KR20220006799A - Smart battery management system for fire prevention - Google Patents

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KR20220006799A
KR20220006799A KR1020200084658A KR20200084658A KR20220006799A KR 20220006799 A KR20220006799 A KR 20220006799A KR 1020200084658 A KR1020200084658 A KR 1020200084658A KR 20200084658 A KR20200084658 A KR 20200084658A KR 20220006799 A KR20220006799 A KR 20220006799A
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Abstract

Provided is a smart battery management system (S-BMS). According to an embodiment of the present invention, the S-BMS for integrally managing one or more batteries comprises: a battery state estimating module for estimating a state-of-charge (SOC) of a battery using a hybrid Kalman filter (HKF), and predicting R and C values of the battery which are state variables input to the HKF using a deep learning technique; a fire prevention information collecting module for collecting the temperature of a cell of each battery, a fire safety check item signal, and a relay contact signal; and a power control module for controlling charge/discharge of the battery by synthesizing signals from the battery state estimating module and the fire prevention information collecting module. Therefore, a fire of a battery can be prevented.

Description

화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템{Smart battery management system for fire prevention}Smart battery management system for fire prevention

본 발명은 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 정확도를 향상시킨 각 배터리의 SOC(State of charge) 추정과 수집된 배터리의 화재 예방정보를 종합하여 화재를 예방할 수 있는 스마트 배터리관리시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a smart battery management system for fire prevention, and more specifically, a smart battery management system capable of preventing fire by synthesizing the SOC (State of Charge) estimation of each battery with improved accuracy and fire prevention information of the collected batteries. It relates to a battery management system.

리튬이온 2차전지를 전원으로 하는 전기자동차, 전기선박 및 에너지저장장치와 같은 시스템에서 BMS는 시스템에 필요한 전력을 공급하는 2차전지의 안전성과 신뢰성을 보증하는 역할을 수행한다. 특히, 배터리의 수명을 연장하기 위해서는 배터리 충전상태(SOC : State Of Charge)를 정상범위(SOC 0%~100%) 내에서 일정하게 유지시켜주는 것이 중요하다. SOC가 너무 낮거나 높은 상태가 계속되면, SOC를 중간 수준으로 유지할 경우에 비하여 배터리의 열화가 빠르게 진행된다. 배터리가 과방전되면 구성부품이 열화되고, 배터리가 과충전되면 배터리가 과열되는 문제점이 있었다. 특히, 에너지저장장치에서 발생되는 화재의 경우에는 이러한 배터리 화재가 대형 화재로 확산되어 커다란 경제적 손실이 발생되는 심각한 문제점이 있었다.In systems such as electric vehicles, electric ships, and energy storage devices powered by lithium-ion secondary batteries, BMS plays a role in ensuring the safety and reliability of secondary batteries that supply power to the system. In particular, in order to extend the life of the battery, it is important to constantly maintain the state of charge (SOC) within the normal range (SOC 0% to 100%). If the SOC is too low or high, the battery deteriorates faster than when the SOC is maintained at a medium level. When the battery is over-discharged, components are deteriorated, and when the battery is over-charged, the battery is overheated. In particular, in the case of a fire occurring in an energy storage device, such a battery fire spreads to a large fire, and there is a serious problem in that a large economic loss occurs.

따라서 배터리의 잔존용량을 정확히 추정하는 것은 배터리 사용효율과 수명증대, 성능최적화, 나아가 화재 예방을 위해 반드시 필요하며, 배터리 사용 조건이 시시각각 크게 변하고, 그로 인해 배터리의 파라미터도 변화되므로 배터리 노화 정도에 따라 정확한 추정 기술이 필요하다.Therefore, accurately estimating the remaining capacity of a battery is essential for increasing battery usage efficiency and lifespan, optimizing performance, and furthermore, preventing fire. Battery usage conditions change greatly from moment to moment, and thus the parameters of the battery also change, so it depends on the degree of battery aging. Accurate estimation techniques are required.

이러한 기술로서, "배터리 상태 추정 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 컴퓨터 프로그램(등록번호 : 10-2016715)" 에서는 전류적산법(Ampere-hour Counting Method) 및 칼만 필터(Kalman Filter)를 결합(하이브리드형 칼만 필터 방법)하여 배터리의 상태 추정의 정확성을 향상시킬 수 있는 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 컴퓨터 프로그램을 개시하고 있다.As such a technology, in "Battery state estimation method, apparatus and computer program for performing the method (registration number: 10-2016715)", Ampere-hour Counting Method and Kalman Filter are combined (hybrid type) Disclosed are a method, an apparatus for performing the method, and a computer program for improving the accuracy of battery state estimation by using the Kalman filter method).

상술한 문헌에서 설명하는 바와 같이, 종래에는 전류적산법(Ampere-hour Counting)을 이용하여 배터리 SOC를 추정하는 방식이 있었다. 전류적산법은 아래의 [수학식 1]과 같이 Peukert 방정식을 이용하여 실제 전류값을 표준 전류값(standard current)으로 변환하고 그 값을 적산하는 방법으로 배터리 SOC를 측정하는 방법이다.As described in the above literature, there is a conventional method of estimating the battery SOC using an ampere-hour counting method. The current integration method is a method of measuring the battery SOC by converting an actual current value into a standard current value using the Peukert equation as shown in Equation 1 below and integrating the value.

Figure pat00001
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여기서, SOC0는 배터리 초기 충전상태, Qn은 배터리의 공칭용량, I는 시간(t)에 따른 실시간으로 배터리에 흐르는 전류, a는 Peukert 방정식에 의해 계산 및 추론하는 전류 효율인자(일반적으로 1로 설정함)이다.Here, SOC 0 is the initial state of charge of the battery, Q n is the nominal capacity of the battery, I is the current flowing through the battery in real time over time (t), and a is the current efficiency factor calculated and inferred by the Peukert equation (generally 1 set to).

