고, 상기 배터리, 메모리 및 프로세서는 상기 커버와 상기 디스플레이 사이에 배치될 수 있다.According to one embodiment, the mobile device further includes a cover, and the battery, memory and processor may be disposed between the cover and the display.
일 실시예에 따른 모바일 기기에서 상기 디스플레이는 사용자로부터 입력된 터치 제스처를 감지하는 터치스크린 디스플레이일 수 있다.In one embodiment, the display in the mobile device may be a touchscreen display that detects a touch gesture input from a user.
일 실시예에 따른 상기 모바일 기기는 외부 장치와 통신을 수행하는 통신부를 더 포함하고, 상기 통신부는 상기 외부 장치로부터 수신된 데이터를 상기 프로세서로 전달하거나, 상기 프로세서에 의해 처리된 데이터를 상기 외부 장치로 전송할 수 있다.According to one embodiment, the mobile device further includes a communication unit that performs communication with an external device, and the communication unit can transmit data received from the external device to the processor or transmit data processed by the processor to the external device.
일 실시예에 따른 상기 모바일 기기는 스피커를 더 포함하고, 상기 스피커는 상기 모바일 기기의 동작에 따른 사운드를 출력할 수 있도록 배치될 수 있다.According to one embodiment, the mobile device further includes a speaker, and the speaker can be arranged to output sound according to operation of the mobile device.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전기화학 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 측정 전압과 추정 전압 간 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 열화 파라미터인 음극의 SEI 저항을 업데이트하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 9는 일 실시예에 따른 열화 파라미터인 양극 활물질의 용량을 업데이트하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 보정기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12는 일 실시예에 따른 열화 파라미터인 전극 밸런스 시프트를 업데이트하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13는 일 실시예에 따른 배터리 상태를 추정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따라 메모리에 저장된 하나 이상의 열화 변화량을 이용하여 열화 파라미터를 업데이트하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 일 실시예에 따른 모바일 기기를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a drawing for explaining a battery system according to one embodiment.
Figure 2 is a drawing for explaining an electrochemical model according to one embodiment.
FIG. 3 is a diagram for explaining the difference between a measured voltage and an estimated voltage according to one embodiment.
FIG. 4 is a diagram for explaining a process of updating the SEI resistance of the cathode, which is a degradation parameter, according to one embodiment.
FIGS. 5 to 9 are diagrams for explaining a process of updating the capacity of a positive electrode active material, which is a deterioration parameter, according to one embodiment.
Fig. 10 is a drawing for explaining the operation of a compensator according to one embodiment.
FIGS. 11 and 12 are diagrams for explaining a process of updating an electrode balance shift, which is a deterioration parameter, according to one embodiment.
FIG. 13 is a diagram for explaining a process for estimating a battery state according to one embodiment.
FIG. 14 is a diagram for explaining a process of updating a degradation parameter using one or more degradation variation amounts stored in a memory according to one embodiment.
FIG. 15 is a drawing for explaining a battery state estimation device according to one embodiment.
FIG. 16 is a diagram for explaining a battery state estimation method according to one embodiment.
FIG. 17 is a drawing for explaining a mobile device according to one embodiment.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments are disclosed for illustrative purposes only and may be implemented in various forms. Accordingly, the actual implemented form is not limited to the specific embodiments disclosed, and the scope of the present disclosure includes modifications, equivalents, or alternatives included in the technical idea described in the embodiments.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Although the terms first or second may be used to describe various components, such terms should be construed only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.When it is said that a component is "connected" to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to that other component, but there may also be other components in between.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "has" and the like are intended to specify the presence of a described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof, but should be understood to not preclude the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and will not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless explicitly defined herein.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. In describing with reference to the attached drawings, identical components are given the same reference numerals regardless of the drawing numbers, and redundant descriptions thereof will be omitted.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a drawing for explaining a battery system according to one embodiment.
도 1을 참조하면, 배터리 시스템(100)은 배터리(110) 및 배터리 상태 추정 장치(120)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the battery system (100) includes a battery (110) and a battery state estimation device (120).
배터리(110)는 하나 이상의 배터리 셀, 배터리 모듈 또는 배터리 팩으로서, 충전 가능한 배터리일 수 있다.The battery (110) may be a rechargeable battery, including one or more battery cells, battery modules or battery packs.
배터리 상태 추정 장치(120)는 배터리(110)의 운용을 위해 배터리 상태를 추정하는 장치로서, 예를 들어, BMS(Battery Management System)을 포함할 수 있다. 배터리 상태 추정 장치(120)는 하나 이상의 센서를 이용하여 배터리(110)를 센싱하여 센싱 데이터를 수집한다. 예를 들어, 센싱 데이터는 전압 데이터, 전류 데이터 및/또는 온도 데이터를 포함할 수 있다. 실시예에 따라서는, 배터리 상태 추정 장치(120)는 센서를 포함하지 않고, 독립된 센서 또는 다른 장치로부터 센싱 데이터를 수신할 수도 있다.The battery state estimation device (120) is a device that estimates the battery state for operating the battery (110), and may include, for example, a BMS (Battery Management System). The battery state estimation device (120) senses the battery (110) using one or more sensors and collects sensing data. For example, the sensing data may include voltage data, current data, and/or temperature data. Depending on the embodiment, the battery state estimation device (120) may not include a sensor, and may receive sensing data from an independent sensor or another device.
배터리 상태 추정 장치(120)는 센싱 데이터에 기반하여 배터리(110)의 상태 정보를 추정하고, 그 결과를 출력할 수 있다. 상태 정보는, 예를 들어, SOC(State of Charge), RSOC(Relative State of Charge), SOH(State of Health) 및/또는 이상(abnormality) 상태 정보를 포함할 수 있다. 상태 정보를 추정할 때 이용되는 배터리 모델은 전기화학 모델(Electrochemical Model)이며, 이에 대해서는 도 2를 통해 후술한다.The battery state estimation device (120) can estimate state information of the battery (110) based on sensing data and output the result. The state information can include, for example, SOC (State of Charge), RSOC (Relative State of Charge), SOH (State of Health), and/or abnormality state information. The battery model used when estimating the state information is an electrochemical model, which will be described later with reference to FIG. 2.
배터리 상태 추정 장치(120)는 배터리(110)의 열화 상태를 배터리 모델에 반영하여, 배터리(110)의 열화 상태가 반영된 상태 정보를 추정할 수 있다.The battery status estimation device (120) can estimate status information reflecting the deterioration status of the battery (110) by reflecting the deterioration status of the battery (110) in the battery model.
배터리(110)의 열화 요소에는 단순 저항 성분의 증가뿐만 아니라, 양극 또는 음극의 활물질 양의 감소, 리튬-플레이팅(Li-plating)의 발생 등 다양한 요소가 있으며, 특히 배터리 사용자의 사용 패턴, 사용 환경에 따라 열화의 양상이 달라질 수 있다. 이를테면, 열화에 따라 배터리(110)의 용량 감소가 동일하더라도 열화된 배터리(110)의 내부 상태는 달라질 수 있다. 열화를 배터리 모델에 보다 정확하게 반영하기 위해서, 사용자에 따라 열화된 배터리의 응답 특성(예: 전압 등) 분석을 통해 추정된 배터리의 열화 파라미터를 배터리 모델에 업데이트할 수 있다.Deterioration factors of the battery (110) include not only an increase in a simple resistance component, but also a decrease in the amount of active material of the positive or negative electrode, occurrence of lithium plating, and various other factors. In particular, the aspect of deterioration may vary depending on the usage pattern and usage environment of the battery user. For example, even if the capacity decrease of the battery (110) is the same due to deterioration, the internal state of the deteriorated battery (110) may vary. In order to more accurately reflect deterioration in the battery model, the deterioration parameters of the battery estimated through analysis of the response characteristics (e.g., voltage, etc.) of the deteriorated battery depending on the user may be updated in the battery model.
이하, 도면들을 참조하여 배터리 상태 추정 장치(120)에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the battery status estimation device (120) will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 일 실시예에 따른 전기화학 모델을 설명하기 위한 도면이다.Figure 2 is a drawing for explaining an electrochemical model according to one embodiment.
도 2를 참조하면, 전기화학 모델은 배터리의 이온 농도, 전위 등 배터리의 내부 물리 현상을 모델링하여 배터리 잔량을 추정할 수 있다. 다시 말해, 전기화학 모델은 전극/전해질 계면에서 발생하는 전기화학 반응, 전극/전해질의 농도 및 전하 보존과 관련된 물리 보존식으로 표현될 수 있으며, 이를 위해 형상(예컨대, 두께, 반경 등), OCP(Open Circuit Potential), 물성치(예컨대, 전기전도도, 이온전도도, 확산계수 등) 등 다양한 모델 파라미터를 이용한다.Referring to Fig. 2, the electrochemical model can estimate the remaining battery capacity by modeling the internal physical phenomena of the battery, such as the ion concentration and potential of the battery. In other words, the electrochemical model can be expressed as a physical conservation equation related to the electrochemical reaction occurring at the electrode/electrolyte interface, the concentration of the electrode/electrolyte, and the conservation of charge, and for this purpose, various model parameters such as shape (e.g., thickness, radius, etc.), OCP (Open Circuit Potential), and physical properties (e.g., electrical conductivity, ionic conductivity, diffusion coefficient, etc.) are used.
전기화학 모델에서는 농도, 전위 등 여러 상태변수가 서로 커플링될 수 있다. 전기화학 모델에서 추정되는 배터리의 추정 전압(210)은 양극과 음극 양 끝의 전위차이며, 양극 및 음극의 이온 농도분포가 양극 및 음극의 전위에 영향을 준다(220). 또한, 양극 및 음극의 이온 평균농도가 전기화학 모델에서 배터리의 SOC(203)로 추정될 수 있다.In an electrochemical model, several state variables such as concentration and potential can be coupled to each other. The estimated voltage (210) of the battery estimated in the electrochemical model is the potential difference between the ends of the positive and negative electrodes, and the ion concentration distribution of the positive and negative electrodes affects the potential of the positive and negative electrodes (220). In addition, the average ion concentration of the positive and negative electrodes can be estimated as the SOC (203) of the battery in the electrochemical model.
이온 농도분포는 전극 내 이온 농도분포(240) 또는 전극 내 특정 위치에 존재하는 활물질 입자 내 이온 농도분포(250)를 나타낼 수 있다. 전극 내 이온 농도분포(240)는 전극 방향에 따라 위치하는 활물질 입자의 표면 이온 농도분포 또는 평균 이온 농도분포를 나타내며, 전극 방향은 전극의 일단(예컨대, 집전체에 인접한 경계)과 전극의 타단(예컨대, 분리막에 인접한 경계)을 잇는 방향을 나타낼 수 있다. 또한, 활물질 입자 내 이온 농도분포(250)는 활물질 입자 중심 방향에 따른 활물질 입자 내부의 이온 농도분포를 나타내며, 활물질 입자 중심 방향은 활물질 입자 중심과 활물질 입자 표면을 잇는 방향을 나타낼 수 있다.The ion concentration distribution may represent the ion concentration distribution (240) within the electrode or the ion concentration distribution (250) within active material particles present at a specific location within the electrode. The ion concentration distribution (240) within the electrode represents the surface ion concentration distribution or the average ion concentration distribution of active material particles positioned along the electrode direction, and the electrode direction may represent the direction connecting one end of the electrode (e.g., the boundary adjacent to the current collector) and the other end of the electrode (e.g., the boundary adjacent to the separator). In addition, the ion concentration distribution (250) within the active material particles represents the ion concentration distribution inside the active material particles along the direction of the center of the active material particles, and the direction of the center of the active material particles may represent the direction connecting the center of the active material particles and the surface of the active material particles.
도 10을 통해 설명할 보정기에 의해 센싱 전압과 추정 전압 간 전압차를 감소시키기 위해서는, 농도와 관련된 물리 보존을 유지시키면서 양극 및 음극 각각의 이온 농도분포를 이동시키고, 이동된 농도분포에 기초하여 양극 및 음극 각각의 전위를 도출하고, 도출된 양극 및 음극 각각의 전위에 따라 전압이 계산될 수 있다. 센싱 전압과 추정 전압 간 전압차가 0이 되는 내부 상태 이동량을 도출하는 보정기의 동작을 통해, 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 SOC를 보다 높은 정확도로 추정할 수 있다.In order to reduce the voltage difference between the sensing voltage and the estimated voltage by the compensator described through Fig. 10, the ion concentration distributions of each of the positive and negative electrodes are shifted while maintaining physical conservation related to concentration, the potentials of each of the positive and negative electrodes are derived based on the shifted concentration distributions, and the voltage can be calculated according to the derived potentials of each of the positive and negative electrodes. Through the operation of the compensator that derives the amount of internal state shift at which the voltage difference between the sensing voltage and the estimated voltage becomes 0, the battery state estimation device can estimate the SOC of the battery with higher accuracy.
도 3은 일 실시예에 따른 측정 전압과 추정 전압 간 차이를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a diagram for explaining the difference between a measured voltage and an estimated voltage according to one embodiment.
도 3을 참조하면, 사용에 의해 배터리가 방전됨에 따라 변화하는 측정 전압과 추정 전압이 예시적으로 도시된다. 도 3에서 측정 전압은 전압 측정기를 통해 측정된 배터리 전압을 나타내고, 추정 전압은 배터리 모델에서 추정된 배터리 전압을 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 3, the measured voltage and the estimated voltage that change as the battery is discharged by use are exemplarily illustrated. In FIG. 3, the measured voltage may represent the battery voltage measured by a voltage meter, and the estimated voltage may represent the battery voltage estimated from a battery model.
