KR101160541B1 - Method for remaing capacity prediction of battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전지 내부의 전하전달 특성으로부터 전지의 전압, 전류 및 온도 변화에 근거한 수학적 모델을 도출하여 활용함으로써 전지의 잔여용량을 더욱 정확하게 예측하는 전지 잔여용량 예측방법에 관한 것으로서, 구체적으로는, 충전 또는 방전 시에 전지(1)의 전압, 전류 또는 온도를 측정하는 센싱부(10); 및 방전 종지 전압과 만충전 전압 사이를 기준전압을 중심으로 낮은 전압 영역과 높은 전압 영역으로 미리 구획한 전압영역 정보를 저장하고 있으며, 전압과 전지 잔여용량의 상관관계를 낮은 전압영역 수학적 모델과 높은 전압영역 수학적 모델로 구분하여서 센싱부(10)의 측정값에 따라 전지의 잔여용량을 예측하는 추정부(20);로 전지의 잔여용량을 예측하는 전지 잔여용량 예측방법에 있어서, 센싱부(10)를 이용하여 전압, 전류 및 온도를 측정하는 센싱단계(S100); 측정한 전압값이 어느 전압영역에 속하는지 결정하는 전압영역 결정단계(S200); 결정한 전압영역에 대응되는 수학적 모델에 측정 전압값을 대입하여 전지의 잔여용량을 산출하는 전지 잔여용량 획득단계(S300); 를 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a method for estimating the remaining capacity of a battery, which more accurately predicts the remaining capacity of a battery by deriving and using a mathematical model based on changes in voltage, current, and temperature of the battery from charge transfer characteristics inside the battery. Sensing unit 10 for measuring the voltage, current or temperature of the battery (1) during charging or discharging; And voltage region information previously divided between the discharge end voltage and the full charge voltage into a low voltage region and a high voltage region centered on the reference voltage, and the correlation between the voltage and the remaining capacity of the battery is high. An estimation unit 20 predicting the remaining capacity of the battery according to the measured value of the sensing unit 10 by dividing it into a voltage domain mathematical model; Sensing step (S100) of measuring voltage, current, and temperature using; A voltage region determination step (S200) of determining which voltage region the measured voltage value belongs to; A battery remaining capacity obtaining step (S300) of calculating a remaining capacity of the battery by substituting a measured voltage value into a mathematical model corresponding to the determined voltage range; It is made, including.

Description

전지 잔여용량 예측방법{METHOD FOR REMAING CAPACITY PREDICTION OF BATTERY}How to estimate remaining battery capacity {METHOD FOR REMAING CAPACITY PREDICTION OF BATTERY}

본 발명은, 전지 내부의 전하전달 특성으로부터 전지의 전압, 전류 및 온도 변화에 근거한 수학적 모델을 도출하여 활용함으로써 전지의 잔여용량을 더욱 정확하게 예측하는 전지 잔여용량 예측방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery remaining capacity prediction method for more accurately estimating the remaining capacity of a battery by deriving and utilizing a mathematical model based on a change in voltage, current and temperature of the battery from the charge transfer characteristics inside the battery.

전지는 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 내장하여 양극과 음극 전극내부에 충전되는 전하를 방전하여 사용할 수 있게 하는 것으로서, 일회성 1차전지와 재충전하여 반복 사용할 수 있는 2차전지로 구분되며, 최근 그 수요가 급증하는 휴대용 전자제품은 물론이고 전기자동차와 같이 이동하며 사용되는 기기 및 장치에 필수적으로 요구된다.The battery has a built-in positive electrode, negative electrode, separator and electrolyte to discharge and use the charges charged in the positive electrode and negative electrode, and is divided into one-time primary battery and secondary battery that can be recharged and used repeatedly. In addition to the rapidly increasing portable electronic products, it is indispensable for the devices and devices used to move and use such as electric vehicles.

이러한 전지는 공급할 수 있는 전력량이 한정되므로 전지를 교체하거나 충전할 시점을 알 수 있어야 한다. 이와 관련하여 전지의 잔여용량을 예측하는 종래 기술들을 살펴보면 다음과 같다.These batteries are limited in the amount of power they can supply, so you need to know when to replace or recharge them. In this regard, conventional techniques for predicting the remaining capacity of a battery are as follows.