이러한 전류적산법은 용이하게 구현할 수 있다는 장점이 있으나 초기치 문제와 센서 노이즈로 인한 배터리 SOC 추정 오차 누적의 문제점이 있어 배터리가 완전히 충전되는 경우에 배터리 SOC를 리셋하는 등의 정기적인 교정이 요구되었다. 즉, 배터리의 충방전 경로에 설치된 전류 센서를 통해 측정된 전류에 의해 배터리 SOC가 추정되기 때문에 전류 센서의 정확한 센싱이 매우 중요하지만, 전류 센서는 성능 저하나 퇴화 등의 원인에 의하여 실제 전류와 측정 전류의 측정값에 차이가 있는 전류 오프셋(offset)이 발생하는 문제점과 이러한 전류 오프셋의 누적으로 인하여 시간이 경과할수록 실제 배터리 SOC와 추정된 배터리 SOC 사이의 오차범위가 커지는 문제점이 있었다.This current integration method has the advantage that it can be easily implemented, but there is a problem in the accumulation of errors in the estimation of the battery SOC due to the initial value problem and the sensor noise. In other words, accurate sensing of the current sensor is very important because the battery SOC is estimated by the current measured through the current sensor installed in the charging/discharging path of the battery. There is a problem in that a current offset having a difference in the measured value of current occurs, and the error range between the actual battery SOC and the estimated battery SOC increases as time elapses due to the accumulation of the current offset.

종래의 배터리 상태 추정 장치는 도 1과 같이, 배터리의 전기화학적 특성을 반영하여 등가회로로 모델링할 수 있다. 도 1에서 E(t)는 개방 회로 전압(Open Circuit Voltage, OCV), I(t)는 전류, R1은 배터리의 내부저항, R2는 분극저항, C는 분극용량을 의미한다.A conventional apparatus for estimating a battery state may be modeled as an equivalent circuit by reflecting the electrochemical characteristics of the battery, as shown in FIG. 1 . In FIG. 1, E(t) is an open circuit voltage (OCV), I(t) is a current, R 1 is an internal resistance of a battery, R 2 is a polarization resistance, and C is a polarization capacity.

배터리의 등가회로에 대하여 키르히호프 법칙 및 전류적산법을 적용하면 아래의 [수학식 2] 내지 [수학식 5]를 얻을 수 있다.When Kirchhoff's law and current integration method are applied to the equivalent circuit of a battery, the following [Equation 2] to [Equation 5] can be obtained.

Figure pat00002
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Figure pat00003
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Figure pat00004
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Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, S(t)는 SOC 값이고, Q0는 공칭용량이며, F[S(t)]는 SOC와 OCV의 함수이다.where S(t) is the SOC value, Q 0 is the nominal capacity, and F[S(t)] is a function of SOC and OCV.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 도 2와 같이, 칼만필터(KF) 알고리즘을 이용하는 방법이 연구되었다. 칼만필터(KF)는 배터리 등가회로를 구성하고, 배터리의 SOC 및 배터리 등가회로의 분극용량과 저항을 상태 변수로 포함하는 시스템 방정식을 산출하고, 배터리의 SOC 관측값을 출력 변수로 포함하는 측정 방정식을 산출하여 배터리에 대한 측정 전류, 시스템 방정식 및 측정 방정식을 칼만필터(KF) 알고리즘에 적용하여 기 설정된 주기로 배터리의 SOC를 추정하는 단계로 이루어진다.In order to solve the above problems, a method using a Kalman filter (KF) algorithm has been studied as shown in FIG. 2 . The Kalman filter (KF) composes a battery equivalent circuit, calculates a system equation that includes the SOC of the battery and the polarization capacity and resistance of the battery equivalent circuit as state variables, and a measurement equation that includes the SOC observed value of the battery as an output variable and estimating the SOC of the battery at a preset cycle by calculating the measured current for the battery, the system equation, and the measurement equation by applying the Kalman filter (KF) algorithm.

여기서, 시스템 방정식과 측정 방정식은 각각 아래의 [수학식 6]와 [수학식 7]로 표현될 수 있다.Here, the system equation and the measurement equation may be expressed by the following [Equation 6] and [Equation 7], respectively.

Figure pat00006
Figure pat00006

Figure pat00007
Figure pat00007

여기서, S(k+1) 및 uc(k+1)은 각각 현 단계의 SOC 및 배터리의 분극 용량, 즉 SOC 및 배터리의 분극용량의 예측값이고, S(k) 및 uc(k)는 각각 이전 단계의 SOC 및 배터리 분극용량이다. 또한, I(k)는 이전의 배터리 전류를 나타내고, w1(k) 및 w2(k)는 시스템의 잡음, v(k)는 전압 측정 잡음, R1, R2 및 C는 각각 배터리 등가회로의 내부저항, 분극저항 및 분극용량이다.Here, S(k+1) and u c (k+1) are the predicted values of the SOC and the polarization capacity of the battery at the current stage, that is, the SOC and the polarization capacity of the battery, respectively, and S(k) and u c (k) are SOC and battery polarization capacity of the previous step, respectively. Also, I(k) represents the previous battery current, w 1 (k) and w 2 (k) are the noise of the system, v(k) is the voltage measurement noise, and R 1 , R 2 and C are the battery equivalents, respectively. These are the circuit's internal resistance, polarization resistance, and polarization capacity.

한편, 배터리 상태 추정의 정확성을 향상시키기 위하여 전류적산법과 칼만필터를 결합한 하이브리드 칼만필터(HKF)를 이용하여 배터리 SOC를 예측하는 방법이 연구되었다. 즉, 하이브리드 칼만필터(HKF)는 칼만필터(KF)를 이용한 SOC 예측방법 중 측정 방정식을 산출하는 단계에서 측정 전류에 전류 관측 잡음을 더 포함하여 전류적산법을 적용하고, 아래의 [수학식 8]과 같은 측정 방정식을 산출하는 것이다.Meanwhile, in order to improve the accuracy of battery state estimation, a method for predicting battery SOC using a hybrid Kalman filter (HKF) that combines a current integration method and a Kalman filter has been studied. That is, the hybrid Kalman filter (HKF) applies the current integration method by further including the current observation noise to the measured current in the step of calculating the measurement equation among the SOC prediction methods using the Kalman filter (KF), and the following [Equation 8] To calculate a measurement equation such as

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서, zk는 측정 방정식, S(t0)는 SOC 초기값, Qn은 배터리 공칭용량, H(k)는 전류 측정 잡음이다.Here, z k is the measurement equation, S(t 0 ) is the initial SOC value, Q n is the nominal battery capacity, and H(k) is the current measurement noise.

이러한 하이브리드 칼만필터(HKF)를 이용하여 정확한 SOC를 추정하기 위해서는 [수학식 3]에서 R2 및 C에 정확한 값을 대입하여 오차를 감소시키는 것이 중요하다.In order to accurately estimate SOC using such a hybrid Kalman filter (HKF), it is important to reduce errors by substituting accurate values for R 2 and C in [Equation 3].