초기 전기화학 모델은 열화가 발생하지 않은 배터리의 프레쉬 상태(fresh state)를 반영하는 것으로, 배터리의 열화가 진행됨에 따라 전기화학 모델의 추정 전압과 열화가 진행된 실제 배터리의 측정 전압 간 오차가 점차 커질 수 있다. 또한, 전기화학 모델에 업데이트된 열화 파라미터가 반영되었다고 하여도, 배터리는 사용 패턴이나 환경에 따라 지속적으로 열화가 발생하기 때문에, 이전 열화 상태가 반영된 전기화학 모델의 추정 전압과 열화가 더 진행된 실제 배터리의 측정 전압 간 오차가 점차 커질 수 있다. The initial electrochemical model reflects the fresh state of the battery before deterioration, and as the battery deteriorates, the error between the estimated voltage of the electrochemical model and the measured voltage of the actual battery with deterioration may gradually increase. In addition, even if the updated deterioration parameters are reflected in the electrochemical model, since the battery continues to deteriorate depending on the usage pattern or environment, the error between the estimated voltage of the electrochemical model reflecting the previous deterioration state and the measured voltage of the actual battery with further deterioration may gradually increase.
제2 그래프(320)에서 배터리의 열화가 진행됨에 따라 추정 전압과 측정 전압 간 차이가 점차 증가하는 것을 확인할 수 있다. 배터리 상태 추정 장치는 이러한 추정 전압과 측정 전압 간 응답 특성 차이에 기반하여, 열화 파라미터의 변화량을 추정하고, 전기화학 모델에 반영할 수 있다. 열화 파라미터는 전기화학 모델에 포함된 복수의 파라미터들 중에서 배터리의 열화 상태를 나타내는 파라미터로서, 예를 들어, 음극의 SEI(Solid Electrolyte Interphase) 저항, 양극 활물질의 용량, 전극 밸런스 시프트 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다.In the second graph (320), it can be seen that the difference between the estimated voltage and the measured voltage gradually increases as the battery deteriorates. The battery state estimation device can estimate the amount of change in the deterioration parameter based on the difference in response characteristics between the estimated voltage and the measured voltage and reflect it in the electrochemical model. The deterioration parameter is a parameter representing the deterioration state of the battery among a plurality of parameters included in the electrochemical model, and may include, for example, one or a combination of two or more of the SEI (Solid Electrolyte Interphase) resistance of the negative electrode, the capacity of the positive electrode active material, and the electrode balance shift.
제2 그래프(320)는 배터리의 전체 사용 구간 중 일부에 해당할 수 있으며, 전체 사용 구간에서의 전압 변화는 제1 그래프(310)에서 확인할 수 있다. 제2 그래프(320)는 추후에 설명할 보정기에 의해 전기화학 모델의 내부 상태가 보정되지 않는 구간을 나타내고, 제1 그래프(310)에서 제2 그래프(320)의 구간을 제외한 나머지 구간은 보정기에 의해 전기화학 모델의 내부 상태가 보정되어 추정 전압이 측정 전압에 매칭되는 그래프 형태를 가질 수 있다. 다만, 보정기는 배터리의 SOC 값이나 전기화학 모델의 내부 상태를 보정할 뿐 모델 파라미터에 속하는 열화 파라미터를 보정하는 것은 아니기 때문에, 보정기를 일시적으로 오프(off)시키면 배터리 모델의 추정 전압과 실제 배터리의 측정 전압 간 차이가 점차 증가할 수 있다. 보정기에 대해서는 도 10을 통해 상세히 설명한다.The second graph (320) may correspond to a part of the entire usage section of the battery, and the voltage change in the entire usage section can be confirmed in the first graph (310). The second graph (320) represents a section in which the internal state of the electrochemical model is not corrected by the compensator to be described later, and the remaining sections of the first graph (310), excluding the section of the second graph (320), may have a graph form in which the internal state of the electrochemical model is corrected by the compensator, and the estimated voltage matches the measured voltage. However, since the compensator only corrects the SOC value of the battery or the internal state of the electrochemical model and does not correct the deterioration parameter belonging to the model parameters, if the compensator is temporarily turned off, the difference between the estimated voltage of the battery model and the actual measured voltage of the battery may gradually increase. The compensator will be described in detail with reference to FIG. 10.
도 4는 일 실시예에 따른 열화 파라미터인 음극의 SEI 저항을 업데이트하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a diagram for explaining a process of updating the SEI resistance of the cathode, which is a degradation parameter, according to one embodiment.
도 4는 배터리의 전류 변화에 따라 변화하는 추정 전압과 측정 전압 각각을 예시적으로 나타내는 그래프이다. 도 4에 도시된 그래프는 도 3의 제1 그래프(310)와 비교하여 상대적으로 짧은 시간 구간에서의 전압 변화를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 배터리가 장착된 전자 장치에서 큰 전력이 요구되는 작업(task)을 실행하거나, 슬립 모드(sleep mode)의 전자 장치가 웨이크(wake)할 경우, 배터리의 전류가 갑자기 증가할 수 있다. 이외에도 다양한 원인에 의해 전류가 도 4와 같이 예시적으로 변할 수 있다.Fig. 4 is a graph exemplarily showing the estimated voltage and measured voltage, respectively, that change according to the change in battery current. The graph illustrated in Fig. 4 can show the voltage change in a relatively short time interval compared to the first graph (310) of Fig. 3. For example, when a task requiring a large amount of power is executed in an electronic device equipped with a battery, or when an electronic device in sleep mode wakes up, the battery current may suddenly increase. In addition, the current may change exemplarily as illustrated in Fig. 4 due to various other causes.
음극의 SEI 저항은 음극 부반응에 의해 음극 표면에 SEI 레이어가 쌓이면서 발생하는 저항을 나타내는 것으로, 열화가 심할수록 음극의 SEI 저항이 점차 커질 수 있다. 음극의 SEI 저항은 보정기가 오프인 상태에서 추정 전압과 측정 전압 간 응답 특성 차이에 기반하여 업데이트될 수 있다. 배터리 상태 추정 장치는 추정 전압의 변화량과 측정 전압의 변화량 및 전류 변화량에 기초하여 저항 증가량을 결정할 수 있으며, 이는 아래 수학식으로 표현될 수 있다.The SEI resistance of the negative electrode represents the resistance that occurs when an SEI layer is accumulated on the surface of the negative electrode due to the negative side reaction, and the SEI resistance of the negative electrode may gradually increase as the deterioration becomes more severe. The SEI resistance of the negative electrode can be updated based on the difference in response characteristics between the estimated voltage and the measured voltage while the compensator is off. The battery state estimation device can determine the resistance increase amount based on the amount of change in the estimated voltage, the amount of change in the measured voltage, and the amount of change in the current, which can be expressed by the mathematical formula below.
위의 수학식 1에서, dVFresh는 전기화학 모델에서 추정된 배터리의 추정 전압의 변화량을 나타내고, 전류 변화가 미리 정해진 임계치 이상인 두 지점에 대해서 계산될 수 있다. 여기서, 전기화학 모델은 열화가 발생하지 않은 배터리의 프레쉬 상태를 반영한 초기 전기화학 모델 또는 이전 열화 상태가 반영된 전기화학 모델일 수 있다. dVAged는 실제 배터리의 측정 전압의 변화량을 나타낸다. dI는 전류 변화량을 나타내며, 으로 결정될 수도 있다. F는 패러데이 상수를 나타내고, 은 전류밀도의 변화량을 나타낸다. 은 저항 증가량을 나타내며, 이를 이용하여 아래와 같이 음극의 SEI 저항의 변화량 이 아래 수학식으로 결정될 수 있다.In the above
위의 수학식 2에서, an은 음극 활물질의 비표면적(specific surface area)을 나타내고, eps a,s 는 음극 활물질의 부피분율(volume fraction)을 나타내고, ra는 음극 활물질의 반지름을 나타낸다. ln은 음극 전극의 두께를 나타내고, area는 음극 전극의 면적을 나타낸다.In the
배터리 상태 추정 장치는 음극의 SEI 저항의 변화량을 열화 변화량으로 결정하고, 이를 이용하여 열화 파라미터 중 하나인 음극의 SEI 저항을 업데이트할 수 있다. 실시예에 따라서, 결정된 음극의 SEI 저항의 변화량이 열화 파라미터에 바로 반영되기 보다는, 결정된 음극의 SEI 저항의 변화량이 메모리에 저장되고, 업데이트 조건에 도달하면 그동안 메모리에 저장되었던 값들(예: 평균값, 이동 평균값 등)에 따라 전기화학 모델의 열화 파라미터가 업데이트될 수 있다. 이에 대해서는 도 14을 통해 상세히 설명한다.The battery state estimation device can determine the amount of change in the SEI resistance of the negative electrode as the amount of deterioration change, and use this to update the SEI resistance of the negative electrode, which is one of the deterioration parameters. According to an embodiment, rather than the determined amount of change in the SEI resistance of the negative electrode being directly reflected in the deterioration parameter, the determined amount of change in the SEI resistance of the negative electrode is stored in memory, and when an update condition is reached, the deterioration parameter of the electrochemical model can be updated according to values (e.g., an average value, a moving average value, etc.) that have been stored in the memory so far. This will be described in detail with reference to FIG. 14.
도 5 내지 도 9는 일 실시예에 따른 열화 파라미터인 양극 활물질의 용량을 업데이트하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 5 to 9 are diagrams for explaining a process of updating the capacity of a positive electrode active material, which is a deterioration parameter, according to one embodiment.
도 5를 참조하면, 배터리 방전에 따른 셀 전압, 양극(cathode) OCP, 음극(anode) OCP가 도시된다. Referring to Figure 5, cell voltage, cathode OCP, and anode OCP according to battery discharge are shown.
셀 전압은 배터리의 측정 전압을 나타내는 것으로, VCA - VAN으로 결정될 수 있으며, 배터리 사용에 의한 방전이 진행될수록 크기가 점차 감소한다. 양극 OCP는 음극 OCP보다 비교적 일정하게 감소하다가 감소 기울기가 점차 작아지는 반면, 음극 OCP는 양극 OCP에 비해 초기에 상대적으로 작은 기울기를 가지다가 마지막에 급격한 기울기를 가질 수 있다. 특히, 음극 OCP는 초기에 기울기가 0 또는 0에 근접한 기울기를 가질 수 있다. 아래에서 설명할 양극 활물질의 용량 감소는 음극 OCP의 기울기가 0 또는 0에 근접한 기울기를 가지는 구간(510)에서 결정될 수 있다. 구간(510)은 배터리의 SOC가 큰 구간에 해당할 수 있다. 달리 표현하면, 양극 활물질의 용량 감소가 추정되는 구간(510)은 배터리의 상태 정보(예: SOC)가 미리 정해진 임계치보다 크거나 미리 정해진 범위에 속하는 구간으로, 구간(510)에서는 보정기가 오프 상태로 제어될 수 있다. 또한, 배터리의 상태 정보가 배터리의 이온농도 및 활물질 용량과 일정한 상관관계를 가지는 점을 이용하여, 배터리의 상태 정보 외에도 배터리의 이온농도 및 활물질 용량 중 어느 하나에 기반하여 구간(510)이 검출될 수도 있다.The cell voltage represents the measured voltage of the battery and can be determined as V CA - V AN , and the size gradually decreases as the discharge due to battery use progresses. The positive OCP decreases relatively consistently compared to the negative OCP and the decrease slope gradually becomes smaller, whereas the negative OCP may have a relatively small slope initially compared to the positive OCP and then have a steep slope at the end. In particular, the negative OCP may have a slope of 0 or close to 0 initially. The capacity decrease of the positive active material described below may be determined in a section (510) in which the slope of the negative OCP is 0 or close to 0. The section (510) may correspond to a section in which the SOC of the battery is large. In other words, the section (510) in which the capacity decrease of the positive active material is estimated is a section in which the state information (e.g., SOC) of the battery is greater than a predetermined threshold or falls within a predetermined range, and the compensator may be controlled to be off in the section (510). In addition, by utilizing the fact that the battery status information has a certain correlation with the ion concentration and active material capacity of the battery, the section (510) may be detected based on either the ion concentration or the active material capacity of the battery in addition to the battery status information.
양극 활물질의 용량은 양극에서 리튬이온을 수용할 수 있는 활물질이 열화되면 감소하는 현상을 정량화하여 나타내는 것으로, 열화가 심할수록 양극 활물질의 용량 감소가 클 수 있다. 양극 활물질의 용량은 보정기가 오프인 상태에서 추정 전압과 측정 전압 간 응답 특성 차이에 기반하여 업데이트될 수 있다. 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 방전에 따른 추정 전압의 응답 특성과 측정 전압의 응답 특성 간 비율을 이용하여 양극 활물질의 용량을 결정할 수 있으며, 이는 아래 수학식으로 표현될 수 있다.The capacity of the positive electrode active material is a quantitative representation of the phenomenon of decrease when the active material capable of accepting lithium ions in the positive electrode deteriorates. The more severe the deterioration, the greater the decrease in the capacity of the positive electrode active material can be. The capacity of the positive electrode active material can be updated based on the difference in response characteristics between the estimated voltage and the measured voltage while the compensator is off. The battery state estimation device can determine the capacity of the positive electrode active material by using the ratio between the response characteristics of the estimated voltage and the response characteristics of the measured voltage according to the discharge of the battery, and this can be expressed by the following mathematical formula.