한국 공개특허 제10-2001-003508호 '2차전지 잔량 측정방법 및 그 장치'는, 전지의 열화도와 사이클수를 계산하여 전지 잔량을 예측하였다. 이에 따르면, 전지의 열화도는 설계기준용량과 실제 만충전된 용량을 비교하여 계산되고, 매 사이클마다 실제 충전된 용량과 전압을 보정하여 잔량 측정에 활용하며, 최종적으로는 사이클별 전력량 변화, 충전 전압 변화, 충전 전류변화량, 평균 온도보정 등의 자료를 활용하여 퍼지 뉴럴 네트워크를 사용하여 전지 잔량을 계산하였다. 하지만, 상기의 종래기술은 전지라는 개념 자체를 블랙박스로 놓고 입력과 출력의 결과를 활용하여 상태를 판별하는 방식을 사용하고 있어서, 전지의 내부변수에 대한 통찰이나 성능개선에 대한 정보는 얻을 수 없었다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2001-003508 'Method and Apparatus for Measuring Remaining Residual Battery' calculates battery deterioration and cycle number to predict battery residual amount. According to this, the deterioration degree of the battery is calculated by comparing the design reference capacity with the actual fully charged capacity, and it is used to measure the remaining capacity by correcting the actual charged capacity and voltage every cycle. The remaining battery capacity was calculated using fuzzy neural network using data such as voltage change, charge current change, and average temperature correction. However, the conventional technology uses a method of determining a state by using a result of an input and an output with the concept of a battery as a black box, so that insight into an internal variable of a battery or information on performance improvement can be obtained. There was no.

한국 공개특허 제10-2008-0071937호 '전지의 잔량 예측 장치'는, 전지의 개방 전압, 충전 전류 또는 방전 전류를 측정하고, 초기의 내부 임피던스값을 사용하여, 전지의 개방전압을 계산하였다. 이때 측정된 개방 전압과 계산된 개방 전압 사이의 차이를 보정한 뒤, 다시 내부 임피던스값을 보정하여 전지 잔량을 예측하였다. 하지만, 상기의 종래기술은, 한국 공개특허 제10-2001-003508호와 마찬가지로 전지를 블랙박스로 가정한 후에 측정된 전압, 전류, 임피던스 등을 사용하여 전지잔량을 예측하므로 전지내부 반응에 대한 예측이나 해석이 어려웠다.Korea Patent Publication No. 10-2008-0071937 'battery remaining amount prediction device' measures the open voltage, the charge current or the discharge current of the battery, and calculated the open voltage of the battery using the initial internal impedance value. At this time, after correcting the difference between the measured open voltage and the calculated open voltage, the internal impedance value was corrected again to predict the remaining battery capacity. However, the prior art, like the Korean Patent Application Publication No. 10-2001-003508, assumes the battery as a black box and predicts the remaining battery capacity using the measured voltage, current, and impedance, and thus predicts the internal reaction of the battery. Or difficult to interpret.

한국 공개특허 제10-1998-0010712호 '전지 잔량 예측 방법, 전지 유니트 및 전지 유니트를 사용하는 장치'는, 복수의 직렬 접속된 전지 셀 즉 전지 유니트에 대하여 전지의 잔량을 예측하고 과충전 및 과방전 방지 방법을 구현하였다. 여기서, 전지 유니트의 잔량은, 전지 유니트를 구성하는 전지셀 중 최소전압 및 최대전압 중 하나에 근거하여 산출되었다. 하지만, 상기의 종래기술은 비교적 간단하나 방전전류 또는 충전전류의 영향을 고려하지 않았으며 주위 온도에 대한 보정도 진행되지 않았다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-1998-0010712 'Method for predicting battery level, a battery unit and a device using the battery unit', predicts a battery level for a plurality of series connected battery cells, that is, a battery unit, and overcharges and overdischarges. Prevention methods were implemented. Here, the remaining amount of the battery unit was calculated based on one of the minimum voltage and the maximum voltage among the battery cells constituting the battery unit. However, the above conventional technique is relatively simple, but does not consider the influence of the discharge current or the charge current, and the correction for the ambient temperature does not proceed.