종래에는 R2 및 C의 값을 추정하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리의 방전중에 펄스 입력을 주어 곡선의 시작점을 기준으로 V1과 V2를 측정하고, 이를 이용하여 [수학식 3]에서 입력되는 R2 및 C의 값을 연산하는 방법이 있었다.Conventionally, in order to estimate the values of R 2 and C, V 1 and V 2 are measured based on the starting point of the curve by giving a pulse input during discharging of the battery as shown in FIG. 3, and using this, [Equation 3] There was a method of calculating the values of R 2 and C input in ].

그러나 상술한 방법에 의하면 도 4(a)와 같이, 어느 점을 곡선의 시작점으로 잡느냐에 따라 그 결과가 크게 차이나 오차범위가 커지는 문제점이 있었다. 또한 배터리의 충,방전 누적으로 인한 경년변화, 성능저하 등의 환경변화 요인에 따라 R,C값이 변함에도 불구하고 이러한 환경변화 요인은 고려하지 않고, 최초 산출된 R2 및 C값을 이용하여 SOC를 계속해서 추정하므로 배터리의 충/방전 횟수가 증가할수록 SOC 예측의 신뢰도가 저하될 수 있다는 한계가 있으므로 이에 대한 새로운 기술 개발이 절실히 필요한 시점이다.However, according to the above-described method, as shown in Fig. 4(a), there is a problem in that the result is significantly different or the error range is large depending on which point is taken as the starting point of the curve. In addition, even though R and C values change according to environmental change factors such as aging and performance degradation due to the accumulation of charge and discharge of the battery, these environmental change factors are not considered, and the initially calculated R 2 and C values are used. Since the SOC is continuously estimated, there is a limit that the reliability of the SOC prediction may decrease as the number of charge/discharge of the battery increases. Therefore, it is urgently necessary to develop new technology.

KRKR 10-201671510-2016715 B1B1

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 기술로서, 하이브리드 칼만필터(Hybrid Kalman Filter, HKF) 알고리즘에 입력되는 상태변수인 배터리의 R, C 값을 정확하게 추정함으로써 배터리 SOC 예측의 정확도를 향상시키고, 수집된 배터리의 화재 예방정보를 종합하여 배터리의 화재를 예방할 수 있도록 하는 새로운 형태의 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention is a technique for improving the problems of the prior art, and the accuracy of battery SOC prediction is improved by accurately estimating the R and C values of the battery, which are state variables input to a hybrid Kalman filter (HKF) algorithm. It aims to provide a smart battery management system for a new type of fire prevention that can improve and prevent battery fire by synthesizing the collected fire prevention information.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 배터리관리시스템은 하나 이상의 배터리를 통합 관리하는 스마트 배터리관리시스템(Smart Battery Management System, S-BMS)에 있어서, 하이브리드 칼만필터(Hybrid Kalman Filter, HKF)를 이용하여 배터리 상태(State Of Charge, SOC)를 추정하되, 상기 하이브리드 칼만필터에 입력되는 상태변수인 배터리의 R, C 값을 딥러닝 기법으로 예측하는 배터리 상태 추정모듈; 상기 각 배터리의 셀의 온도, 화재 안전점검 항목 신호, 릴레이 접점 신호를 수집하는 화재 예방정보 수집모듈; 및 상기 배터리 상태 추정모듈 및 상기 화재 예방정보 수집모듈의 신호를 종합하여 배터리의 충/방전을 제어하는 전력제어모듈;을 포함하여 구성되는 것을 기술적 요지로 한다.In order to achieve the above object, a smart battery management system according to an embodiment of the present invention is a smart battery management system (S-BMS) for integrated management of one or more batteries, a hybrid Kalman filter (Hybrid Kalman) a battery state estimation module for estimating a state of charge (SOC) using a filter, HKF), and predicting R and C values of the battery, which are state variables input to the hybrid Kalman filter, using a deep learning technique; a fire prevention information collection module for collecting the cell temperature of each battery, a fire safety check item signal, and a relay contact signal; and a power control module for controlling charging/discharging of a battery by synthesizing signals from the battery state estimation module and the fire prevention information collection module.

이러한 스마트 배터리관리시스템의 상기 배터리 상태 추정모듈은, 전체 배터리 중에서 샘플링된 n개의 샘플링 배터리의 R, C값들을 계측하는 제1-1 단계; 상기 계측된 R, C값들을 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 통해 각 샘플링 배터리의 SOCn를 산출하는 제2-1 단계; 샘플링 배터리의 SOCn을 이상적인 SOC와 비교하여 최적 근사값 SOC을 찾는 제3-1 단계; 및 상기 최적 근사값 SOC의 R, C값을 전체 배터리의 R, C 값으로 정하는 제4-1 단계;의 알고리즘을 수행하여 상기 샘플링 배터리의 R, C 계측값들과 연산된 최적 R, C값을 누적하여 빅데이터를 획득하고, 상기 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하여, 딥러닝 알고리즘을 통해 최적의 R, C값 및 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행한 각 배터리의 SOC를 예측하는 것을 특징으로 한다. (이상적인 SOC : 배터리 설계값에 의해 계산되는 최적값 또는 실험으로 추정되는 최적값)The battery state estimating module of the smart battery management system includes: a 1-1 step of measuring R and C values of n sampled batteries from among all batteries; a step 2-1 of calculating the SOC n of each sampling battery through a hybrid Kalman filter algorithm using the measured R and C values as input state variables; Step 3-1, comparing the SOC n of the sampling battery with the ideal SOC to find an optimal approximate value SOC; and step 4-1 of determining the R and C values of the optimal approximate value SOC as R and C values of the entire battery to obtain the calculated optimal R and C values with the R and C measured values of the sampling battery. SOC of each battery that accumulates big data, performs a deep learning algorithm using the big data, and performs a hybrid Kalman filter algorithm using the optimal R and C values and these as input state variables through the deep learning algorithm It is characterized by predicting (Ideal SOC: The optimal value calculated by the battery design value or the optimal value estimated by experiment)