위의 수학식 3에서, CA용량은 초기 전기화학 모델 또는 이전 열화 상태가 반영된 전기화학 모델에 반영된 양극 활물질의 용량을 나타내고, CA ratio 는 응답 특성 간 비율로 결정된 양극 활물질의 용량 변화율을 나타내며, 아래에서 설명하는 것처럼 배터리의 열화 정도에 기반하여 결정될 수 있으므로 열화 변화량에 해당할 수 있다. CA용량_열화는 열화 파라미터로서 전기화학 모델에 반영되는 양극 활물질의 용량을 나타낸다. In the
배터리 상태 추정 장치는 결정된 양극 활물질의 용량 CA용량_열화을 전기화학 모델에 반영함으로써, 양극 활물질의 용량에 해당하는 열화 파라미터를 업데이트할 수 있다. 실시예에 따라서, 결정된 응답 특성들 간 비율이 열화 파라미터에 바로 반영되기 보다는, 결정된 응답 특성들 간 비율이 메모리에 저장되고, 업데이트 조건에 도달하면 그동안 메모리에 저장되었던 값들(예: 평균값, 이동 평균값 등)에 따라 전기화학 모델의 열화 파라미터가 업데이트될 수 있다. 이에 대해서는 도 14를 통해 상세히 설명한다.The battery state estimation device can update the degradation parameter corresponding to the capacity of the positive electrode active material by reflecting the determined capacity CA capacity_deterioration of the positive electrode active material to the electrochemical model. According to an embodiment, rather than directly reflecting the ratio between the determined response characteristics in the degradation parameter, the ratio between the determined response characteristics is stored in memory, and when the update condition is reached, the degradation parameter of the electrochemical model can be updated according to the values (e.g., average value, moving average value, etc.) that have been stored in the memory. This will be described in detail with reference to FIG. 14.
응답 특성들 간 비율은 보정기의 오프 상태 구간 내 두 지점들에서의 추정 전압들과 측정 전압들에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 응답 특성들 간 비율은, 배터리의 사용 구간 내 두 지점들에서의 추정 전압들로부터 결정된 기울기 및 측정 전압들로부터 결정된 기울기 간 비율 또는 배터리의 사용 구간 내 두 지점들 사이의 추정 전압들로부터 결정된 면적 및 측정 전압들로부터 결정된 면적 간 비율일 수 있다. 사용 구간 내 두 지점들은 보정기의 오프 상태 구간의 시작점과 종료점이거나, 오프 상태 구간 내의 단조 감소 구간의 두 지점들일 수 있다. 이에 대해서는 도 6 내지 도 9를 통해 상세히 설명한다.The ratio between the response characteristics can be determined based on the estimated voltages and the measured voltages at two points within the off-state interval of the compensator. For example, the ratio between the response characteristics can be the ratio between the slope determined from the estimated voltages at two points within the usage interval of the battery and the slope determined from the measured voltages, or the ratio between the area determined from the estimated voltages and the area determined from the measured voltages between two points within the usage interval of the battery. The two points within the usage interval can be the start and end points of the off-state interval of the compensator, or two points of a monotonically decreasing interval within the off-state interval. This will be described in detail with reference to FIGS. 6 to 9.
도 6을 참조하면, 응답 특성들 간 비율은 보정기의 오프 상태 구간의 시작점 t1과 종료점 t2에서의 추정 전압들 V1Fresh, V2Fresh로부터 결정된 기울기 1 및 측정 전압들 V1Aged, V2Aged로부터 결정된 기울기 2 간 비율로 결정될 수 있다. 실시예에 따라서는, 특정 시점 ta에서 전자 장치가 수행하는 작업의 변경으로 배터리의 전류가 감소하면, 배터리의 전압이 갑자기 상승할 수도 있으나, 보정기의 오프 상태 구간의 시작점 t1과 종료점 t2에서의 추정 전압들 V1Fresh, V2Fresh로부터 결정된 기울기 1 및 측정 전압들 V1Aged, V2Aged로부터 결정된 기울기 2 간 비율에만 기반하여 응답 특성들 간 비율이 결정될 수 있다. 보정기의 오프 상태로 인해 시간이 지남에 따라 추정 전압과 측정 전압 간 차이가 점차 커지고, 이러한 특성 차이가 기울기 1 및 기울기 2 간 비율로 표현될 수 있다. 응답 특성들 간 비율은 아래 수학식으로 표현될 수 있다.Referring to FIG. 6, the ratio between the response characteristics can be determined as the ratio between the slope 1 determined from the estimated voltages V1 Fresh , V2 Fresh and the
도 6의 방식과 달리, 도 7은 응답 특성들 간 비율을 결정하는 두 지점들 t3, t4이 보정기의 오프 상태 구간 내에서 배터리의 전류 변화가 미리 정해진 임계치 이하인 단조 감소(monotonic decreasing) 구간(710)에 해당하는 경우를 나타낸다. 보정기가 오프된 상태에서 전자 장치가 수행하는 작업이 변경되면 배터리의 측정 전압과 추정 전압이 급격히 변화될 수 있다. 예를 들어, 전자 장치가 특정 작업을 수행하다가 해당 작업이 종료되어 슬립 모드로 전환한 경우나 무거운 작업을 수행하다가 가벼운 작업을 수행하는 경우 등이 발생하면, 배터리의 전류가 감소하면서 배터리의 측정 전압과 추정 전압이 상승할 수 있다. 배터리의 전류 변화에 의한 배터리의 측정 전압과 추정 전압의 상승이 응답 특성에 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여, 보정기의 오프 상태 구간 내에서 단조 감소 구간(710)이 식별되고, 이 단조 감소 구간 내의 두 지점들 t3, t4가 응답 특성들 간 비율을 결정하는 데 사용될 수 있다. 단조 감소 구간(710)은 배터리의 전류 변화가 미리 정해진 임계치 이하인 구간으로, 작업 변화 등에 의한 전류 변화가 발생하지 않는 구간일 수 있다. 단조 감소 구간(710)의 시작점과 종료점에 해당하는 두 지점들 t3, t4에서 추정 전압들 V3Fresh, V4Fresh로부터 결정된 기울기 3 및 측정 전압들 V3Aged, V4Aged로부터 결정된 기울기 4 간 비율에 기반하여 응답 특성들 간 비율이 결정될 수 있다.Unlike the method of FIG. 6, FIG. 7 shows a case where two points t 3 and t 4 , which determine the ratio between the response characteristics, correspond to a monotonic decreasing section (710) in which the current change of the battery is below a predetermined threshold within the off-state section of the compensator. When the task performed by the electronic device changes while the compensator is off, the measured voltage and the estimated voltage of the battery may change rapidly. For example, when the electronic device performs a specific task and then the task ends and switches to sleep mode, or when it performs a heavy task and then performs a light task, the measured voltage and the estimated voltage of the battery may increase as the battery current decreases. In order to prevent the increase in the measured voltage and the estimated voltage of the battery due to the change in the battery current from affecting the response characteristics, a monotonic decreasing section (710) is identified within the off-state section of the compensator, and two points t 3 and t 4 within this monotonic decreasing section may be used to determine the ratio between the response characteristics. The monotonic decreasing section (710) is a section in which the current change of the battery is below a predetermined threshold, and may be a section in which no current change occurs due to work change, etc. At two points t 3 and t 4 corresponding to the start and end points of the monotonic decreasing section (710), a ratio between response characteristics may be determined based on the ratio between the
도 6 및 도 7과 달리, 도 8은 응답 특성들 간 비율이 보정기의 오프 상태 구간의 시작점 t1과 종료점 t2 사이의 추정 전압들로부터 결정된 면적 1 및 측정 전압들로부터 결정된 면적 2 간 비율로 결정되는 예시를 나타낸다. 면적 1은 오프 상태 구간의 처음 추정 전압 V1Fresh로부터 시작해서 마지막 추정 전압 V2Fresh까지의 전압들을 이용하여 결정될 수 있다. 마찬가지로, 면적 2는 오프 상태 구간의 처음 측정 전압 V1Aged로부터 시작해서 마지막 측정 전압 V2Aged까지의 전압들을 이용하여 결정될 수 있다. 보정기의 오프 상태로 인해 시간이 지남에 따라 추정 전압과 측정 전압 간 차이가 점차 커지고, 이러한 특성 차이가 면적 1 및 면적 2 간 비율로 표현될 수 있다. 응답 특성들 간 비율은 아래 수학식으로 표현될 수 있다.Unlike FIGS. 6 and 7, FIG. 8 shows an example in which the ratio between the response characteristics is determined as the ratio between
도 8의 방식과 달리, 도 9는 응답 특성들 간 비율을 결정하는 두 지점들 t3, t4이 보정기의 오프 상태 구간 내에서 배터리의 전류 변화가 미리 정해진 임계치 이하인 단조 감소 구간(910)에 해당하는 경우를 나타낸다. 단조 감소 구간(910)의 시작점과 종료점에 해당하는 두 지점들 t3, t4사이의 추정 전압들로부터 결정된 면적 3 및 측정 전압들로부터 결정된 면적 4 간 비율에 기반하여 응답 특성들 간 비율이 결정될 수 있다. 면적 3은 단조 감소 구간(910)의 처음 추정 전압 V3Fresh로부터 시작해서 마지막 추정 전압 V4Fresh까지의 전압들을 이용하여 결정될 수 있다. 마찬가지로, 면적 4는 단조 감소 구간(910)의 처음 측정 전압 V3Aged로부터 시작해서 마지막 측정 전압 V4Aged까지의 전압들을 이용하여 결정될 수 있다.Unlike the method of FIG. 8, FIG. 9 shows a case where two points t3 and t4, which determine the ratio between the response characteristics, correspond to a monotonic decreasing section (910) in which the current change of the battery is below a predetermined threshold within the off-state section of the compensator. The ratio between the response characteristics can be determined based on the ratio between the
도 10은 일 실시예에 따른 보정기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.Fig. 10 is a drawing for explaining the operation of a compensator according to one embodiment.
도 10을 참조하면, 보정기(1020)는 전기화학 모델(1030)에서 추정된 배터리(1010)의 추정 전압과 측정 전압 간 오차가 발생하였을 때 전기화학 모델(1030)의 내부 상태를 보정할 수 있다.Referring to FIG. 10, the compensator (1020) can compensate the internal state of the electrochemical model (1030) when an error occurs between the estimated voltage of the battery (1010) and the measured voltage estimated from the electrochemical model (1030).
전기화학 모델(1030)을 이용하여 상태 정보 추정 시, 전기화학 모델(1030)에 입력되는 전류, 전압, 온도 데이터를 측정하는 센서 정보와 모델링 기법으로 계산된 상태 정보 사이에 오차가 발생할 수 있으므로 보정기(1020)에 의해 오차 보정이 수행될 수 있다.When estimating state information using an electrochemical model (1030), an error may occur between sensor information measuring current, voltage, and temperature data input to the electrochemical model (1030) and state information calculated using a modeling technique, so error correction may be performed by a compensator (1020).
우선, 센서에서 측정된 배터리(1010)의 측정 전압과 전기화학 모델(1030)에서 추정된 배터리(1010)의 추정 전압 사이의 전압차가 결정될 수 있다.First, the voltage difference between the measured voltage of the battery (1010) measured by the sensor and the estimated voltage of the battery (1010) estimated by the electrochemical model (1030) can be determined.
그리고, 보정기(1020)는 전압차, 전기화학 모델(1030)에서 기 추정된 이전 상태 정보 및 OCV(open circuit voltage) 테이블을 이용하여, 배터리(1010)의 상태 변화량을 결정할 수 있다. 보정기(1020)는 OCV 테이블에 기반하여 이전 상태 정보에 대응하는 개회로 전압을 획득하고, 개회로 전압에 전압차를 반영하여 배터리(1010)의 상태 변화량을 결정할 수 있다. 예를 들어, 상태 변화량은 SOC 변화량을 포함할 수 있다.And, the compensator (1020) can determine the state change amount of the battery (1010) by using the voltage difference, the previous state information estimated from the electrochemical model (1030), and the OCV (open circuit voltage) table. The compensator (1020) can obtain the open circuit voltage corresponding to the previous state information based on the OCV table, and determine the state change amount of the battery (1010) by reflecting the voltage difference to the open circuit voltage. For example, the state change amount can include the SOC change amount.
그리고, 보정기(1020)는 상태 변화량을 이용하여 전기화학 모델(1030)의 내부 상태를 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 전기화학 모델(1030)의 내부 상태는 배터리(1010)의 전압, 과전위, SOC, 양극 리튬이온 농도분포, 음극 리튬이온 농도분포 및 전해질 리튬이온 농도분포 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 프로파일 형태를 가질 수 있다. 보정기(1020)는 배터리(1010)의 상태 변화량에 기반하여 활물질 입자 내 이온 농도분포 또는 전극 내 이온 농도분포를 보정함으로써, 전기화학 모델(1030)의 내부 상태를 업데이트할 수 있다.And, the compensator (1020) can update the internal state of the electrochemical model (1030) using the state change amount. For example, the internal state of the electrochemical model (1030) can include one or a combination of two or more of the voltage, overpotential, SOC, positive electrode lithium ion concentration distribution, negative electrode lithium ion concentration distribution, and electrolyte lithium ion concentration distribution of the battery (1010), and can have a profile form. The compensator (1020) can update the internal state of the electrochemical model (1030) by compensating the ion concentration distribution in the active material particles or the ion concentration distribution in the electrode based on the state change amount of the battery (1010).
그리고, 배터리 상태 추정 장치는 업데이트된 전기화학 모델(1030)의 내부 상태를 이용하여, 배터리(1010)의 상태 정보를 추정할 수 있다.And, the battery state estimation device can estimate the state information of the battery (1010) by using the internal state of the updated electrochemical model (1030).
이처럼, 배터리 상태 추정 장치는 배터리(1010)의 측정 전압과 전기화학 모델(1030)에서 추정된 추정 전압 사이의 전압차가 최소화되도록 배터리(1010)의 상태 변화량을 결정하여 전기화학 모델(1030)의 내부 상태를 업데이트하는 피드백 구조를 통해 보다 높은 정확도로 배터리(1010)의 상태 정보를 추정할 수 있다.In this way, the battery state estimation device can estimate the state information of the battery (1010) with higher accuracy through a feedback structure that updates the internal state of the electrochemical model (1030) by determining the amount of change in the state of the battery (1010) so that the voltage difference between the measured voltage of the battery (1010) and the estimated voltage estimated from the electrochemical model (1030) is minimized.