한국 공개특허 제10-2008-0097128호 '배터리 셀 밸런싱 시스템, 그 방법 및 이를 기록한 기록매체'는, 여러 개의 전지 셀들이 직렬과 병렬로 연결되었을 때 각 전지 셀들의 충전상태를 감시하고, 균일한 충전이 이루어지도록 밸런싱회로를 구성하고자 하였다. 또한, 상기의 종래기술은 전지의 전압과 전류를 측정하고, 각 전지에 유입된 전류를 누적함으로써 전지의 충전상태 즉 잔량을 계산하였다. 하지만, 상기의 종래기술도 전지내부의 상태에 대한 해석은 어렵고, 전지를 설계하거나 성능 개선에 대한 인자를 도출하기도 어려웠다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2008-0097128 'Battery Cell Balancing System, Method and Recording Medium Recording the Same', monitors the state of charge of each battery cell when several battery cells are connected in series and in parallel, The balance circuit was intended to be charged. In addition, the above-described prior art measures the voltage and current of the battery, and calculates the state of charge of the battery, that is, the remaining amount by accumulating the current flowing into each battery. However, even in the above-described prior art, it is difficult to analyze the state inside the battery, and it is difficult to design the battery or to derive the factors for improving the performance.

즉, 상기의 종래기술들은 전지 내부에서 이루어지는 전기화학적 반응에 근거하여 전지의 잔여용량을 계산하려고 하지 아니하고, 전지 자체를 블랙박스로 인식하여 전지를 사용하는 동안 변경되는 전압과 전류, 온도를 측정하여 전지의 잔여용량을 예측하고 있어서, 비교적 간단하게 잔여용량을 계산할 수는 있으나 전지의 특성에 맞게 해석하고 전지 성능을 예측하는 것이 거의 불가능하였으며, 이에 따라 매우 제한된 범위 내에서만 적용할 수 있었다.That is, the above conventional techniques do not attempt to calculate the remaining capacity of the battery based on the electrochemical reactions made in the battery, and recognize the battery itself as a black box to measure the voltage, current, and temperature that are changed while using the battery. Since the remaining capacity of the battery is predicted, the remaining capacity can be calculated relatively simply, but it is almost impossible to interpret the battery according to the characteristics of the battery and predict the battery performance. Therefore, the remaining capacity of the battery can be applied within a very limited range.

이와 같은 제한에 의해서 상기 종래기술들은, 높은 전류로 방전하는 경우 전지의 잔여용량이 20%이상 남았음에도 불구하고 갑자기 방전이 종료되는 문제점을 갖게 되었다.Due to such a limitation, the prior arts have a problem in that discharging is suddenly terminated even though the remaining capacity of the battery remains more than 20% when discharging at a high current.

KR 10-2001-0035068 A 2001.05.07.KR 10-2001-0035068 A 2001.05.07. KR 10-2008-0071937 A 2008.08.05.KR 10-2008-0071937 A 2008.08.05. KR 10-1998-0010712 A 1998.04.30.KR 10-1998-0010712 A 1998.04.30. KR 10-2008-0097128 A 2008.11.04.KR 10-2008-0097128 A 2008.11.04.

C. M. Doyle, Design and Simulation of Lithium Rechargeable Batteries, Ph. D. Dissertation, UC Berkeley, Chemical Eng., 1995. C. M. Doyle, Design and Simulation of Lithium Rechargeable Batteries, Ph. D. Dissertation, UC Berkeley, Chemical Eng., 1995. A.J. Bard, L.R. Faulkner, Electrochemical Methods, John Wiley & Sons, Inc., 1980. A.J. Bard, L.R. Faulkner, Electrochemical Methods, John Wiley & Sons, Inc., 1980.