이러한 스마트 배터리관리시스템의 상기 배터리 상태 추정모듈은, 전체 배터리 중에서 샘플링된 1개의 샘플링 배터리의 R, C값들을 계측하는 제1-2 단계; 상기 계측된 R, C값 및 계측된 R, C 값에 미소증분값 ΔR, ΔC를 m차 가감한 Rm, Cm을 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 통해 샘플링 배터리의 SOCm를 산출하는 제2-2 단계; 샘플링 배터리의 SOCm를 이상적인 SOC와 비교하여 최적 근사값 SOC을 찾는 제3-2 단계; 및 상기 최적 근사값 SOC의 R, C값을 전체 배터리의 R, C 값으로 정하는 제4-2 단계;의 알고리즘을 수행하여 상기 샘플링 배터리에 대한 최적 R, C값을 누적하여 빅데이터를 획득하고, 상기 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하여, 딥러닝 알고리즘을 통해 최적의 R, C값 및 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행한 각 배터리의 SOC를 예측하는 것을 특징으로 한다. (이상적인 SOC : 배터리 설계값에 의해 계산되는 최적값 또는 실험으로 추정되는 최적값)The battery state estimation module of the smart battery management system includes: a 1-2 step of measuring R and C values of one sampling battery sampled from among all batteries; SOC m of a sampling battery is calculated through a hybrid Kalman filter algorithm using R m , C m obtained by adding or subtracting minute increment values ΔR and ΔC to the measured R and C values and the measured R and C values by m as input state variables Step 2-2 to do; a step 3-2 of comparing the SOC m of the sampling battery with the ideal SOC to find an optimal approximate value SOC; and step 4-2 of determining the R and C values of the optimal approximate value SOC as the R and C values of the entire battery to accumulate the optimal R and C values for the sampling battery to obtain big data, It is characterized in that the deep learning algorithm is performed using the big data, and the SOC of each battery subjected to the hybrid Kalman filter algorithm using the optimal R and C values and these as input state variables through the deep learning algorithm is predicted. (Ideal SOC: The optimal value calculated by the battery design value or the optimal value estimated by experiment)

이러한 스마트 배터리관리시스템의 상기 배터리 상태 추정모듈은, 배터리 샘플링 시간이 배터리 설치 초기인 것을 특징으로 한다.The battery state estimation module of the smart battery management system is characterized in that the battery sampling time is the initial stage of battery installation.

이러한 스마트 배터리관리시스템의 상기 배터리 상태 추정모듈은, 배터리 샘플링이 배터리 설치 후 주기적 반복 실시되어 배터리 사용 시간에 따른 최적 R, C 값을 경년변화 빅데이터로 획득하고, 상기 경년변화 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하여, 딥러닝 알고리즘을 통해 배터리 사용에 따라 변화되는 최적의 R, C값 및 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행한 각 배터리의 SOC를 예측하는 것을 특징으로 한다.The battery state estimation module of such a smart battery management system performs battery sampling periodically after battery installation to obtain optimal R and C values according to battery usage time as secular big data, and uses the secular change big data It is characterized in that the deep learning algorithm is performed, and the SOC of each battery subjected to the hybrid Kalman filter algorithm using the optimal R and C values that change according to the use of the battery through the deep learning algorithm as an input state variable is predicted.

이러한 스마트 배터리관리시스템의 상기 화재 안전점검 항목 신호는, 전원신호, 지락검출차단(GPT)신호, 전력변환장치(PCS)신호, 서지보호장치(SPD)신호, 절연감시장치(IMD)신호, 과전류차단(Fuse)신호 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.The fire safety check item signal of this smart battery management system is a power signal, a ground fault detection and interruption (GPT) signal, a power conversion device (PCS) signal, a surge protection device (SPD) signal, an insulation monitoring device (IMD) signal, an overcurrent It is characterized in that it includes any one or more of the blocking (Fuse) signals.

이러한 스마트 배터리관리시스템의 상기 전력제어모듈은, 상기 각 배터리에서 화재위험을 감지하면 해당 배터리의 접속을 차단시키는 것을 특징으로 한다.The power control module of such a smart battery management system, when detecting a fire risk in each battery, it is characterized in that the connection of the battery is cut off.

본 발명에 의한 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템에 의하면, 칼만필터 알고리즘 적용 시 입력되는 상태변수인 배터리의 R, C 값을 딥러닝을 통해 예측하므로 상태변수인 배터리의 R, C 값 추정의 정확도를 향상시킬 수 있고, 이에 따라 SOC 예측의 오차범위가 축소되어 SOC 예측의 정확도 향상을 도모할 수 있다.According to the smart battery management system for fire prevention according to the present invention, since the R and C values of the battery, which are input state variables, are predicted through deep learning when the Kalman filter algorithm is applied, the accuracy of estimating the R and C values of the battery as the state variables can be improved, and thus the error range of SOC prediction is reduced, thereby improving the accuracy of SOC prediction.

따라서 SOC 예측 오류로 인하여 배터리가 지속적으로 과충전 또는 과방전되고, 배터리의 스트레스 누적으로 인한 과열이 화재로 이어지는 문제를 사전에 예방하고 차단할 수 있다.Accordingly, it is possible to prevent and block problems in which the battery is continuously overcharged or overdischarged due to an SOC prediction error, and overheating due to the accumulation of stress in the battery leads to a fire.

배터리에서 화재가 발생될 수 있는 다양한 신호를 수집하고, 배터리 SOC 예측 정보와 종합하여 배터리의 화재를 예방할 수 있도록 하는 효과가 있다.It has the effect of collecting various signals that can cause a fire in the battery and combining it with battery SOC prediction information to prevent battery fire.

추가로, 본 발명에 의한 스마트 배터리관리시스템을 통하여 배터리 전류, 전압, 온도 등의 상태를 실시간으로 모니터링하여 잔존 용량 및 교체시기를 예측하여 시스템 제어에 활용 및 배터리의 성능 균등제어를 통한 배터리 수명을 확보할 수 있고, 배터리 보호와 자가진단을 통한 시스템 신뢰성과 안전성을 확보하여 유지비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.In addition, through the smart battery management system according to the present invention, the state of the battery current, voltage, temperature, etc. is monitored in real time to predict the remaining capacity and replacement time to be utilized for system control and to improve battery life through equalization control of battery performance. It has the advantage of reducing maintenance costs by securing system reliability and safety through battery protection and self-diagnosis.