앞서 설명한 보정기(1020)의 동작은 전극 밸런스 시프트의 업데이트에 이용될 수 있으며, 이에 대해서는 도 11 및 도 12를 통해 상세히 설명한다.The operation of the compensator (1020) described above can be used to update the electrode balance shift, which is described in detail with reference to FIGS. 11 and 12.
도 11 및 도 12는 일 실시예에 따른 열화 파라미터인 전극 밸런스 시프트를 업데이트하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 11 and 12 are diagrams for explaining a process of updating an electrode balance shift, which is a deterioration parameter, according to one embodiment.
도 11은 열화가 발생하지 않은 프레쉬 상태와 열화가 발생한 열화 상태의 셀 전압, 양극 OCP 및 음극 OCP를 도시한다.Figure 11 shows the cell voltage, anode OCP, and cathode OCP in a fresh state where no degradation has occurred and in a deteriorated state where degradation has occurred.
셀 전압 그래프는 배터리 사용에 의한 방전을 나타내는데, 방전 초기인 높은 SOC 상태보다 방전 말기인 낮은 SOC 상태에서 프레쉬 상태의 전압과 열화 상태의 전압 간 차이가 클 수 있다. 특히, 낮은 SOC 상태에서 프레쉬 상태와 열화 상태 간 전압의 급격한 변화가 발생할 수 있다. OCP 그래프에서 그 원인을 찾을 수 있다. 양극 OCP는 프레쉬 상태와 열화 상태 간 차이가 미미한 반면, 음극 OCP는 낮은 SOC에서 프레쉬 상태와 열화 상태 간 차이가 크게 발생할 수 있다. 열화 상태의 음극 OCP는 프레쉬 상태의 음극 OCP가 왼쪽으로 시프트된 형태를 가질 수 있으며, 이를 전극 밸런스 시프트라고 지칭할 수 있다. The cell voltage graph shows the discharge due to battery use, and the difference between the voltage in the fresh state and the voltage in the deteriorated state can be greater at the end of the discharge, in a low SOC state, than at the high SOC state at the beginning of the discharge. In particular, a rapid change in voltage between the fresh state and the deteriorated state can occur at a low SOC state. The cause can be found in the OCP graph. While the difference between the fresh state and the deteriorated state is minimal for the positive OCP, the difference between the fresh state and the deteriorated state can be large for the negative OCP at low SOC. The negative OCP in the deteriorated state can have a form in which the negative OCP in the fresh state is shifted to the left, and this can be referred to as an electrode balance shift.
전극 밸런스 시프트는 리튬이온이 부반응(side reaction)에 의해 음극과 화학적 결합되어 양극으로 되돌아가지 못하는 현상에 의해 양극과 음극 간 밸런스가 변화하는 정도를 나타내는 것으로, 열화가 심할수록 전극 밸런스 시프트가 크게 발생할 수 있다.Electrode balance shift refers to the degree to which the balance between the positive and negative electrodes changes due to the phenomenon in which lithium ions chemically bond with the negative electrode through a side reaction and cannot return to the positive electrode. The more severe the deterioration, the greater the electrode balance shift can occur.
도 12를 참조하면, 초기 전기화학 모델 또는 이전 열화 상태가 반영된 전기화학 모델에서 추정된 배터리의 추정 전압 1, 음극의 SEI 저항 증가 및 양극 활물질의 용량 감소가 반영된 전기화학 모델에서 추정된 배터리의 추정 전압 2, 실제 열화가 발생한 배터리의 측정 전압이 도시된다.Referring to FIG. 12, the estimated
배터리 상태 추정 장치는 열화 파라미터인 전극 밸런스 시프트를 업데이트하기 위하여 배터리의 상태 정보(예: SOC)가 보정기에 의해 보정되는 정도를 이용할 수 있다. 보정기에 의한 보정 정도를 구하기 위해 도 12의 그래프가 이용될 수 있다. 추정 전압 1은 전극 밸런스 시프트뿐만 아니라 음극의 SEI 저항 증가나 양극 활물질의 용량 감소도 반영되지 않은 전기화학 모델에서 추정된 전압일 수 있다. 이 경우 보정기에서 다른 열화 파라미터로 인한 차이도 보상할 수 있으므로, 전극 밸런스 시프트로 인한 보정기의 보정 정도만을 구하기 어려울 수 있다. 추정 전압 2는 음극의 SEI 저항 증가와 양극 활물질의 용량 감소가 반영된 전기화학 모델에서 추정된 전압으로, 이 경우 보정기의 보정 정도는 전극 밸런스 시프트에 의한 것일 수 있다. 따라서, 보정기에 의해 추정 전압 2를 측정 전압으로 보정하는 정도(1220)에 따라 SOC 보정량이 결정될 수 있다. 배터리의 열화 정도에 따라 보정기에 의한 SOC 보정량이 결정되므로, SOC 보정량은 열화 변화량에 해당할 수 있다. 배터리 상태 추정 장치는 미리 정해진 구간에서 보정기에 의한 SOC의 보정량을 전극 밸런스 시프트 값으로 환산하여 전기화학 모델의 열화 파라미터를 업데이트할 수 있다. 미리 정해진 구간은 전기화학 모델의 내부 상태에 기반한 SOC에 따라 결정될 수 있으며, 예를 들어 SOC 50~0%일 수 있다. 도 12의 지점(1210)이 전극 밸런스 시프트 값 추정을 위한 보정기의 보정량을 적산하는 시작점일 수 있다.The battery state estimation device can use the degree to which the state information (e.g., SOC) of the battery is corrected by the compensator in order to update the electrode balance shift, which is a deterioration parameter. The graph of FIG. 12 can be used to obtain the degree of correction by the compensator. The estimated
실시예에 따라서, 결정된 SOC 보정량이 열화 파라미터에 바로 반영되기 보다는, 결정된 SOC 보정량이 메모리에 저장되고, 업데이트 조건에 도달하면 그동안 메모리에 저장되었던 값들(예: 평균값, 이동 평균값 등)에 따라 전기화학 모델의 열화 파라미터가 업데이트될 수 있다. 이에 대해서는 도 14을 통해 상세히 설명한다.In some embodiments, rather than the determined SOC correction amount being directly reflected in the deterioration parameter, the determined SOC correction amount may be stored in memory, and when an update condition is reached, the deterioration parameter of the electrochemical model may be updated according to values stored in the memory (e.g., average value, moving average value, etc.). This will be described in detail with reference to Fig. 14.
도 13는 일 실시예에 따른 배터리 상태를 추정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 13 is a diagram for explaining a process for estimating a battery state according to one embodiment.
도 13을 참조하면, 배터리 상태 추정 장치가 배터리 상태를 추정하는 플로우차트가 도시된다.Referring to FIG. 13, a flow chart is illustrated for estimating a battery state by a battery state estimation device.
단계(1301)에서, 배터리 상태 추정 장치는 센서를 이용하여 배터리의 상태를 측정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 전압, 전류 및 온도 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 측정할 수 있다. 측정된 데이터는 시간 흐름에 따른 크기 변화를 나타내는 프로파일 형태를 가질 수 있다.In step (1301), the battery state estimation device can measure the state of the battery using a sensor. For example, the battery state estimation device can measure one or a combination of two or more of the voltage, current, and temperature of the battery. The measured data can have a profile form indicating a change in size over time.
단계(1302)에서, 배터리 상태 추정 장치는 전기화학 모델을 통해 배터리의 추정 전압 및 상태 정보(예: SOC, RSOC, SOH 등) 중 하나 또는 둘의 조합을 결정할 수 있다. 이때, 전기화학 모델은 단계(1301)에서 측정된 전류 및 온도 중 하나 또는 둘의 조합을 고려할 수 있다.In step (1302), the battery state estimation device can determine one or a combination of two of the estimated voltage and state information (e.g., SOC, RSOC, SOH, etc.) of the battery through an electrochemical model. At this time, the electrochemical model can consider one or a combination of two of the current and temperature measured in step (1301).
단계(1303)에서, 배터리 상태 추정 장치는 보정기를 통해 추정 전압과 측정 전압 간 차이를 이용하여, 배터리의 SOC 값 및 전기화학 모델의 내부 상태 중 하나 또는 둘의 조합을 보정할 수 있다.In step (1303), the battery state estimation device can correct one or a combination of two of the SOC value of the battery and the internal state of the electrochemical model by using the difference between the estimated voltage and the measured voltage through the compensator.
단계(1304)에서, 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 현재 상태가 열화 파라미터의 탐지 구간에 해당하는지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 추정 SOC를 이용하여, 배터리의 현재 상태가 열화 파라미터의 탐지 구간에 해당하는지를 판단할 수 있다. 또한, 배터리의 SOC와 배터리의 전압이 일정한 상관관계를 가지는 점을 이용하여, 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 추정 전압을 이용하여, 열화 파라미터의 탐지 구간에 해당하는지를 판단할 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 배터리의 추정 SOC에 따라 열화 파라미터의 탐지 구간에 해당하는지를 판단하는 경우를 예로 설명하나, 이러한 설명이 배터리의 추정 전압에 따라 열화 파라미터의 탐지 구간에 해당하는지를 판단하는 경우를 배제하는 것은 아니다.In step (1304), the battery state estimation device can determine whether the current state of the battery corresponds to the detection range of the deterioration parameter. For example, the battery state estimation device can determine whether the current state of the battery corresponds to the detection range of the deterioration parameter by using the estimated SOC of the battery. In addition, by using the fact that the SOC of the battery and the voltage of the battery have a certain correlation, the battery state estimation device can also determine whether the current state corresponds to the detection range of the deterioration parameter by using the estimated voltage of the battery. In the following description, for the convenience of explanation, a case in which it is determined whether the current state corresponds to the detection range of the deterioration parameter based on the estimated SOC of the battery is described as an example, but this explanation does not exclude a case in which it is determined whether the current state corresponds to the detection range of the deterioration parameter based on the estimated voltage of the battery.
열화 파라미터는 배터리에 대한 음극의 SEI 저항, 양극 활물질의 용량 및 전극 밸런스 시프트 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. 단계(1304) 내지 단계(1309)은 각 열화 파라미터에 대해 독립적으로 수행될 수 있으며, 열화 파라미터별로 구분하여 기술한다.The degradation parameters may include one or a combination of two or more of SEI resistance of the negative electrode for the battery, capacity of the positive active material, and electrode balance shift. Steps (1304) to (1309) may be performed independently for each degradation parameter, and are described separately for each degradation parameter.
먼저 열화 파라미터가 음극의 SEI 저항인 경우에 대해 설명한다.First, we explain the case where the degradation parameter is the SEI resistance of the cathode.
단계(1304)에서, 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 추정 SOC를 이용하여, 배터리의 현재 상태가 열화 파라미터 탐지 구간에 해당하는지를 판단할 수 있다. 음극의 SEI 저항의 경우 다양한 SOC 범위에서도 열화 파라미터가 추정될 수 있으나, 저항 값이 작은 높은 SOC 구간에서 전기화학 모델의 정확도가 크기 때문에 높은 SOC 구간에서 열화 파라미터가 추정될 수 있다. 또한, 음극의 SEI 저항을 추정하기 위해서는 보정기를 오프시켜야 하는데, 양극 활물질의 용량을 추정하는 구간과 상이한 구간에서 보정기를 오프시킨다면, 전체 동작 구간에서 보정기 오프 구간이 차지하는 비중이 높아질 수 있다. 보정기 오프 구간을 최소화 시키기 위하여, 양극 활물질의 용량 추정을 위해 보정기를 오프 시킬 때 음극의 SEI 저항이 함께 추정될 수 있다. 다시 말해, 음극의 SEI 저항의 탐지 구간은 양극 활물질의 용량의 탐지 구간과 동일하게 설정될 수 있다. 정리하면, 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 추정 SOC가 미리 정해진 임계치보다 크거나 미리 정해진 범위에 속하는지에 따라 배터리의 현재 상태가 열화 파라미터 탐지 구간에 해당하는지를 판단할 수 있다. 또한, 배터리의 SOC가 배터리의 이온농도 및 활물질 용량과 일정한 상관관계를 가지는 점을 이용하여, 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 이온농도 및 활물질 용량 중 어느 하나가 미리 정해진 임계치보다 크거나 미리 정해진 범위에 속하는지에 따라 배터리의 현재 상태가 열화 파라미터 탐지 구간에 해당하는지를 판단할 수도 있다. 예를 들어, 탐지 구간은 도 5에 도시된 구간(510)에 해당할 수 있다.In step (1304), the battery state estimation device can determine whether the current state of the battery corresponds to a deterioration parameter detection section using the estimated SOC of the battery. In the case of the SEI resistance of the negative electrode, the deterioration parameter can be estimated in various SOC ranges, but since the accuracy of the electrochemical model is high in a high SOC section with a small resistance value, the deterioration parameter can be estimated in a high SOC section. In addition, in order to estimate the SEI resistance of the negative electrode, the compensator must be turned off. If the compensator is turned off in a section different from the section for estimating the capacity of the positive active material, the proportion of the compensator-off section in the entire operation section may increase. In order to minimize the compensator-off section, the SEI resistance of the negative electrode can be estimated together when the compensator is turned off for estimating the capacity of the positive active material. In other words, the detection section of the SEI resistance of the negative electrode can be set to be the same as the detection section of the capacity of the positive active material. In summary, the battery state estimation device can determine whether the current state of the battery corresponds to the deterioration parameter detection section based on whether the estimated SOC of the battery is greater than a predetermined threshold or falls within a predetermined range. In addition, by utilizing the fact that the SOC of the battery has a certain correlation with the ion concentration and the active material capacity of the battery, the battery state estimation device can also determine whether the current state of the battery corresponds to the deterioration parameter detection section based on whether either the ion concentration and the active material capacity of the battery is greater than a predetermined threshold or falls within a predetermined range. For example, the detection section may correspond to the section (510) illustrated in FIG. 5.