따라서 본 발명의 목적은, 전지 내부에서 이루어지는 전기화학적 반응에 근거한 모델식을 통해 전지의 설계 및 성능개선에도 활용할 수 있으며, 특히, 낮은 값의 잔여용량도 정확한 값으로 예측할 수 있는 전지 잔여용량 예측방법을 제공하는 것이다.Therefore, an object of the present invention can be utilized to improve the design and performance of the battery through a model formula based on the electrochemical reactions made in the inside of the battery, and in particular, a method for estimating battery residual capacity that can predict a low residual capacity with an accurate value. To provide.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 충전 또는 방전 시에 전지(1)의 전압, 전류 또는 온도를 측정하는 센싱부(10); 및 방전 종지 전압과 만충전 전압 사이를 기준전압을 중심으로 낮은 전압 영역과 높은 전압 영역으로 미리 구획한 전압영역 정보를 저장하고 있으며, 전압과 전지 잔여용량의 상관관계를 낮은 전압영역 수학적 모델과 높은 전압영역 수학적 모델로 구분하여서 센싱부(10)의 측정값에 따라 전지의 잔여용량을 예측하는 추정부(20);로 전지의 잔여용량을 예측하는 전지 잔여용량 예측방법에 있어서, 센싱부(10)를 이용하여 전압, 전류 및 온도를 측정하는 센싱단계(S100); 측정한 전압값이 어느 전압영역에 속하는지 결정하는 전압영역 결정단계(S200); 결정한 전압영역에 대응되는 수학적 모델에 측정 전압값을 대입하여 전지의 잔여용량을 산출하는 전지 잔여용량 획득단계(S300); 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.The present invention to achieve the above object, the sensing unit 10 for measuring the voltage, current or temperature of the battery (1) during charging or discharging; And voltage region information previously divided between the discharge end voltage and the full charge voltage into a low voltage region and a high voltage region centered on the reference voltage, and the correlation between the voltage and the remaining capacity of the battery is high. An estimation unit 20 predicting the remaining capacity of the battery according to the measured value of the sensing unit 10 by dividing it into a voltage domain mathematical model; Sensing step (S100) of measuring voltage, current, and temperature using; A voltage region determination step (S200) of determining which voltage region the measured voltage value belongs to; A battery remaining capacity obtaining step (S300) of calculating a remaining capacity of the battery by substituting a measured voltage value into a mathematical model corresponding to the determined voltage range; Characterized in that comprises a.

높은 전압영역 수학적 모델은, The high voltage domain mathematical model is

[수학식 4] :

Figure 112010080781054-pat00001
[Equation 4]:
Figure 112010080781054-pat00001

로 하고, 낮은 전압영역 수학적 모델은, The low voltage domain mathematical model is

[수학식 5] :

Figure 112010080781054-pat00002
[Equation 5]:
Figure 112010080781054-pat00002

로 하며, 높은 전압영역 수학적 모델의

Figure 112010080781054-pat00003
와 낮은 전압영역 수학적 모델의
Figure 112010080781054-pat00004
는, 전지의 충전 또는 방전시의 전압 변화에 대한 전지 잔여용량의 변화 데이터에 근거하여 얻는 파라미터임을 특징으로 한다.Of the high voltage domain mathematical model
Figure 112010080781054-pat00003
Of low voltage domain mathematical models
Figure 112010080781054-pat00004
Is a parameter obtained based on the change data of the battery remaining capacity with respect to the voltage change during charging or discharging of the battery.

상기 전지 잔여용량 획득단계(S300)는, 지정된 표준전류별 높은 전압영역 수학적 모델과 낮은 전압영역 수학적 모델의 파라미터를 이용하여서, 센싱부(10)의 측정 전류에 근접한 표준전류의 수학적 모델로 각각 전지 잔여용량을 산출하고 산출한 전지 잔여용량을 보간법으로 측정 전류에 맞게 추정함(S320)을 특징으로 한다.The battery remaining capacity obtaining step (S300) is a mathematical model of the standard current close to the measured current of the sensing unit 10 by using the parameters of the high voltage region mathematical model and the low voltage region mathematical model for each specified standard current, respectively. The remaining capacity is calculated and the estimated battery remaining capacity is estimated according to the measured current by interpolation (S320).

상기 전지 잔여용량 획득단계(S300)는, 지정된 표준온도에 대한 높은 전압영역 수학적 모델과 낮은 전압영역 수학적 모델의 파라미터를 이용하여 전지 잔여용량을 산출한 후에, 온도 변화에 대한 전지 잔여용량 변화의 패턴 정보에 따라 센싱부(10)의 측정 온도로 보정하는 것임을 특징으로 한다.In the acquiring the remaining battery capacity step (S300), after calculating the remaining battery capacity by using the parameters of the high voltage region mathematical model and the low voltage region mathematical model for the designated standard temperature, the pattern of the battery residual capacity change with respect to the temperature change According to the information is characterized in that for correcting to the measured temperature of the sensing unit (10).