도 1은 배터리의 전기화학적 특성을 반영한 등가회로도.
도 2는 종래의 칼만필터(KF) 알고리즘 순서도.
도 3은 종래에 R2 및 C의 값을 추정하기 위하여 배터리의 방전시 펄스 입력을 주었을 때 시간-전압 그래프.
도 4는 종래의 하이브리드 칼만필터(HKF)와 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 기법을 이용한 배터리 SOC 예측 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 배터리관리시스템의 블록도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 SOC 예측 알고리즘 블록도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 SOC 예측 알고리즘 블록도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 안전점검 항목 데이터 수집을 위한 최적 구성도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 배터리관리시스템의 구성도.
1 is an equivalent circuit diagram reflecting the electrochemical characteristics of a battery.
2 is a flowchart of a conventional Kalman filter (KF) algorithm.
3 is a conventional time-voltage graph when a pulse input is applied during discharging of a battery in order to estimate the values of R 2 and C;
4 is a battery SOC prediction graph using a conventional hybrid Kalman filter (HKF) and a deep learning technique according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram of a smart battery management system according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram of a battery SOC prediction algorithm according to an embodiment of the present invention.
7 is a block diagram of a battery SOC prediction algorithm according to another embodiment of the present invention.
8 is an optimal configuration diagram for collecting fire safety check item data according to an embodiment of the present invention.
9 is a block diagram of a smart battery management system according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 9에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 BMS, SOC, 칼만필터 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings 1 to 9. On the other hand, in the drawings and detailed description, drawings and descriptions of configurations and actions that can be easily recognized by those skilled in the art from general BMS, SOC, Kalman filter, etc. are simplified or omitted. In particular, in the drawings and detailed descriptions, detailed descriptions and illustrations of specific technical configurations and actions of elements not directly related to the technical features of the present invention are omitted, and only the technical configurations related to the present invention are briefly illustrated or described. did

본 발명의 실시예에 따른 화재 에방을 위한 스마트 배터리관리시스템은 도 5와 같이, 배터리 상태 추정모듈(100), 화재 예방정보 수집모듈(200) 및 전력제어모듈(300)을 포함하여 구성된다.The smart battery management system for fire prevention according to an embodiment of the present invention is configured to include a battery state estimation module 100 , a fire prevention information collection module 200 , and a power control module 300 as shown in FIG. 5 .

배터리 상태 추정모듈(100)은 배터리 SOC를 예측한다.The battery state estimation module 100 predicts the battery SOC.

상술한 "배터리 상태 추정 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 컴퓨터 프로그램(등록번호 : 10-2016715)"에 의하면 도 4(a)와 같이, 어느 점을 곡선의 시작점으로 잡느냐에 따라 그 결과가 크게 차이나 오차범위가 커지는 문제점이 있었고, 배터리의 충,방전 누적으로 인한 경년변화, 성능저하 등의 환경변화 요인을 고려하여야 한다.According to the above-mentioned "Battery state estimation method, apparatus and computer program for performing the method (registration number: 10-2016715)", as shown in FIG. 4(a), the result greatly depends on which point is taken as the starting point of the curve There was a problem that the difference or error range increased, and environmental change factors such as aging and performance degradation due to the accumulation of charging and discharging of the battery should be considered.

따라서 본 발명의 실시예에서는 충,방전 횟수와 그에따른 배터리의 환경변화를 고려한 딥러닝 기법을 이용하여 도 3의 다양한 지점에서 이러한 V1과 V2를 측정하고, 그에 따른 R2 및 C의 값을 연산하여 가장 적합한 값을 선정하도록 함으로써 도 4(b)와 같이, SOC 예측의 오차범위를 감소시킬 수 있는 것이다. Therefore, in the embodiment of the present invention, these V 1 and V 2 are measured at various points in FIG. 3 using a deep learning technique that considers the number of charging and discharging and the environmental change of the battery, and the values of R 2 and C accordingly By calculating and selecting the most suitable value, it is possible to reduce the error range of SOC prediction as shown in FIG. 4(b).

즉, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 SOC 예측 알고리즘은 도 6과 같이 나타내어 질 수 있다. 전체 배터리 중에서 샘플링된 n개의 샘플링 배터리의 R, C값을 계측하고, 계측된 R, C값들을 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 통해 각 샘플링 배터리의 SOCn를 산출한다. 이렇게 산출된 SOCn를 배터리 설계값에 의해 계산되는 최적값 또는 실험으로 추정되는 최적값으로 선택되는 이상적인 SOC와 비교하여 최적 근사값 SOC를 찾고, 최적 근사값 SOC의 R, C값을 전체 배터리의 R, C값으로 정한다.That is, the battery SOC prediction algorithm according to the embodiment of the present invention may be represented as shown in FIG. 6 . The R and C values of n sampling batteries sampled among all batteries are measured, and the SOC n of each sampling battery is calculated through a hybrid Kalman filter algorithm using the measured R and C values as input state variables. By comparing the calculated SOC n with the ideal SOC selected as the optimal value calculated by the battery design value or the optimal value estimated by experimentation, the optimal approximate value SOC is found, and the R and C values of the optimal approximate value SOC are calculated as R and C values of the entire battery. set to the value of C.

이때, 샘플링 배터리의 R, C계측값들과 연산된 최적 R, C값을 누적하여 빅데이터를 획득할 수 있다. 획득한 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하며, 이를 통해 최적의 R, C값 및 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행하면 실제 예측하고자 하는 전체 배터리에 대하여 각 SOC를 예측할 수 있게 되는 것이다.In this case, big data may be obtained by accumulating the R and C measured values of the sampling battery and the calculated optimal R and C values. A deep learning algorithm is performed using the acquired big data, and by performing the hybrid Kalman filter algorithm using the optimal R and C values and these as input state variables, each SOC can be predicted for the entire battery to be predicted. will become

이러한 배터리 SOC 예측 기법을 활용함으로써 더욱 정밀한 예측이 가능하고, 입력되는 상태변수의 최적값을 자동 추출하므로 사용자의 편의성을 도모할 수 있다.By using this battery SOC prediction technique, more precise prediction is possible, and the user's convenience can be promoted because the optimum value of the input state variable is automatically extracted.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 SOC 예측 알고리즘은 도 7과 같이 나타내어 질 수 있다. 먼저, 전체 배터리 중에서 샘플링된 하나의 배터리의 실측된 최초 R, C값을 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행하여 SOC1를 연산한다.A battery SOC prediction algorithm according to another embodiment of the present invention may be represented as shown in FIG. 7 . First, SOC 1 is calculated by performing a hybrid Kalman filter algorithm using the first measured R and C values of one sampled battery among all batteries as input state variables.