단계(1305)에서, 배터리 상태 추정 장치는 음극의 SEI 저항 추정을 위해 보정기를 일정 시간 동안 오프 상태로 제어할 수 있다. 해당 시간이 경과하면, 배터리 상태 추정 장치는 보정기를 다시 온 상태로 제어할 수 있다.In step (1305), the battery state estimation device can control the compensator to be turned off for a certain period of time to estimate the SEI resistance of the negative electrode. After the period of time has elapsed, the battery state estimation device can control the compensator to be turned on again.
단계(1306)에서, 배터리 상태 추정 장치는 측정 전압과 추정 전압을 이용하여, 배터리의 열화 변화량을 추정할 수 있다. 이를테면, 배터리 상태 추정 장치는 배터리 추정 전압의 변화량과 측정 전압의 변화량 및 전류 변화량에 기초하여 저항 증가량을 결정하고, 저항 증가량에 기초하여 음극 SEI 저항의 변화량을 열화 변화량으로 결정할 수 있다.In step (1306), the battery state estimation device can estimate the amount of deterioration change in the battery by using the measured voltage and the estimated voltage. For example, the battery state estimation device can determine the amount of resistance increase based on the amount of change in the estimated battery voltage, the amount of change in the measured voltage, and the amount of change in the current, and can determine the amount of change in the negative SEI resistance as the amount of deterioration change based on the amount of resistance increase.
단계(1307)에서, 배터리 상태 추정 장치는 추정된 열화 변화량인 음극 SEI 저항의 변화량을 메모리에 저장할 수 있다. 메모리는 배터리 상태 추정 장치의 내부 메모리이거나, 또는 배터리 상태 추정 장치와 유선 및/또는 무선 네트워크를 통해 연결된 외부 메모리일 수 있다.In step (1307), the battery state estimation device can store the change amount of the negative SEI resistance, which is the estimated deterioration change amount, in memory. The memory can be an internal memory of the battery state estimation device, or an external memory connected to the battery state estimation device via a wired and/or wireless network.
단계(1308)에서, 배터리 상태 추정 장치는 음극 SEI 저항의 업데이트 조건에 도달하였는지를 판단할 수 있다. 이에 대해서는 도 14를 통해 상세히 설명한다. 만약 업데이트 조건에 도달하였다면 단계(1309)가 이어서 수행되고, 반대로 업데이트 조건에 도달하지 않았다면 단계(1302)가 이어서 수행될 수 있다.In step (1308), the battery state estimation device can determine whether the update condition of the negative SEI resistance has been reached. This is described in detail with reference to Fig. 14. If the update condition has been reached, step (1309) may be performed subsequently, and conversely, if the update condition has not been reached, step (1302) may be performed subsequently.
단계(1309)에서, 배터리 상태 추정 장치는 메모리에 저장된 하나 이상의 열화 변화량을 이용하여, 전기화학 모델의 열화 파라미터에 해당하는 음극의 SEI 저항 값을 업데이트할 수 있다. 이에 대해서는 도 14를 통해 상세히 설명한다.In step (1309), the battery state estimation device can update the SEI resistance value of the negative electrode corresponding to the deterioration parameter of the electrochemical model by using one or more deterioration changes stored in the memory. This is described in detail with reference to FIG. 14.
전기화학 모델의 모델 파라미터들 중 일부 또는 전체는 상호 영향력을 가져서, 일부 모델 파라미터의 변경이 다른 모델 파라미터에 영향을 미칠 수 있다. 배터리 상태 추정 장치는 전기화학 모델의 음극의 SEI 저항 값 이외의 모델 파라미터도 음극의 SEI 저항 값에 기반하여 업데이트할 수 있다.Some or all of the model parameters of the electrochemical model have mutual influence, so that changes in some model parameters may affect other model parameters. The battery state estimation device can update model parameters other than the SEI resistance value of the negative electrode of the electrochemical model based on the SEI resistance value of the negative electrode.
다음으로 열화 파라미터가 양극 활물질의 용량인 경우에 대해 설명한다.Next, we explain the case where the degradation parameter is the capacity of the positive electrode active material.
단계(1304)에서, 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 추정 SOC가 미리 정해진 임계치보다 크거나 미리 정해진 범위에 속하는지에 따라 배터리의 현재 상태가 열화 파라미터 탐지 구간에 해당하는지를 판단할 수 있다. 또한, 배터리 상태 추정 장치는 양극 활물질의 용량 감소 특성이 극대화되는 구간인지에 따라 배터리의 현재 상태가 열화 파라미터 탐지 구간에 해당하는지를 판단할 수 있다. 이를테면, 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 음극 OCP의 변화가 미리 정해진 제1 임계치 이하이면서, 배터리의 양극 OCP의 변화가 미리 정해진 제2 임계치 이상인 구간에 배터리의 추정 SOC가 대응하는지에 따라 배터리의 현재 상태가 열화 파라미터 탐지 구간에 해당하는지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 5의 구간(510)과 같이 음극 OCP의 변화는 미미한 반면, 양극 OCP의 변화는 크며, 배터리의 추정 SOC가 일정 수준 이상이라면 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 현재 상태가 열화 파라미터 탐지 구간에 해당하는 것으로 판단할 수 있다.In step (1304), the battery state estimation device can determine whether the current state of the battery corresponds to the deterioration parameter detection section based on whether the estimated SOC of the battery is greater than a predetermined threshold or falls within a predetermined range. In addition, the battery state estimation device can determine whether the current state of the battery corresponds to the deterioration parameter detection section based on whether the section is one in which the capacity reduction characteristic of the positive electrode active material is maximized. For example, the battery state estimation device can determine whether the current state of the battery corresponds to the deterioration parameter detection section based on whether the estimated SOC of the battery corresponds to a section in which the change in the negative electrode OCP of the battery is less than or equal to a first predetermined threshold and the change in the positive electrode OCP of the battery is greater than or equal to a second predetermined threshold. For example, as in section (510) of FIG. 5, if the change in the negative electrode OCP is minimal while the change in the positive electrode OCP is large and the estimated SOC of the battery is greater than or equal to a certain level, the battery state estimation device can determine that the current state of the battery corresponds to the deterioration parameter detection section.
배터리의 음극 OCP의 변화가 미리 정해진 제1 임계치 이하이면서, 배터리의 양극 OCP의 변화가 미리 정해진 제2 임계치 이상인 구간인지는 음극 OCP 및 양극 OCP를 직접 측정함으로써 판단될 수 있으나, 실시예에 따라서는 해당 구간에 대응하는 배터리의 이온 농도 및/또는 활물질 용량에 해당하는지에 따라 판단될 수도 있다.Whether the change in the negative OCP of the battery is below a first threshold value and the change in the positive OCP of the battery is above a second threshold value can be determined by directly measuring the negative OCP and the positive OCP. However, depending on the embodiment, it can also be determined based on whether the corresponding ion concentration and/or active material capacity of the battery correspond to the corresponding section.
단계(1305)에서, 배터리 상태 추정 장치는 양극 활물질의 용량 추정을 위해 보정기를 일정 시간 동안 오프 상태로 제어할 수 있다. 해당 시간이 경과하면, 배터리 상태 추정 장치는 보정기를 다시 온 상태로 제어할 수 있다.In step (1305), the battery state estimation device can control the compensator to be turned off for a certain period of time to estimate the capacity of the positive electrode active material. After the period of time has elapsed, the battery state estimation device can control the compensator to be turned on again.
단계(1306)에서, 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 방전 및 전류 변화 중 하나 또는 둘의 조합에 따른 추정 전압의 응답 특성과 측정 전압의 응답 특성 간 비율을 열화 변화량으로 결정할 수 있다. In step (1306), the battery state estimation device can determine the ratio between the response characteristics of the estimated voltage and the response characteristics of the measured voltage according to one or a combination of the discharge and current changes of the battery as the amount of deterioration change.
열화 파라미터가 양극 활물질의 용량의 경우에 대해서도 앞서 설명한 단계(1307) 내지 단계(1309)의 설명이 마찬가지로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.Since the description of steps (1307) to (1309) described above can be similarly applied to the case of the capacity of the positive electrode active material in terms of the deterioration parameter, a more detailed description is omitted.
마지막으로 열화 파라미터가 전극 밸런스 시프트인 경우에 대해 설명한다.Finally, we describe the case where the degradation parameter is the electrode balance shift.
단계(1304)에서, 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 추정 SOC, 배터리의 이온농도 및 활물질 용량 중 어느 하나가 미리 정해진 임계치보다 작거나 미리 정해진 범위에 속하는지에 따라 배터리의 현재 상태가 열화 파라미터 탐지 구간에 해당하는지를 판단할 수 있다. 또한, 배터리 상태 추정 장치는 전극 밸런스 시프트 특성이 극대화되는 구간인지에 따라 배터리의 현재 상태가 열화 파라미터 탐지 구간에 해당하는지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 전극 밸런스 시프트 특성이 극대화되는 구간인지는 배터리의 SOC, 배터리의 이온농도 및 활물질 용량 중 어느 하나에 기반하여 판단될 수 있다.In step (1304), the battery state estimation device can determine whether the current state of the battery corresponds to a deterioration parameter detection section based on whether any one of the estimated SOC of the battery, the ion concentration of the battery, and the active material capacity is less than a predetermined threshold or falls within a predetermined range. In addition, the battery state estimation device can determine whether the current state of the battery corresponds to a deterioration parameter detection section based on whether it is a section in which an electrode balance shift characteristic is maximized. For example, whether it is a section in which an electrode balance shift characteristic is maximized can be determined based on any one of the SOC of the battery, the ion concentration of the battery, and the active material capacity.
단계(1305)에서, 배터리 상태 추정 장치는 전극 밸런스 시프트 추정을 위해 보정기를 온 상태로 제어할 수 있다.In step (1305), the battery state estimation device can control the compensator to be turned on for electrode balance shift estimation.
단계(1306)에서, 배터리 상태 추정 장치는 보정기에 의해 SOC 값이 보정되는 정도를 열화 변화량으로 결정할 수 있다.In step (1306), the battery state estimation device can determine the degree to which the SOC value is corrected by the compensator as a deterioration change amount.
열화 파라미터가 전극 밸런스 시프트인 경우에 대해서도 앞서 설명한 단계(1307) 내지 단계(1309)의 설명이 마찬가지로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.Since the description of steps (1307) to (1309) described above can be similarly applied to the case where the deterioration parameter is an electrode balance shift, a more detailed description is omitted.
단계(1310)에서, 배터리 상태 추정 장치는 종료 조건에 도달하였는지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 미리 정해진 운행 시간이 경과되었으면 종료 조건이 도달되었다고 판단될 수 있다. 만약 미리 정해진 운행 시간이 경과되지 않았다면, 단계(1301)가 이어서 수행될 수 있다. 반대로, 미리 정해진 운행 시간이 경과되었다면 배터리 상태 추정 동작이 종료될 수 있다.In step (1310), the battery state estimation device can determine whether a termination condition has been reached. For example, if a predetermined operating time has elapsed, it can be determined that a termination condition has been reached. If the predetermined operating time has not elapsed, step (1301) can be performed subsequently. Conversely, if the predetermined operating time has elapsed, the battery state estimation operation can be terminated.
상술된 배터리 상태 추정 장치의 동작을 통해, 배터리의 사용 패턴이나 환경에 따라 상이하게 열화된 실제 배터리의 열화 상태를 능동적으로 따라가도록 전기화학 모델의 열화 파라미터가 업데이트될 수 있다.Through the operation of the battery state estimation device described above, the deterioration parameters of the electrochemical model can be updated to actively follow the deterioration state of an actual battery that deteriorates differently depending on the usage pattern or environment of the battery.
도 13에 도시된 각 단계들에는 도 1 내지 도 12를 통하여 전술한 사항들이 그대로 적용되므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.Since the matters described above through FIGS. 1 to 12 are applied to each step illustrated in FIG. 13, a more detailed description is omitted.
도 14는 일 실시예에 따라 메모리에 저장된 하나 이상의 열화 변화량을 이용하여 열화 파라미터를 업데이트하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 14 is a diagram for explaining a process of updating a degradation parameter using one or more degradation variation amounts stored in a memory according to one embodiment.
도 14는 열화 변화량이 추정될 때마다 메모리에 저장되는 예시가 도시된다. 도 14의 An-1, An, ..., An+3는 순차적으로 추정된 열화 변화량을 나타낼 수 있다. 열화 변화량 An+3이 추정된 후 업데이트 조건에 도달한 경우, 메모리에 저장된 하나 이상의 열화 변화량에 따라 열화 파라미터를 업데이트하는 데 이용할 최종 열화 변화량 A*이 결정될 수 있다. 예를 들어, 업데이트 조건에 도달한 현재 시점과 마지막 시점 사이의 열화 변화량 An, ..., An+3의 통계 값(예: 평균값, 이동 평균값 등)으로 최종 열화 변화량 A*이 결정될 수 있다. 또는, 업데이트 조건에 도달한 현재 시점을 기준으로 가장 최근에 추정된 n개의 열화 변화량의 통계 값으로 최종 열화 변화량 A*이 결정될 수도 있다(n은 자연수). 이 경우에는 상황에 따라(예: n이 5인 경우) 이전 열화 파라미터의 결정에 이용되었던 열화 변화량(예: An-1)이 금번 업데이트에도 이용될 수 있다.FIG. 14 illustrates an example in which the deterioration change amount is stored in the memory each time it is estimated. A n-1 , A n , ..., A n+3 in FIG. 14 may represent deterioration change amounts estimated sequentially. When the deterioration change amount A n+3 is estimated and an update condition is reached, the final deterioration change amount A* to be used for updating the deterioration parameter may be determined according to one or more deterioration change amounts stored in the memory. For example, the final deterioration change amount A* may be determined as a statistical value (e.g., an average value, a moving average value, etc.) of the deterioration change amounts A n , ..., A n+3 between the current time point that reaches the update condition and the last time point. Alternatively, the final deterioration change amount A* may be determined as a statistical value of the n most recently estimated deterioration change amounts based on the current time point that reaches the update condition (n is a natural number). In this case, depending on the situation (e.g., when n is 5), the degradation change (e.g., A n-1 ) that was used to determine the previous degradation parameter may also be used in this update.