상기 전압영역 결정단계(S200)는, 기준전압을 중심으로 하는 중간 전압 영역을 지정하고, 상기 전지 잔여용량 획득단계(S300)는, 상기 높은 전압영역 수학적 모델과 낮은 전압영역 수학적 모델의 산출값을 평균하여 전지 잔여용량으로 얻는 것임을 특징으로 한다.The step of determining a voltage region (S200) designates an intermediate voltage region centered on a reference voltage, and the step of acquiring battery residual capacity (S300) includes calculating calculated values of the high voltage region mathematical model and the low voltage region mathematical model. It is characterized by obtaining on average the remaining battery capacity.

상기 센싱단계(S100)는, 단전지를 직렬연결한 조전지로 이루어진 전지(1)의 양단 전압을 측정한 후에 양단 전압을 단전지 개수로 나누어 평균한 전압으로 사용함을 특징으로 한다.In the sensing step (S100), after measuring the voltage at both ends of the battery (1) consisting of the assembled battery in series with the unit cells, the voltage at both ends is divided by the number of cells and used as the average voltage.

상기 전지 잔여용량 획득단계(S300)는, 충전시와 방전시로 구분하여 데이터화한 상기 높은 전압영역 수학적 모델과 낮은 전압영역 수학적 모델의 파라미터를 충전시와 방전시를 구분해 상기 높은 전압영역 수학적 모델과 낮은 전압영역 수학적 모델에 적용하여 전지 잔여용량을 산출함을 특징으로 한다.The battery remaining capacity acquiring step (S300), the high voltage region mathematical model by dividing the time of charging and discharging the parameters of the high voltage region mathematical model and the low voltage region mathematical model data is divided into the charging time and discharge time It is characterized by calculating the remaining capacity of the battery by applying to the low voltage region mathematical model.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명은, 하나의 모델식으로 전지 잔여용량을 산출하는 것이 아니라 산화반응 또는 환원반응의 작용에 의해서 서로 다른 충방전 패턴을 갖는 특성에 적합하게 낮은 전압영역과 높은 전압영역을 분리하여 수학적으로 모델화하므로, 더욱 정확한 수학적 모델식을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 평형상태 개로전압을 사용하지 아니하고 대신에 충전시 또는 방전시의 단자 전압을 사용하므로, 평형상태 개로전압을 측정하거나 추정할 필요가 없어 보다 간편하게 전지 잔여용량을 예측할 수 있다.Therefore, the present invention configured as described above does not calculate the battery residual capacity by one model formula, but is suitable for the characteristics having different charge and discharge patterns by the action of the oxidation reaction or the reduction reaction. By separating the domains and modeling them mathematically, not only a more accurate mathematical model can be obtained, but also the equilibrium open-circuit voltage is used instead of measuring the equilibrium open-circuit voltage. There is no need to estimate, making it easier to estimate battery remaining capacity.

또한, 본 발명은, 전지 내부에서 이루어지는 전기화학적 반응식, 즉, 버틀러-볼머(Butler-Volmer) 반응식으로부터 전지 잔여용량에 대한 수학적 모델식을 얻고, 이때 얻는 수학적 모델식은 산화반응 및 환원반응 중에 주요 반응요소를 반영한 낮은 전압영역 모델과 높은 전압영역 모델로 분리하므로 더욱 정확하게 모델화할 수 있을 뿐만 아니라 수학적 모델식에 관여하는 파라미터값의 크기로 전지의 특성도 직관적으로 고찰할 수 있고 전지의 설계 및 성능개선시에도 활용할 수 있는 장점을 갖춘다.In addition, the present invention obtains a mathematical model of the remaining capacity of the battery from the electrochemical reaction, that is, the Butler-Volmer reaction in the cell, the mathematical model obtained at this time is the main reaction during the oxidation and reduction reaction By separating the low voltage range model and the high voltage range model reflecting the elements, it is possible not only to model more accurately, but also to intuitively consider the characteristics of the battery due to the size of the parameter values involved in the mathematical model equation, and to improve the design and performance of the battery. It also has advantages that can be used in poetry.