다음으로, 실측된 R1, C1값에 미소증분값 ΔR, ΔC를 m차 가감한 값들을 예측 Rm, Cm값으로 정하고, 수많은 예측 Rm, Cm값들을 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행하여 각 예측 Rm, Cm값에 대한 SOCm를 연산하고, 연산된 SOCm를 이상적인 SOC와 비교하여 최적 근사값 SOC를 찾고, 최적 근사값 SOC의 R, C값을 전체 배터리의 R, C값으로 정한다.Next, the values obtained by adding or subtracting minute increment values ΔR and ΔC to the measured R 1 , C 1 values by m orders are set as predicted R m , C m values, and a number of predicted R m , C m values are used as input state variables. The Kalman filter algorithm is performed to calculate the SOC m for each predicted R m , C m value, the calculated SOC m is compared with the ideal SOC to find the best-approximation SOC, and the R, C values of the best-approximation SOC are calculated for the entire battery. It is determined by R and C values.

이때, 샘플링 배터리에 대한 최적 R, C값을 누적하여 빅데이터를 획득할 수 있다. 획득한 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하며, 이를 통해 최적의 R, C값 및 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행하면 실제 예측하고자 하는 전체 배터리에 대하여 각 SOC를 예측할 수 있게 되는 것이다.In this case, big data may be obtained by accumulating optimal R and C values for the sampling battery. A deep learning algorithm is performed using the acquired big data, and by performing the hybrid Kalman filter algorithm using the optimal R and C values and these as input state variables, each SOC can be predicted for the entire battery to be predicted. will become

특히, 샘플링된 하나의 실측 데이터를 이용하여 수많은 데이터를 생성시켜 빅데이터화 함으로써 상술한 도 6과 같은 실시예의 경우보다 더욱 간단하게 SOC를 예측할 수 있다.In particular, the SOC can be predicted more simply than in the case of the above-described embodiment as shown in FIG. 6 by generating a large number of data using one sampled measured data and converting the data into big data.

배터리 상태 추정모듈(100)은 상술한 방법으로 배터리 설치 초기에 배터리의 SOC를 최초 예측하되, 배터리 샘플링이 주기적으로 반복 실시될 수 있도록 한다. 이는 배터리 사용 시간에 따라 배터리의 성능저하나 환경변화가 발생할 수 있고, 그에 따른 R, C값이 변화되기 때문에 SOC 최적값도 변화되기 때문이다.The battery state estimation module 100 initially predicts the SOC of the battery at the initial stage of battery installation by the above-described method, but enables battery sampling to be periodically and repeatedly performed. This is because the performance of the battery or environmental changes may occur depending on the battery usage time, and since the R and C values are changed accordingly, the optimal SOC value also changes.

따라서 배터리의 경년변화에 따라 배터리 샘플링이 주기적으로 반복 실시되도록 함으로써 배터리 사용 시간에 따른 최적 R, C값을 경년변화 빅데이터로 획득할 수 있다. Therefore, by periodically repeating battery sampling according to the aging of the battery, it is possible to obtain the optimal R and C values according to the battery usage time as aging big data.

도 6 또는 도 7에 도시된 방법에 의하여 전체 배터리의 각 SOC를 예측할 때 획득한 경년변화 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하면 배터리 사용에 따라 변화되는 배터리 사용 환경조건을 고려한 최적의 R, C값을 산출할 수 있고, 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행하면 각 배터리의 경년변화를 고려한 SOC를 예측할 수 있게 되는 것이다.When the deep learning algorithm is performed using the secular big data obtained when predicting each SOC of the entire battery by the method shown in FIG. 6 or 7, the optimal R, If the C value can be calculated and the hybrid Kalman filter algorithm using this value as an input state variable is performed, it is possible to predict the SOC considering the aging of each battery.

본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 배터리관리시스템은 배터리 상태 추정모듈(100)을 통해 상술한 방법으로 배터리의 SOC를 예측하는 한편, 화재 예방정보 수집모듈(200)을 통해 화재가 발생될 수 있는 위험요소를 사전에 감지한다.The smart battery management system according to an embodiment of the present invention predicts the SOC of the battery in the above-described method through the battery state estimation module 100 , while a fire may occur through the fire prevention information collection module 200 . Detect risk factors in advance.

화재 예방정보 수집모듈(200)은 전력계통에서 화재 발생 위험도가 높은 요인들을 집중적으로 점검하기 위한 것으로, 각 배터리 셀의 온도, 화재 안전점검 항목 신호, 릴레이 접점 신호를 수집한다.The fire prevention information collection module 200 is to intensively check factors having a high fire risk in the power system, and collects the temperature of each battery cell, a fire safety check item signal, and a relay contact signal.

그 중에서도 화재 안전점검 항목 신호는 아래와 같이 전원신호, 지락검출차단(GPT)신호, 전력변환장치(PCS)신호, 서지보호장치(SPD)신호, 절연감시장치(IMD)신호, 과전류차단(Fuse)신호 중 어느 하나 이상을 포함하며, 이러한 점검 항목들은 도 7과 같이 구성되어 신호가 수집될 수 있다.Among them, the fire safety inspection item signals are as follows: power signal, ground fault detection and interruption (GPT) signal, power conversion device (PCS) signal, surge protection device (SPD) signal, insulation monitoring device (IMD) signal, overcurrent cutoff (Fuse) It includes any one or more of the signals, and these check items are configured as shown in FIG. 7 to collect signals.

Figure pat00009
Figure pat00009

상술한 바와 같이, 배터리에서 화재가 발생될 수 있는 다양한 신호를 수집하고, 배터리 SOC 예측 정보와 종합하여 배터리의 화재를 예방할 수 있도록 하는 효과가 있다.As described above, there is an effect of collecting various signals that can cause a fire in the battery and combining it with battery SOC prediction information to prevent a fire in the battery.

본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 배터리관리시스템은 배터리 상태 추정모듈(100)에서 배터리의 SOC를 예측하고, 화재 예방정보 수집모듈(200)에서 화재가 발생될 수 있는 위험요소를 사전에 감지하는 한편, 화재가 발생되었을 때 확산되지 않도록 사전에 차단할 수 있도록 전력제어모듈(300)을 더 포함하여 구성된다.The smart battery management system according to an embodiment of the present invention predicts the SOC of the battery in the battery state estimation module 100 and detects risk factors that may cause a fire in the fire prevention information collection module 200 in advance. On the other hand, when a fire occurs, it is configured to further include a power control module 300 to block in advance so as not to spread.