업데이트 조건은 배터리의 사이클 수, 누적 사용용량, 누적 사용시간 및 메모리에 저장된 열화 변화량의 개수 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 배터리의 충전과 방전이 여러 번 수행되면서 누적된 여러 열화 변화량을 이용하여 열화 파라미터를 업데이트하기 위해, 배터리의 사이클 수, 누적 사용용량, 누적 사용시간 및 메모리에 저장된 열화 변화량의 개수 중 하나 또는 둘 이상의 조합이 업데이트 조건으로 이용될 수 있다. 업데이트 조건은 음극의 SEI 저항, 양극 활물질의 용량 및 전극 밸런스 시프트 각각에 대해 독립적으로 설정됨으로써, 특정 열화 파라미터가 다른 열화 파라미터보다 빈번하게 업데이트되도록 할 수도 있으나, 업데이트 조건에 대한 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.The update condition may be determined based on one or more combinations of the number of cycles, accumulated usage capacity, accumulated usage time, and the number of deterioration changes stored in the memory of the battery. For example, in order to update the deterioration parameters by using various deterioration changes accumulated as the battery is charged and discharged multiple times, one or more combinations of the number of cycles, accumulated usage capacity, accumulated usage time, and the number of deterioration changes stored in the memory of the battery may be used as the update condition. The update condition may be set independently for each of the SEI resistance of the negative electrode, the capacity of the positive active material, and the electrode balance shift, so that a specific deterioration parameter may be updated more frequently than other deterioration parameters, but embodiments of the update condition are not limited thereto.
도 15는 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 15 is a drawing for explaining a battery state estimation device according to one embodiment.
도 15를 참조하면, 배터리 상태 추정 장치(1500)는 메모리(1510) 및 프로세서(1520)를 포함한다. 실시예에 따라, 배터리 상태 추정 장치(1500)는 센서(1530)를 더 포함할 수 있다. 메모리(1510), 프로세서(1520) 및 센서(1530)는 버스(bus), PCIe(Peripheral Component Interconnect Express), NoC(Network on a Chip) 등을 통하여 서로 통신할 수 있다.Referring to FIG. 15, a battery state estimation device (1500) includes a memory (1510) and a processor (1520). According to an embodiment, the battery state estimation device (1500) may further include a sensor (1530). The memory (1510), the processor (1520), and the sensor (1530) may communicate with each other through a bus, a Peripheral Component Interconnect Express (PCIe), a Network on a Chip (NoC), etc.
메모리(1510)는 컴퓨터에서 읽을 수 있는 명령어를 포함할 수 있다. 프로세서(1520)는 메모리(1510)에 저장된 명령어가 프로세서(1520)에서 실행됨에 따라 앞서 언급된 동작들을 수행할 수 있다. 메모리(1510)는 휘발성 메모리 및 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 메모리(1510)는 배터리에 대응하는 전기화학 모델을 저장한다. 전기화학 모델을 저장한다는 것은 전기화학 모델의 모델 파라미터들과 변수들 간 관계 정보를 저장한다는 것을 나타낼 수 있다.The memory (1510) may include computer-readable instructions. The processor (1520) may perform the operations mentioned above as the instructions stored in the memory (1510) are executed by the processor (1520). The memory (1510) may include volatile memory and non-volatile memory. The memory (1510) stores an electrochemical model corresponding to the battery. Storing the electrochemical model may indicate storing relationship information between model parameters and variables of the electrochemical model.
예를 들어, 휘발성 메모리는 RAM(random access memory)를 포함할 수 있으며, 단위 셀 기준 2 내지 8Kbyte일 수 있다. 배터리가 멀티 셀을 포함한다면, 휘발성 메모리의 용량이 셀 개수에 따라 더 증가할 수 있다. 예를 들어, 배터리가 3개의 단위 셀들을 포함한다면, 휘발성 메모리의 용량은 6 내지 24Kbyte일 수 있다.For example, the volatile memory may include random access memory (RAM) and may be 2 to 8 Kbytes per unit cell. If the battery includes multiple cells, the capacity of the volatile memory may further increase according to the number of cells. For example, if the battery includes three unit cells, the capacity of the volatile memory may be 6 to 24 Kbytes.
비휘발성 메모리는 플래시 메모리(flash memory)를 포함할 수 있으며, 전기화학 모델에서 사용되는 룩업 테이블(예: OCV 테이블), 추정된 열화 변화량, 배터리 상태 추정 장치(1500)에서 실행되는 컴파일된 코드를 저장할 수 있다. 예를 들어, 비휘발성 메모리의 용량은 단위 셀 기준 20 내지 100Kbyte일 수 있으며, 마찬가지로 배터리가 멀티 셀을 포함한다면, 용량 크기가 더 증가할 수 있다.The nonvolatile memory may include flash memory and may store a lookup table (e.g., OCV table) used in the electrochemical model, an estimated degradation change amount, and compiled code executed in the battery state estimation device (1500). For example, the capacity of the nonvolatile memory may be 20 to 100 Kbytes per unit cell, and similarly, if the battery includes multiple cells, the capacity size may be further increased.
센서(1530)는 배터리의 전압을 측정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리 상태 추정 장치(1500)는 배터리의 전류를 측정하는 센서 및/또는 배터리의 온도를 측정하는 센서를 추가적으로 포함할 수도 있다. 센서(1530)에서 측정된 정보는 프로세서(1520)로 전달될 수 있다. 센서(1530)는 배터리 상태 추정 장치(1500)의 일부일 수도 있지만, 그렇지 않을 수도 있다. 일례로, 센서(1530)는 배터리의 일부일 수 있고, 배터리 상태 추정 장치(1500)는 센서(1530)의 측정 값을 입력 받아 사용할 수 있다.The sensor (1530) can measure the voltage of the battery. According to one embodiment, the battery state estimation device (1500) may additionally include a sensor for measuring the current of the battery and/or a sensor for measuring the temperature of the battery. Information measured by the sensor (1530) can be transmitted to the processor (1520). The sensor (1530) may or may not be a part of the battery state estimation device (1500). For example, the sensor (1530) may be a part of the battery, and the battery state estimation device (1500) may receive and use the measured value of the sensor (1530).
프로세서(1520)는 명령어들, 혹은 프로그램들을 실행하거나, 배터리 상태 추정 장치(1500)를 제어하는 디바이스로서, 예를 들어, MCU(Micro Controller Unit)일 수 있다. 프로세서(1520)는 배터리의 측정 전압 및 전기화학 모델로부터 획득한 추정 전압을 이용하여 배터리의 열화 변화량을 추정하고, 열화 변화량을 이용하여 전기화학 모델의 열화 파라미터를 업데이트한다. 또한, 프로세서(1520)는 업데이트된 열화 파라미터가 적용된 전기화학 모델을 이용하여 배터리의 상태 정보를 추정할 수 있다.The processor (1520) is a device that executes commands or programs or controls the battery state estimation device (1500), and may be, for example, an MCU (Micro Controller Unit). The processor (1520) estimates a deterioration change amount of the battery by using the measured voltage of the battery and the estimated voltage obtained from the electrochemical model, and updates the deterioration parameter of the electrochemical model by using the deterioration change amount. In addition, the processor (1520) can estimate the state information of the battery by using the electrochemical model to which the updated deterioration parameter is applied.
앞서 설명한 추정된 열화 변화량은 전기화학 모델의 열화 파라미터를 업데이트하는데 활용되며, 비휘발성 메모리에 저장될 수 있다. 배터리 상태 추정 장치(1500)가 리셋되는 경우, 휘발성 메모리에 저장되어 있던 열화 변화량이 지워지며, 프로세서(1520)는 비휘발성 메모리에 저장된 열화 변화량에 기반하여 전기화학 모델의 열화 파라미터를 업데이트할 수 있다.The estimated deterioration change amount described above is used to update the deterioration parameter of the electrochemical model and can be stored in nonvolatile memory. When the battery state estimation device (1500) is reset, the deterioration change amount stored in the volatile memory is erased, and the processor (1520) can update the deterioration parameter of the electrochemical model based on the deterioration change amount stored in the nonvolatile memory.
배터리 상태 추정 장치(1500)는 PMIC(power management integrated circuit) 또는 FGIC (fuel gauge integrated circuit)에 탑재 가능하면서도 배터리의 열화 상태를 전기화학 모델에 반영시킬 수 있다. 배터리 상태 추정 장치(1500)는 보정기를 활용하여 입력 전류에 따른 전압 응답 특성을 비교하는 간단한 방식을 통해 배터리의 열화 파라미터를 추정할 수 있기 때문에 적은 비용(cost)로도 열화를 전기화학 모델에 반영시킬 수 있다. 또한, 배터리의 응답 특성에 따라 전기화학 모델의 열화 파라미터가 업데이트됨으로써, 배터리의 사용 패턴, 사용 환경에 따른 열화가 능동적으로 전기화학 모델에 반영될 수 있다. 또한, 전기화학 모델의 열화 파라미터를 직접 업데이트하는 방식이기 때문에, 열화 가속 조건을 효과적으로 회피하면서 배터리를 급속 충전시킬 수 있다.The battery state estimation device (1500) can be mounted on a PMIC (power management integrated circuit) or an FGIC (fuel gauge integrated circuit) and can reflect the deterioration state of the battery to the electrochemical model. Since the battery state estimation device (1500) can estimate the deterioration parameter of the battery through a simple method of comparing the voltage response characteristic according to the input current by utilizing a compensator, the deterioration can be reflected to the electrochemical model even at a low cost. In addition, since the deterioration parameter of the electrochemical model is updated according to the response characteristic of the battery, the deterioration according to the usage pattern and usage environment of the battery can be actively reflected to the electrochemical model. In addition, since the deterioration parameter of the electrochemical model is directly updated, the battery can be rapidly charged while effectively avoiding the deterioration acceleration condition.
그 밖에, 배터리 상태 추정 장치(1500)에 관해서는 상술된 동작을 처리할 수 있다.In addition, the battery state estimation device (1500) can process the above-described operation.
도 16은 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 16 is a diagram for explaining a battery state estimation method according to one embodiment.
도 16을 참조하면, 배터리 상태 추정 장치에 구비된 프로세서에 의해 수행되는 배터리 상태 추정 방법이 도시된다.Referring to FIG. 16, a battery state estimation method performed by a processor equipped in a battery state estimation device is illustrated.
단계(1610)에서, 배터리 상태 추정 장치는 배터리에 연결된 센서로부터 배터리의 측정 전압을 획득한다.In step (1610), the battery state estimation device obtains a measured voltage of the battery from a sensor connected to the battery.
단계(1620)에서, 배터리 상태 추정 장치는 메모리에 저장된 전기화학 모델로부터 배터리의 추정 전압을 획득한다.In step (1620), the battery state estimation device obtains an estimated voltage of the battery from an electrochemical model stored in memory.
단계(1630)에서, 배터리 상태 추정 장치는 측정 전압 및 추정 전압을 이용하여, 배터리의 열화 변화량을 추정한다. 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 추정 전압과 배터리의 측정 전압 간 응답 특성 차이를 이용하여 열화 변화량을 추정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 전류 변화에 따른 추정 전압의 변화량과 측정 전압의 변화량 및 전류 변화량에 기초하여 저항 증가량을 결정하고, 저항 증가량에 기초하여 음극 SEI 저항의 변화량을 열화 변화량으로 결정할 수 있다. 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 방전에 따른 추정 전압의 응답 특성과 측정 전압의 응답 특성 간 비율을 열화 변화량으로 결정할 수 있다. 이때, 전기화학 모델에 대한 보정기는 오프 상태로 제어될 수 있다.In step (1630), the battery state estimation device estimates the amount of deterioration change of the battery by using the measured voltage and the estimated voltage. The battery state estimation device can estimate the amount of deterioration change by using the difference in response characteristics between the estimated voltage of the battery and the measured voltage of the battery. For example, the battery state estimation device can determine the amount of resistance increase based on the amount of change in the estimated voltage according to the change in the current of the battery, the amount of change in the measured voltage, and the amount of change in the current, and can determine the amount of change in the negative SEI resistance as the amount of deterioration change based on the amount of resistance increase. The battery state estimation device can determine the ratio between the response characteristics of the estimated voltage and the response characteristics of the measured voltage according to the discharge of the battery as the amount of deterioration change. At this time, the compensator for the electrochemical model can be controlled to an off state.
또한, 배터리 상태 추정 장치는 보정기가 온 상태로 제어되는 경우에 응답하여, 보정기에 의해 상태 정보가 보정되는 정도를 열화 변화량으로 결정할 수 있다.Additionally, the battery state estimation device can determine the degree to which the state information is corrected by the compensator as a deterioration change amount in response to the case where the compensator is controlled to be on.
단계(1640)에서, 배터리 상태 추정 장치는 열화 변화량을 이용하여, 전기화학 모델의 열화 파라미터를 업데이트한다. 예를 들어, 배터리 상태 추정 장치는 열화 파라미터에 대한 업데이트 조건에 도달되는 경우에 응답하여, 메모리에 저장된 하나 이상의 열화 변화량을 이용하여 열화 파라미터를 업데이트할 수 있다. 업데이트 조건은 배터리의 사이클 수, 누적 사용용량, 누적 사용시간 및 메모리에 저장된 열화 변화량의 개수 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 따라 결정될 수 있다.In step (1640), the battery state estimation device updates the deterioration parameters of the electrochemical model using the deterioration change amount. For example, the battery state estimation device may update the deterioration parameters using one or more deterioration change amounts stored in the memory in response to reaching an update condition for the deterioration parameters. The update condition may be determined based on one or a combination of two or more of the number of cycles of the battery, the accumulated usage capacity, the accumulated usage time, and the number of deterioration change amounts stored in the memory.