또한, 본 발명은, 전류 보정과 온도 보정에 의해서 실제 충방전 여건에 맞게 정확한 전지 잔여용량을 예측할 수 있으며, 아울러, 충전시나 방전시에 더욱 정확도를 요구하는 낮은 전압영역과 높은 전압영역에 대해 정확한 모델을 제공하면서 중간 전압영역에 대해선 양측 전압영역의 모델식으로 평균하여 보완하므로, 전체적으로 전지 잔여용량을 예측하는 주된 목적에 부합된 적합한 모델을 제공한다.In addition, the present invention can predict the correct battery remaining capacity according to the actual charging and discharging conditions by the current correction and temperature correction, and is also accurate for the low voltage region and the high voltage region that require more accuracy during charging or discharging. While providing a model, the mean voltage region is supplemented by averaging by the formula of both voltage regions, thereby providing a suitable model for the main purpose of predicting the remaining battery capacity as a whole.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 잔여용량 예측방법에 있어서, 전압(V)에 대한 전지의 잔여용량(Q, SOC)의 상관관계를 상기 [수학식 4]와 [수학식 5]로 모델링하는 과정을 보여주는 그래프.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전지 잔여용량 예측방법을 구현하기 위한 장치의 블록구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전지 잔여용량 예측방법을 위한 수학적 모델화 과정의 순서도.
도 4는 전지의 온도를 -20℃, -10℃, 0℃ 및 25℃로 각각 지정하고, 각각의 온도에서 방전전류를 0.2C로 하여 전지를 방전시켰을 때의 전지용량 변화 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전지 잔여용량 예측방법의 순서도.
도 6은 본 발명에 따른 전지 잔여용량 예측방법을 전지의 충전시에 적용하여서, 실제 측정한 값과 수학적 모델식에 의한 값을 비교한 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 전지 잔여용량 예측방법을 전지의 방전시에 적용하여서, 실제 측정한 값과 수학적 모델식에 의한 값을 비교한 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 전지 잔여용량 예측방법을 전지의 충전시에 평형상태 개방전압을 측정하여 적용하고, 실제 측정한 값과 수학적 모델식에 의한 값을 비교한 그래프.
1 is a method of predicting remaining battery capacity according to an embodiment of the present invention, wherein the correlation between the remaining capacity (Q, SOC) of the battery with respect to the voltage (V) is expressed by Equation 4 and Equation 5. Graph showing the modeling process.
2 is a block diagram of an apparatus for implementing a battery remaining capacity prediction method according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a flow chart of the mathematical modeling process for the battery remaining capacity prediction method according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4 is a graph of battery capacity change when a battery is discharged at a temperature of -20 ° C, -10 ° C, 0 ° C and 25 ° C, and the discharge current is 0.2C at each temperature.
5 is a flowchart of a method of predicting remaining battery capacity according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph comparing the actual measured value and the value according to a mathematical model by applying the battery remaining capacity prediction method according to the present invention at the time of charging the battery.
7 is a graph comparing the actual measured value and the value according to a mathematical model equation by applying the battery remaining capacity prediction method according to the present invention when the battery is discharged.
8 is a graph showing a method for estimating remaining battery capacity according to the present invention by measuring an equilibrium open voltage at the time of charging a battery and comparing the measured value with a mathematical model.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or known configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

<수학적 모델>Mathematical Model

일반적으로, 전지의 내부에서 이루어지는 전기화학적 반응은, 전하가 전해액으로부터 전극표면까지의 이동하는 단계, 전하가 전극표면에서 활성표면으로까지 이동하는 단계, 전극 활성표면에서 전하를 전달하는 반응 단계 등의 3단계로 나누어진다[참고문헌: C. M. Doyle, Design and Simulation of Lithium Rechargeable Batteries, Ph. D. Dissertation, UC Berkeley, Chemical Eng., 1995.]. 여기서, 전지의 내부 반응을 대변하는 것은, 활성표면에서의 전하전달반응으로서, 양극전극과 음극전극의 산화 및 환원반응의 속도에 의해 결정되는 다음의 [수학식 1]인 버틀러-볼머(Butler-Volmer) 반응식으로 나타낼 수 있으며[참고문헌: A.J. Bard, L.R. Faulkner, Electrochemical Methods, John Wiley & Sons, Inc., 1980], 전류(I)를 과전압(

Figure 112010080781054-pat00005
) 및 온도(T)의 관계식으로 표현할 수 있다.In general, electrochemical reactions that occur inside a cell include steps of transferring charge from the electrolyte to the surface of the electrode, transferring charge from the surface of the electrode to the active surface, reaction of transferring charge from the electrode active surface, and the like. It is divided into three stages [Ref .: CM Doyle, Design and Simulation of Lithium Rechargeable Batteries, Ph. D. Dissertation, UC Berkeley, Chemical Eng., 1995.]. Here, the internal reaction of the battery is a charge transfer reaction on the active surface, which is Butler-Bolmer (Equation 1), which is determined by the rate of oxidation and reduction of the anode and cathode electrodes. Volmer) (Ref .: AJ Bard, LR Faulkner, Electrochemical Methods, John Wiley & Sons, Inc., 1980).
Figure 112010080781054-pat00005
) And temperature (T).