전력제어모듈(300)은 배터리 상태 추정모듈(100) 및 화재 예방정보 수집모듈(200)의 신호를 종합하여 각 배터리의 충/방전을 제어한다. 특히, 배터리에서 화재위험을 감지하면 해당 배터리의 접속을 차단시킴으로써 화재의 확산을 방지할 수 있다.The power control module 300 controls the charging/discharging of each battery by synthesizing the signals of the battery state estimation module 100 and the fire prevention information collection module 200 . In particular, when the battery detects a fire hazard, it is possible to prevent the spread of fire by blocking the connection of the battery.

추가로, 본 발명에 의한 스마트 배터리관리시스템을 통하여 배터리 전류, 전압, 온도 등의 상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 모니터링 시스템이 더 구비된다면 관리자에 의하여 배터리의 상태가 실시간으로 모니터링되어 배터리의 잔존 용량 및 교체시기를 용이하게 예측할 수 있고, 이를 전력계통 제어에 활용하거나 배터리의 성능 균등제어를 통한 배터리 수명 확보를 통한 배터리관리시스템 신뢰성과 안전성 확보 및 유지비용 절감이 가능하다는 장점이 있다.In addition, if a monitoring system capable of monitoring the state of battery current, voltage, temperature, etc. in real time through the smart battery management system according to the present invention is further provided, the state of the battery is monitored in real time by an administrator and the remaining capacity of the battery And replacement time can be easily predicted, and this has the advantage of being able to use this for power system control or secure battery lifespan through equalization control of battery performance to secure battery management system reliability and safety and reduce maintenance costs.

또한, 화재가 발생한 후 원인을 분석하여 재발을 방지할 수 있도록 하기 위해서는 클라우드 저장장치 또는 블랙박스가 더 구비될 수도 있다. 클라우드 저장장치 또는 블랙박스는 배터리 상태 추정모듈(100)에서 전달받은 배터리 감시 데이터, 화재 예방정보 수집모듈(200)에서 전달받은 안전점검항목별 데이터, 전력제어모듈(300)에서 전달받은 배터리 충/방전 및 운용 데이터를 데이터베이스에 저장하고, 사후 확인하여 분석 가능하도록 함으로써 화재가 발생되면 그 원인을 분석하여 화재의 재발을 방지할 수 있는 것이다.In addition, a cloud storage device or a black box may be further provided in order to prevent recurrence by analyzing the cause after a fire occurs. The cloud storage device or the black box includes battery monitoring data received from the battery state estimation module 100 , data for each safety check item received from the fire prevention information collection module 200 , and battery charging/receiving data received from the power control module 300 . By storing the discharge and operation data in the database and making it possible to check and analyze afterward, when a fire occurs, the cause can be analyzed to prevent the recurrence of the fire.

최종적으로 배터리 상태 추정모듈(100), 화재 예방정보 수집모듈(200), 전력제어모듈(300), 모니터링 시스템, 클라우드 저장장치 또는 블랙박스를 포함하는 본 발명에 의한 스마트 배터리관리시스템은 도 8에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.Finally, the smart battery management system according to the present invention including a battery state estimation module 100, a fire prevention information collection module 200, a power control module 300, a monitoring system, a cloud storage device or a black box is shown in FIG. It may be configured as shown.

따라서 본 발명의 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템은, 배터리 상태 추정모듈을 통해 배터리의 경년변화를 고려하여 SOC를 정밀하게 예측함으로써 배터리의 지속적인 과충전 또는 과방전으로 의한 스트레스 누적을 방지할 수 있고, 배터리의 과열 발생을 차단할 수 있다. 또한, 배터리에서 화재가 발생될 수 있는 다양한 신호를 수집하고, 배터리 SOC 예측 정보와 종합하여 배터리의 화재 발생 위험을 사전에 예방할 수 있도록 하는 효과가 있다.Therefore, the smart battery management system for fire prevention of the present invention can prevent the accumulation of stress due to continuous overcharging or overdischarging of the battery by accurately predicting the SOC in consideration of the aging change of the battery through the battery state estimation module, It can prevent the battery from overheating. In addition, there is an effect of collecting various signals that can cause a fire in the battery and combining it with battery SOC prediction information to prevent the risk of fire in the battery in advance.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.As described above, although the smart battery management system for fire prevention according to an embodiment of the present invention has been illustrated according to the above description and drawings, this is merely an example and within the scope not departing from the technical spirit of the present invention. It will be appreciated by those skilled in the art that various changes and modifications are possible.

100: 배터리 상태 추정모듈
200: 화재 예방정보 수집모듈
300: 전력제어모듈
100: battery state estimation module
200: fire prevention information collection module
300: power control module

Claims (7)