도 16에는 도시되지 않았으나, 배터리 상태 추정 장치는 추가적으로 업데이트된 열화 파라미터가 적용된 전기화학 모델을 이용하여, 배터리의 상태 정보를 추정할 수 있다. 열화 파라미터는 배터리에 대한 음극의 SEI 저항, 양극 활물질의 용량 및 전극 밸런스 시프트 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다.Although not shown in Fig. 16, the battery state estimation device can additionally estimate the state information of the battery by using an electrochemical model to which updated degradation parameters are applied. The degradation parameters may include one or a combination of two or more of the SEI resistance of the negative electrode for the battery, the capacity of the positive active material, and the electrode balance shift.
도 16에 도시된 각 단계들에는 도 1 내지 도 15를 통하여 전술한 사항들이 그대로 적용되므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.Since the matters described above through FIGS. 1 to 15 are applied to each step illustrated in FIG. 16, a more detailed description is omitted.
도 17 및 도 18은 일 실시예에 따른 모바일 기기를 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 17 and 18 are drawings for explaining a mobile device according to one embodiment.
도 17을 참조하면, 모바일 기기(1700)는 배터리(1710) 및 배터리 상태 추정 장치(1720)을 포함한다. 모바일 기기(1700)는 배터리(1710)을 전원으로 이용하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 배터리(1710)는 단일 셀 기준 용량이 10Ah 이하이고, 파우치 타입 셀일 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 모바일 기기(1700)는 휴대용 단말로서, 예를 들어, 스마트 폰일 수 있다. 모바일 기기(1700)에 구비된 디스플레이는 배터리에 관한 정보 및/또는 모바일 기기(1700)의 동작 화면을 표시할 수 있다. 도 17에서는 설명의 편의를 위해 모바일 기기(1700)가 스마트 폰인 경우를 설명하였으나, 이외에도 노트북, 태블릿 PC, 웨어러블 디바이스와 같은 다양한 단말이 제한 없이 적용될 수 있다.Referring to FIG. 17, a mobile device (1700) includes a battery (1710) and a battery state estimation device (1720). The mobile device (1700) may be a device that uses the battery (1710) as a power source. For example, the battery (1710) may have a single cell standard capacity of 10Ah or less and may be a pouch type cell, but is not limited to the above-described example. The mobile device (1700) may be a portable terminal, for example, a smart phone. A display provided in the mobile device (1700) may display information about the battery and/or an operation screen of the mobile device (1700). In FIG. 17, for convenience of explanation, the mobile device (1700) is described as a smart phone, but various terminals such as a laptop, a tablet PC, and a wearable device may be applied without limitation.
배터리 상태 추정 장치(1720)는 배터리(1710)에 대응하는 전기화학 모델을 이용하여 배터리(1710)의 상태 정보를 추정할 수 있다. 배터리 상태 추정 장치(1720)는 측정 전압 및 추정 전압에 기초하여 배터리의 열화 변화량을 추정하고, 열화 변화량에 기초하여 열화 파라미터를 업데이트할 수 있다.The battery state estimation device (1720) can estimate state information of the battery (1710) using an electrochemical model corresponding to the battery (1710). The battery state estimation device (1720) can estimate a deterioration change amount of the battery based on the measured voltage and the estimated voltage, and update a deterioration parameter based on the deterioration change amount.
도 18을 참조하면, 모바일 기기(1800)는 디스플레이(1810), 배터리(1820), 메모리(1830) 및 프로세서(1840)를 포함한다. 나아가, 모바일 기기(1800)는 카메라(1850), 커버(도면 미도시), 통신부(1860) 및 스피커(1870)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 18, the mobile device (1800) includes a display (1810), a battery (1820), a memory (1830), and a processor (1840). Furthermore, the mobile device (1800) may further include a camera (1850), a cover (not shown in the drawing), a communication unit (1860), and a speaker (1870).
디스플레이(1810)는 프로세서(1840)에서 처리된 데이터나 모바일 기기(1800)의 동작을 표시할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(1810)의 대각선 길이는 10cm 내지 70cm일 수 있다. 나아가, 디스플레이(1810)의 대각선 길이는 50cm 이하일 수 있다. 또한, 디스플레이(1810)는 사용자로부터 입력된 터치 제스처를 감지하는 터치스크린 디스플레이(1810)일 수 있다. 터치스크린 디스플레이(1810)에서 감지한 터치 제스처는 프로세서(1840)로 전달되어 처리될 수 있다.The display (1810) can display data processed by the processor (1840) or operations of the mobile device (1800). For example, the diagonal length of the display (1810) can be 10 cm to 70 cm. Further, the diagonal length of the display (1810) can be 50 cm or less. In addition, the display (1810) can be a touchscreen display (1810) that detects a touch gesture input by a user. The touch gesture detected by the touchscreen display (1810) can be transmitted to the processor (1840) and processed.
배터리(1820)는 모바일 기기(1800)가 동작하기 위한 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 배터리(1820)는 디스플레이(1810), 메모리(1830), 프로세서(1840), 카메라(1850), 커버, 통신부(1860), 스피커(1870)로 전력을 공급할 수 있다. 배터리(1820)의 단위 셀 용량은 10Ah 이하일 수 있다.The battery (1820) can supply power for the mobile device (1800) to operate. For example, the battery (1820) can supply power to the display (1810), memory (1830), processor (1840), camera (1850), cover, communication unit (1860), and speaker (1870). The unit cell capacity of the battery (1820) can be 10Ah or less.
메모리(1830)는 배터리(1820)의 전기화학 모델을 저장할 수 있으며, 휘발성 메모리 및 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 휘발성 메모리의 용량은 단위 셀 기준 2 내지 8Kbyte일 수 있으며, 배터리(1820)에 포함된 단위 셀 개수에 따라 증가할 수 있다. 비휘발성 메모리의 용량은 단위 셀 기준 20 내지 10Kbyte일 수 있으며, 마찬가지로 배터리(1820)에 포함된 단위 셀 개수에 따라 증가할 수 있다.The memory (1830) can store an electrochemical model of the battery (1820) and can include volatile memory and nonvolatile memory. For example, the capacity of the volatile memory can be 2 to 8 Kbytes per unit cell and can increase according to the number of unit cells included in the battery (1820). The capacity of the nonvolatile memory can be 20 to 10 Kbytes per unit cell and can similarly increase according to the number of unit cells included in the battery (1820).
프로세서(1840)는 전기화학 모델을 이용하여 배터리(1820)의 전압을 추정할 수 있다. 또한, 프로세서(1840)는 모바일 기기(1800)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(1840)는 배터리(1820)의 추정 전압을 디스플레이(1810)에 표시할 수 있다. 프로세서(1840)는 MCU(micro controller unit)일 수 있다.The processor (1840) can estimate the voltage of the battery (1820) using an electrochemical model. In addition, the processor (1840) can control the overall operation of the mobile device (1800). For example, the processor (1840) can display the estimated voltage of the battery (1820) on the display (1810). The processor (1840) can be a micro controller unit (MCU).
모바일 기기(1800)는 PMIC를 더 포함할 수 있다. 메모리(1830)와 프로세서(1840)는 PMIC에 포함될 수 있다. 다만, 실시예가 이에 한정되지 않으며, 다른 실시예에서는 메모리(1830)와 프로세서(1840)가 PMIC에 포함되지 않을 수 있다.The mobile device (1800) may further include a PMIC. Memory (1830) and processor (1840) may be included in the PMIC. However, the embodiment is not limited thereto, and in other embodiments, memory (1830) and processor (1840) may not be included in the PMIC.
카메라(1850)는 디스플레이(1810)를 바라보는 사용자를 촬영할 수 있도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 카메라(1850)는 모바일 기기(1800)에서 디스플레이(1810)와 동일한 측면에 배치될 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않으며, 모바일 기기(1800)에서 다양한 방향으로 사진 및/또는 동영상을 촬영할 수 있다. 실시예에 따라서는, 모바일 기기(1800)는 복수의 카메라(1850)들을 포함할 수도 있다.The camera (1850) may be positioned to capture a user looking at the display (1810). For example, the camera (1850) may be positioned on the same side of the mobile device (1800) as the display (1810), but is not limited to the above-described example, and may capture pictures and/or videos in various directions on the mobile device (1800). Depending on the embodiment, the mobile device (1800) may include multiple cameras (1850).
커버는 모바일 기기(1800)에서 디스플레이(1810) 이외의 부분을 덮을 수 있다. 배터리(1820), 메모리(1830), 프로세서(1840), 통신부(1860)는 커버와 디스플레이(1810) 사이에 배치될 수 있다.The cover may cover a portion of the mobile device (1800) other than the display (1810). The battery (1820), memory (1830), processor (1840), and communication unit (1860) may be placed between the cover and the display (1810).
통신부(1860)는 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 통신부(1860)는 외부 장치로부터 수신된 데이터를 프로세서(1840)로 전달하거나, 프로세서(1840)에 의해 처리된 데이터를 상기 외부 장치로 전송할 수 있다.The communication unit (1860) can perform communication with an external device. The communication unit (1860) can transmit data received from an external device to the processor (1840) or transmit data processed by the processor (1840) to the external device.
스피커(1870)는 모바일 기기(1800)의 동작에 따른 사운드를 출력할 수 있도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 스피커(1870)는 디스플레이(1810)를 바라보는 사용자로 사운드를 출력하도록 디스플레이(1810)와 동일한 측면에 배치될 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않으며, 모바일 기기(1800)에서 다양한 방향으로 배치되어 사운드를 출력할 수 있다.The speaker (1870) may be positioned to output sound according to the operation of the mobile device (1800). For example, the speaker (1870) may be positioned on the same side as the display (1810) to output sound to a user looking at the display (1810), but is not limited to the above-described example, and may be positioned in various directions on the mobile device (1800) to output sound.
도 1 내지 도 16을 통해 기술된 사항은 도 17 및 도 18을 통해 기술된 사항에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.Since the matters described through FIGS. 1 to 16 can be applied to the matters described through FIGS. 17 and 18, a detailed description is omitted.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The embodiments described above may be implemented as hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, the devices, methods, and components described in the embodiments may be implemented using a general-purpose computer or a special-purpose computer, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA), a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing instructions and responding to them. The processing device may execute an operating system (OS) and software applications running on the OS. In addition, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For ease of understanding, the processing device is sometimes described as being used alone, but those skilled in the art will appreciate that the processing device may include multiple processing elements and/or multiple types of processing elements. For example, a processing device may include multiple processors, or a processor and a controller. Other processing configurations, such as parallel processors, are also possible.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which may configure a processing device to perform a desired operation or may independently or collectively command the processing device. The software and/or data may be permanently or temporarily embodied in any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, or transmitted signal waves, for interpretation by the processing device or for providing instructions or data to the processing device. The software may also be distributed over network-connected computer systems and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on a computer-readable recording medium.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 저장할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. The method according to the embodiment may be implemented in the form of program commands that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may store program commands, data files, data structures, etc., alone or in combination, and the program commands recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiment or may be those known to and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, and hardware devices specially configured to store and execute program commands such as ROMs, RAMs, and flash memories. Examples of program commands include not only machine language codes generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, etc.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on them. For example, even if the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or are replaced or substituted by other components or equivalents, appropriate results can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also included in the scope of the claims described below.
Claims (33)
배터리에 연결된 센서로부터 상기 배터리의 측정 전압을 획득하는 단계;
메모리에 저장된 전기화학 모델로부터 상기 배터리의 추정 전압을 획득하는 단계;
보정 적용의 수행 및 비수행에 각각 대응하는 온 상태와 오프 상태 사이에서 전기화학 모델에 대한 보정을 선택적으로 적용하는 단계;
상기 측정 전압 및 상기 추정 전압을 이용하여, 상기 배터리의 열화 변화량을 추정하는 단계; 및
상기 추정된 열화 변화량을 이용하여, 상기 전기화학 모델의 열화 파라미터를 업데이트하는 단계
를 포함하고,
상기 열화 변화량을 추정하는 단계는 상기 오프 상태에서 수행되는,
배터리 상태 추정 방법.
In a battery state estimation method executed by a processor,
A step of obtaining a measurement voltage of the battery from a sensor connected to the battery;
A step of obtaining an estimated voltage of the battery from an electrochemical model stored in memory;
A step of selectively applying a correction to the electrochemical model between the on and off states, each corresponding to performing and not performing the correction application;
A step of estimating the amount of deterioration change in the battery by using the measured voltage and the estimated voltage; and
A step of updating the deterioration parameters of the electrochemical model using the estimated deterioration change amount.
Including,
The step of estimating the above deterioration change amount is performed in the off state.
How to estimate battery status.
상기 열화 변화량을 추정하는 단계는
상기 배터리의 추정 전압과 상기 배터리의 측정 전압 간 응답 특성 차이를 이용하여 상기 열화 변화량을 추정하는,
배터리 상태 추정 방법.
In the first paragraph,
The step of estimating the above deterioration change amount is
Estimating the amount of deterioration change by using the difference in response characteristics between the estimated voltage of the battery and the measured voltage of the battery.
How to estimate battery status.
상기 열화 변화량을 추정하는 단계는
상기 배터리의 상기 추정 전압의 변화량과 상기 측정 전압의 변화량 및 전류 변화량에 기초하여 저항 증가량을 결정하고, 상기 저항 증가량에 기초하여 음극 SEI 저항의 변화량을 상기 열화 변화량으로 결정하는,
배터리 상태 추정 방법.