Figure 112010080781054-pat00006
Figure 112010080781054-pat00006

여기서,

Figure 112010080781054-pat00007
는 전극반응에서의 교환전류값(exchange current), a는 전달계수, n은 전극 활성표면에의 반응 전자수(number of electrons involved in the electrode reaction), F는 페러데이(Faraday) 상수, R은 기체상수, T는 절대온도(absolute temperature),
Figure 112010080781054-pat00008
는 충전 또는 방전시의 전압(V)에서 평형상태 전압(
Figure 112010080781054-pat00009
: equilibrium potential, 충전 또는 방전이 멈춘 후에 내부에서 전하전달반응이 안정화된 상태의 개방전압)을 차감하여 얻는 과전압을 나타낸다. 이때, 충전 전압은 평형상태 전압보다 크게 되고, 방전 전압은 평형상태 전압보다 작게 된다.here,
Figure 112010080781054-pat00007
Is the exchange current in the electrode reaction, a is the transfer coefficient, n is the number of electrons involved in the electrode reaction, F is the Faraday constant, and R is the gas Constant, T is the absolute temperature,
Figure 112010080781054-pat00008
Is the equilibrium voltage (V) at the voltage at charging or discharging
Figure 112010080781054-pat00009
: Equilibrium potential, overvoltage obtained by subtracting the open voltage after the charge or discharge stops internally. At this time, the charging voltage becomes larger than the equilibrium voltage, and the discharge voltage becomes smaller than the equilibrium voltage.

본 발명은 상기 [수학식 1]에 근거한 수학적 모델링을 통해서 전류(I) 및 온도(T)가 일정할 경우를 가정한 상황에서 전지의 전압(V)와 전지 잔여용량 사이의 상관관계를 도출한다. 그리고, 후술하는 전지 잔여용량 예측방법에 따르면 전류(I) 및 온도(T)에 대한 보정을 수행한다.The present invention derives a correlation between the battery voltage (V) and the remaining battery capacity under the assumption that the current (I) and temperature (T) is constant through mathematical modeling based on Equation 1 above. . In addition, according to the battery remaining capacity prediction method described below, correction is performed on the current I and the temperature T.

전지를 충전하거나 방전할 시의 전지 용량(Q)은 시간에 대해 전류를 적분(

Figure 112010080781054-pat00010
)하여 얻어지며, 적분해야 할 [수학식 1]을 보면 2개의 항으로 이루어진다.The battery capacity (Q) at the time of charging or discharging the battery integrates the current over time (
Figure 112010080781054-pat00010
), Which is obtained by integration and consists of two terms.

여기서, 전지 용량(Q)은 통상 충전상태(SOC : state of charge)라고 하며, 만충전 상태를 100으로 하고 방전 종지 상태를 0으로 하여 표시한다. 즉, 전지 용량은 방전 종지 상태에서 시작하여 충전한 전하량에 비례하여 만충전 상태가 될 때까지 증가하고, 전압도 따라서 증가하며, 충전된 전하량만큼 방전할 수 있으므로, 전지 잔여용량으로서 볼 수 있다. Here, the battery capacity Q is generally referred to as a state of charge (SOC), and is represented by a full charge state of 100 and a discharge end state of zero. That is, the battery capacity starts from the discharge end state and increases in proportion to the amount of charged charges until it reaches a full charge state, and the voltage also increases according to the amount of charged charges.