하나 이상의 배터리를 통합 관리하는 스마트 배터리관리시스템(Smart Battery Management System, S-BMS)에 있어서,
하이브리드 칼만필터(Hybrid Kalman Filter, HKF)를 이용하여 배터리 상태(State Of Charge, SOC)를 추정하되, 상기 하이브리드 칼만필터에 입력되는 상태변수인 배터리의 R, C 값을 딥러닝 기법으로 예측하는 배터리 상태 추정모듈;
상기 각 배터리의 셀의 온도, 화재 안전점검 항목 신호, 릴레이 접점 신호를 수집하는 화재 예방정보 수집모듈; 및
상기 배터리 상태 추정모듈 및 상기 화재 예방정보 수집모듈의 신호를 종합하여 배터리의 충/방전을 제어하는 전력제어모듈;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템.
In a smart battery management system (S-BMS) for integrated management of one or more batteries,
A battery that estimates the state of charge (SOC) using a hybrid Kalman filter (HKF), but predicts R and C values of the battery, which are state variables input to the hybrid Kalman filter, using a deep learning technique state estimation module;
a fire prevention information collection module for collecting the cell temperature of each battery, a fire safety check item signal, and a relay contact signal; and
A smart battery management system for fire prevention, characterized in that it comprises a; power control module for controlling the charging/discharging of the battery by synthesizing the signals of the battery state estimation module and the fire prevention information collection module.
제1항에 있어서,
상기 배터리 상태 추정모듈은,
전체 배터리 중에서 샘플링된 n개의 샘플링 배터리의 R, C값들을 계측하는 제1-1 단계;
상기 계측된 R, C값들을 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 통해 각 샘플링 배터리의 SOCn를 산출하는 제2-1 단계;
샘플링 배터리의 SOCn을 이상적인 SOC와 비교하여 최적 근사값 SOC을 찾는 제3-1 단계; 및
상기 최적 근사값 SOC의 R, C값을 전체 배터리의 R, C 값으로 정하는 제4-1 단계;의 알고리즘을 수행하여
상기 샘플링 배터리의 R, C 계측값들과 연산된 최적 R, C값을 누적하여 빅데이터를 획득하고,
상기 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하여, 딥러닝 알고리즘을 통해 최적의 R, C값 및 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행한 각 배터리의 SOC를 예측하는 것을 특징으로 하는 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템.
(이상적인 SOC : 배터리 설계값에 의해 계산되는 최적값 또는 실험으로 추정되는 최적값)
According to claim 1,
The battery state estimation module,
Step 1-1 of measuring R and C values of n sampling batteries sampled from among all batteries;
a step 2-1 of calculating the SOC n of each sampling battery through a hybrid Kalman filter algorithm using the measured R and C values as input state variables;
Step 3-1, comparing the SOC n of the sampling battery with the ideal SOC to find an optimal approximate value SOC; and
By performing the algorithm of step 4-1; determining the R and C values of the optimal approximate value SOC as the R and C values of the entire battery.
Acquiring big data by accumulating the R, C measured values of the sampling battery and the calculated optimal R, C values,
Fire, characterized in that by performing a deep learning algorithm using the big data, predicting the SOC of each battery that has performed the hybrid Kalman filter algorithm using the optimal R and C values and these as input state variables through the deep learning algorithm Smart battery management system for prevention.
(Ideal SOC: The optimal value calculated by the battery design value or the optimal value estimated by experiment)
제1항에 있어서,
상기 배터리 상태 추정모듈은,
전체 배터리 중에서 샘플링된 1개의 샘플링 배터리의 R, C값들을 계측하는 제1-2 단계;
상기 계측된 R, C값 및 계측된 R, C 값에 미소증분값 ΔR, ΔC를 m차 가감한 Rm, Cm을 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 통해 샘플링 배터리의 SOCm를 산출하는 제2-2 단계;
샘플링 배터리의 SOCm를 이상적인 SOC와 비교하여 최적 근사값 SOC을 찾는 제3-2 단계; 및
상기 최적 근사값 SOC의 R, C값을 전체 배터리의 R, C 값으로 정하는 제4-2 단계;의 알고리즘을 수행하여
상기 샘플링 배터리에 대한 최적 R, C값을 누적하여 빅데이터를 획득하고,
상기 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하여, 딥러닝 알고리즘을 통해 최적의 R, C값 및 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행한 각 배터리의 SOC를 예측하는 것을 특징으로 하는 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템.
(이상적인 SOC : 배터리 설계값에 의해 계산되는 최적값 또는 실험으로 추정되는 최적값)
According to claim 1,
The battery state estimation module,
a 1-2 step of measuring R and C values of one sampling battery sampled from among all batteries;
SOC m of a sampling battery is calculated through a hybrid Kalman filter algorithm using R m , C m obtained by adding or subtracting minute increment values ΔR and ΔC to the measured R and C values and the measured R and C values by m as input state variables Step 2-2 to do;
a step 3-2 of comparing the SOC m of the sampling battery with the ideal SOC to find an optimal approximate value SOC; and
By performing the algorithm of step 4-2; determining the R and C values of the optimal approximate value SOC as the R and C values of the entire battery.
Acquiring big data by accumulating optimal R and C values for the sampling battery,
Fire, characterized in that by performing a deep learning algorithm using the big data, predicting the SOC of each battery that has performed the hybrid Kalman filter algorithm using the optimal R and C values and these as input state variables through the deep learning algorithm Smart battery management system for prevention.
(Ideal SOC: The optimal value calculated by the battery design value or the optimal value estimated by experiment)
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 배터리 상태 추정모듈은,
배터리 샘플링 시간이 배터리 설치 초기인 것을 특징으로 하는 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템.
4. The method of claim 2 or 3,
The battery state estimation module,
A smart battery management system for fire prevention, characterized in that the battery sampling time is at the initial stage of battery installation.
제4항에 있어서,
상기 배터리 상태 추정모듈은,
배터리 샘플링이 배터리 설치 후 주기적 반복 실시되어
배터리 사용 시간에 따른 최적 R, C 값을 경년변화 빅데이터로 획득하고,
상기 경년변화 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하여, 딥러닝 알고리즘을 통해 배터리 사용에 따라 변화되는 최적의 R, C값 및 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행한 각 배터리의 SOC를 예측하는 것을 특징으로 하는 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템.
5. The method of claim 4,
The battery state estimation module,
Battery sampling is repeated periodically after battery installation.
Acquire the optimal R and C values according to the battery usage time as secular big data,
SOC of each battery that performs a deep learning algorithm using the aging big data Smart battery management system for fire prevention, characterized in that predicting.
제1항에 있어서,
상기 화재 안전점검 항목 신호는,
전원신호, 지락검출차단(GPT)신호, 전력변환장치(PCS)신호, 서지보호장치(SPD)신호, 절연감시장치(IMD)신호, 과전류차단(Fuse)신호 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템.
According to claim 1,
The fire safety check item signal is,
Power signal, ground fault detection and cutoff (GPT) signal, power conversion device (PCS) signal, surge protection device (SPD) signal, insulation monitoring device (IMD) signal, characterized in that it includes any one or more of the overcurrent cutoff (Fuse) signal Smart battery management system for fire prevention.
제1항에 있어서,
상기 전력제어모듈은,
상기 각 배터리에서 화재위험을 감지하면 해당 배터리의 접속을 차단시키는 것을 특징으로 하는 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템.
According to claim 1,
The power control module,
A smart battery management system for fire prevention, characterized in that when each battery detects a fire risk, the connection to the corresponding battery is cut off.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102016715B1 (en) 2016-11-23 2019-10-21 한국전기연구원 Method, apparatus and computer program for estimating state of battery charge

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102016715B1 (en) 2016-11-23 2019-10-21 한국전기연구원 Method, apparatus and computer program for estimating state of battery charge

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117639184A (en) * 2024-01-25 2024-03-01 广州鑫虹兴电子有限公司 Intelligent battery management method and system
CN117639184B (en) * 2024-01-25 2024-04-05 广州鑫虹兴电子有限公司 Intelligent battery management method and system

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