In the second paragraph,
The step of estimating the above deterioration change amount is
The amount of resistance increase is determined based on the amount of change in the estimated voltage of the battery, the amount of change in the measured voltage, and the amount of change in current, and the amount of change in the negative SEI resistance is determined as the amount of deterioration change based on the amount of resistance increase.
How to estimate battery status.
상기 열화 변화량을 추정하는 단계는
상기 배터리의 방전에 따른 상기 추정 전압의 응답 특성과 상기 측정 전압의 응답 특성 간 비율을 상기 열화 변화량으로 결정하는,
배터리 상태 추정 방법.
In the second paragraph,
The step of estimating the above deterioration change amount is
The ratio between the response characteristics of the estimated voltage and the response characteristics of the measured voltage according to the discharge of the battery is determined as the amount of change in deterioration.
How to estimate battery status.
상기 응답 특성들 간 비율은
상기 배터리의 사용 구간 내 두 지점들에서의 추정 전압들로부터 결정된 기울기 및 측정 전압들로부터 결정된 기울기 간 비율; 및
상기 배터리의 사용 구간 내 두 지점들 사이의 추정 전압들로부터 결정된 면적 및 측정 전압들로부터 결정된 면적 간 비율
중 어느 하나인,
배터리 상태 추정 방법.
In paragraph 4,
The ratio between the above response characteristics is
The ratio between the slope determined from the estimated voltages at two points within the usage range of the battery and the slope determined from the measured voltages; and
The ratio between the area determined from estimated voltages and the area determined from measured voltages between two points within the usage range of the above battery.
One of them,
How to estimate battery status.
상기 배터리의 사용 구간 내 두 지점들은
상기 전기화학 모델에 대한 보정기의 오프 상태 구간의 시작점과 종료점에 해당하거나, 또는
상기 오프 상태 구간 내에서 상기 배터리의 전류 변화가 미리 정해진 제1 임계치 이하인 구간에 속하는,
배터리 상태 추정 방법.
In paragraph 5,
The two points within the above battery usage period are
Corresponds to the start and end points of the off-state interval of the compensator for the above electrochemical model, or
In the above off state section, the current change of the battery falls within a section below a first threshold value set in advance.
How to estimate battery status.
상기 열화 변화량을 추정하는 단계는
상기 전기화학 모델에 대한 보정기가 오프 상태로 제어되는 경우에 응답하여 상기 열화 변화량을 추정하는,
배터리 상태 추정 방법.
In the second paragraph,
The step of estimating the above deterioration change amount is
Estimating the amount of deterioration change in response to the case where the compensator for the above electrochemical model is controlled to the off state,
How to estimate battery status.
상기 전기화학 모델에서 추정된 배터리의 상태 정보를 이용하여, 상기 전기화학 모델에 대한 보정기의 동작 상태를 제어하는 단계
를 더 포함하는
배터리 상태 추정 방법.
In the first paragraph,
A step of controlling the operating state of a compensator for the electrochemical model by using the battery state information estimated from the electrochemical model.
Including more
How to estimate battery status.
상기 동작 상태를 제어하는 단계는
상기 배터리의 상태 정보, 이온농도 및 활물질 용량 중 어느 하나가 미리 정해진 제2 임계치보다 크거나 미리 정해진 제1 범위에 속하는 경우에 응답하여 상기 보정기를 오프 상태로 제어하는,
배터리 상태 추정 방법.
In Article 8,
The steps for controlling the above operating state are:
Controlling the compensator to an off state in response to a case where any one of the state information of the battery, the ion concentration and the active material capacity is greater than a predetermined second threshold or falls within a predetermined first range;
How to estimate battery status.
상기 동작 상태를 제어하는 단계는
상기 배터리의 음극 OCP의 변화가 미리 정해진 제3 임계치 이하이면서, 상기 배터리의 양극 OCP의 변화가 미리 정해진 제4 임계치 이상인 구간에 상기 배터리의 상태 정보, 이온농도 및 활물질 용량 중 어느 하나가 대응한다면, 상기 보정기를 오프 상태로 제어하는,
배터리 상태 추정 방법.
In Article 8,
The steps for controlling the above operating state are:
If any one of the state information, ion concentration and active material capacity of the battery corresponds to a section in which the change in the negative OCP of the battery is below a predetermined third threshold and the change in the positive OCP of the battery is above a predetermined fourth threshold, the compensator is controlled to an off state.
How to estimate battery status.
상기 열화 변화량을 추정하는 단계는
상기 보정기가 온 상태로 제어되는 경우에 응답하여, 상기 보정기에 의해 상기 상태 정보가 보정되는 정도를 상기 열화 변화량으로 결정하는,
배터리 상태 추정 방법.
In Article 8,
The step of estimating the above deterioration change amount is
In response to the above compensator being controlled to the on state, the degree to which the state information is corrected by the compensator is determined by the amount of deterioration change.
How to estimate battery status.
상기 동작 상태를 제어하는 단계는
상기 배터리의 상태 정보, 이온농도 및 활물질 용량 중 어느 하나가 미리 정해진 제5 임계치보다 작거나 미리 정해진 제2 범위에 속하는 경우에 응답하여 상기 보정기를 온 상태로 제어하는,
배터리 상태 추정 방법.
In Article 8,
The steps for controlling the above operating state are:
Controlling the compensator to an on state in response to a case where any one of the state information of the battery, the ion concentration and the active material capacity is less than a predetermined fifth threshold or falls within a predetermined second range;
How to estimate battery status.
상기 동작 상태를 제어하는 단계는
상기 배터리의 음극 OCP의 변화가 미리 정해진 제6 임계치 이상인 구간에 상기 배터리의 상태 정보, 이온농도 및 활물질 용량 중 어느 하나가 대응한다면, 상기 보정기를 온 상태로 제어하는,
배터리 상태 추정 방법.
In Article 8,
The steps for controlling the above operating state are:
If any one of the state information, ion concentration and active material capacity of the battery corresponds to a section where the change in the negative OCP of the battery exceeds a predetermined sixth threshold, the compensator is controlled to be in the on state.
How to estimate battery status.
상기 열화 변화량을 상기 메모리에 저장하는 단계
를 더 포함하고,
상기 열화 파라미터를 업데이트하는 단계는
상기 열화 파라미터에 대한 업데이트 조건에 도달되는 경우에 응답하여, 상기 메모리에 저장된 하나 이상의 열화 변화량을 이용하여 상기 열화 파라미터를 업데이트하는,
배터리 상태 추정 방법.
In the first paragraph,
A step of storing the above deterioration change amount in the above memory.
Including more,
The step of updating the above deterioration parameters is
In response to reaching an update condition for the above deterioration parameter, updating the deterioration parameter using one or more deterioration changes stored in the memory.
How to estimate battery status.
상기 업데이트 조건은
상기 배터리의 사이클 수, 누적 사용용량, 누적 사용시간 및 상기 메모리에 저장된 열화 변화량의 개수 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 따라 결정되는,
배터리 상태 추정 방법.
In Article 14,
The above update conditions are
Determined based on one or more combinations of the number of cycles of the battery, the accumulated usage capacity, the accumulated usage time, and the number of deterioration changes stored in the memory.
How to estimate battery status.
상기 열화 파라미터는
상기 배터리에 대한 음극의 SEI 저항, 양극 활물질의 용량 및 전극 밸런스 시프트(electrode balance shift) 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는,
배터리 상태 추정 방법.
In the first paragraph,
The above deterioration parameters are
A combination of one or more of SEI resistance of the negative electrode, capacity of the positive electrode active material, and electrode balance shift for the battery.
How to estimate battery status.
상기 업데이트된 열화 파라미터가 적용된 전기화학 모델을 이용하여, 상기 배터리의 상태 정보를 추정하는 단계
를 더 포함하는
배터리 상태 추정 방법.
In the first paragraph,
A step of estimating the state information of the battery using an electrochemical model to which the updated deterioration parameters are applied.
Including more
How to estimate battery status.
A computer-readable recording medium storing a computer program for executing any one of the methods of claims 1 to 17.
상기 배터리의 전압을 측정하는 센서; 및
상기 배터리의 측정 전압 및 상기 전기화학 모델로부터 획득한 추정 전압을 이용하여 상기 배터리의 열화 변화량을 오프 상태에서 추정하고,
상기 전기화학 모델에 대한 보정을 선택적으로 적용하고,
상기 열화 변화량을 이용하여 상기 전기화학 모델의 열화 파라미터를 업데이트하는 프로세서
를 포함하고,
상기 보정에 대한 선택적 적용의 동작 상태는 상기 보정 적용의 수행 및 비수행에 각각 대응하는 온 상태와 오프 상태를 포함하는,
배터리 상태 추정 장치.
A memory that stores an electrochemical model corresponding to a battery;
a sensor for measuring the voltage of the above battery; and
The deterioration change amount of the battery is estimated in the off state using the measured voltage of the battery and the estimated voltage obtained from the electrochemical model,
Optionally apply corrections to the above electrochemical model,
A processor that updates the deterioration parameters of the electrochemical model using the above deterioration change amount.
Including,
The operational state of the optional application for the above correction includes an on state and an off state corresponding to the performance and non-performance of the application of the above correction, respectively.
Battery condition estimation device.
상기 디스플레이에 전력을 공급하는 배터리;
상기 배터리의 전기화학 모델을 저장하는 메모리; 및
상기 전기화학 모델을 이용하여 상기 배터리의 전압을 추정하고,
상기 전기화학 모델을 이용하여 추정된 상기 배터리의 상태 정보에 기초하여, 상기 전기화학 모델에 대한 보정 적용의 수행 및 비수행 각각 대응하는 온 상태와 오프 상태 사이에서 동작 상태를 선택적으로 설정하도록 제어하고,
상기 오프 상태에서, 상기 온 상태에서 상기 배터리의 상기 상태 정보가 어느 정도 보정되었는지 판단하는 프로세서
를 포함하는
모바일 기기.
display;
A battery that powers the above display;
a memory storing an electrochemical model of the battery; and
Using the above electrochemical model, the voltage of the battery is estimated,
Based on the state information of the battery estimated using the electrochemical model, the operation state is selectively set between the on state and the off state corresponding to the performance and non-performance of the correction application for the electrochemical model, respectively.
A processor that determines to what extent the status information of the battery has been corrected in the above off state and in the above on state.
Including
Mobile devices.
상기 디스플레이의 대각선 길이는 10cm 내지 70cm 인,
모바일 기기.
In Article 20,
The diagonal length of the above display is 10 cm to 70 cm,
Mobile devices.
상기 디스플레이의 대각선 길이는 50cm 이하인,
모바일 기기.
In Article 21,
The diagonal length of the above display is less than 50 cm,
Mobile devices.
상기 배터리의 단위 셀 용량은 10Ah 이하인,
모바일 기기.
In Article 20,
The unit cell capacity of the above battery is 10Ah or less,
Mobile devices.
상기 프로세서는 MCU(micro controller unit)인,
모바일 기기.
In Article 20,
The above processor is a micro controller unit (MCU).
Mobile devices.
상기 메모리에 포함된 휘발성 메모리의 용량은 단위 셀 기준 2 내지 8Kbyte인,
모바일 기기.
In Article 20,
The capacity of the volatile memory included in the above memory is 2 to 8 Kbytes per unit cell.
Mobile devices.
상기 메모리에 포함된 비휘발성 메모리의 용량은 단위 셀 기준 20 내지 100Kbyte인,
모바일 기기.
In Article 20,
The capacity of the nonvolatile memory included in the above memory is 20 to 100 Kbytes per unit cell.
Mobile devices.
상기 모바일 기기는 PMIC(power management integrated circuit)을 더 포함하고,
상기 메모리와 상기 프로세서는 상기 PMIC에 포함된,
모바일 기기.
In Article 20,
The above mobile device further includes a PMIC (power management integrated circuit),
The above memory and the above processor are included in the PMIC,
Mobile devices.
상기 모바일 기기는 PMIC를 더 포함하고,
상기 메모리와 상기 프로세서는 상기 PMIC에 포함되지 않는,
모바일 기기.
In Article 20,
The above mobile device further comprises a PMIC,
The above memory and the above processor are not included in the PMIC,
Mobile devices.
상기 모바일 기기는 카메라를 더 포함하고,
상기 카메라는 상기 디스플레이를 바라보는 사용자를 촬영할 수 있도록 배치된,
모바일 기기.
In Article 20,
The above mobile device further comprises a camera,
The above camera is positioned to capture a user looking at the above display.
Mobile devices.
상기 모바일 기기는 커버를 더 포함하고,
상기 배터리, 메모리 및 프로세서는 상기 커버와 상기 디스플레이 사이에 배치된,
모바일 기기.
In Article 20,
The above mobile device further comprises a cover,
The above battery, memory and processor are placed between the cover and the display.
Mobile devices.
상기 디스플레이는 사용자로부터 입력된 터치 제스처를 감지하는 터치스크린 디스플레이인,
모바일 기기.
In Article 20,
The above display is a touchscreen display that detects touch gestures input from a user.
Mobile devices.
상기 모바일 기기는 외부 장치와 통신을 수행하는 통신부를 더 포함하고,
상기 통신부는 상기 외부 장치로부터 수신된 데이터를 상기 프로세서로 전달하거나, 상기 프로세서에 의해 처리된 데이터를 상기 외부 장치로 전송하는,
모바일 기기.
In Article 20,
The above mobile device further includes a communication unit that performs communication with an external device,
The above communication unit transmits data received from the external device to the processor, or transmits data processed by the processor to the external device.
Mobile devices.
상기 모바일 기기는 스피커를 더 포함하고,
상기 스피커는 상기 모바일 기기의 동작에 따른 사운드를 출력할 수 있도록 배치된,
모바일 기기.In Article 20,
The above mobile device further comprises a speaker,
The above speaker is arranged to output sound according to the operation of the mobile device.
Mobile devices.
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