이때, 본 발명에 따르면, 만충전 상태 전압과 방전 종지 상태 전압 사이의 중간 부근에 기준전압을 정하였을 때에, 기준전압을 기준으로 높은 전압 영역에서의 전류는 산화반응의 영향이 크므로 중간 영역을 기준으로 높은 전압 영역에서의 전류(

Figure 112010080781054-pat00011
)는 [수학식 1]의 첫번째 항만 포함된 다음의 [수학식 2]로 근사화하고, 낮은 전압 영역에서의 전류는 환원방응의 영향이 크므로 중간 영역을 기준으로 낮은 전압 영역에서의 전류(
Figure 112010080781054-pat00012
)는 [수학식 1]의 두번째 항만 포한된 다음의 [수학식 3]으로 단순화한다.At this time, according to the present invention, when the reference voltage is set near the middle between the full charge state voltage and the discharge end state voltage, the current in the high voltage region based on the reference voltage has a large influence on the oxidation reaction, so Current in the high voltage region
Figure 112010080781054-pat00011
) Is approximated by the following [Equation 2] containing only the first term of [Equation 1], and the current in the low voltage region (
Figure 112010080781054-pat00012
) Is simplified to Equation 3, which contains only the second term in Equation 1.

Figure 112010080781054-pat00013
Figure 112010080781054-pat00013

Figure 112010080781054-pat00014
Figure 112010080781054-pat00014

그리고, 시간에 대해 상기 [수학식 2] 및 [수학식 3]을 적분하여서 높은 전압 영역에 대한 전지 용량(

Figure 112010080781054-pat00015
)과 낮은 전압 영역에 대한 전지 용량(
Figure 112010080781054-pat00016
)을 나타내는 식을 다음의 [수학식 4]와 [수학식 5]로 근사화할 수 있다.The battery capacity for the high voltage region is obtained by integrating Equations 2 and 3 with respect to time.
Figure 112010080781054-pat00015
) And battery capacity for low voltage areas (
Figure 112010080781054-pat00016
) Can be approximated by the following [Equation 4] and [Equation 5].

Figure 112010080781054-pat00017
Figure 112010080781054-pat00017

Figure 112010080781054-pat00018
Figure 112010080781054-pat00018

여기서, [수학식 4]의

Figure 112010080781054-pat00019
와 [수학식 5]의
Figure 112010080781054-pat00020
는 전지 잔여용량을 결정짓는 파라미타로서 상수이며, 전지를 충전하거나 방전시키는 과정에서 전류의 누적으로
Figure 112010080781054-pat00021
Figure 112010080781054-pat00022
에 대한 데이터를 얻고 전압의 변화를 측정하여 V에 대한 데이터를 얻으면, 상기 [수학식 4, 5]으로 모델링할 수 있는 파라미터를 얻을 수 있는 것이다.
Where [Equation 4]
Figure 112010080781054-pat00019
And of Equation 5
Figure 112010080781054-pat00020
Is a constant that determines the battery's remaining capacity and is a constant, and is the accumulation of current in the process of charging or discharging the battery.
Figure 112010080781054-pat00021
And
Figure 112010080781054-pat00022
By obtaining the data for and measuring the change in voltage to obtain the data for V, the parameters that can be modeled by Equations 4 and 5 can be obtained.

도 1은 전압(V)에 대한 전지의 잔여용량(Q)의 상관관계를 상기 [수학식 4]와 [수학식 5]로 모델링하는 과정을 보여주는 그래프이다. 상기 도 1에 따르면, 전압(V) 데이터에 대한 누적전류(전하량 :

Figure 112010080781054-pat00023
,
Figure 112010080781054-pat00024
) 데이터를 좌표상에 표시하고, 표시된 지점들에 최적화된 곡선을 이루도록 상기 [수학식 4,5]의 파라미터를 결정짓는 것이다. 이때, 낮은 전압 영역과 높은 전압 영역을 구분하여 서로 다른 [수학식 4]와 [수학식 5]로 모델링한다.1 is a graph showing a process of modeling the correlation between the remaining capacity (Q) of the battery with respect to the voltage (V) by the equation (4) and (5). According to FIG. 1, the cumulative current (charge amount :) for the voltage V data.
Figure 112010080781054-pat00023
,
Figure 112010080781054-pat00024
) To display the data on the coordinates and determine the parameter of Equation (4,5) to form a curve optimized for the marked points. In this case, the low voltage region and the high voltage region are distinguished and modeled by different [Equation 4] and [Equation 5].

한편, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 높은 전압 영역과 낮은 전압 영역의 경계점인 기준전압의 부근인 중간 영역에서는 [수학식 4]로 모델링된 그래프와 [수학식 5]로 모델링된 그래프를 서로 겹치게 하고, 파라미터가 결정된 [수학식 4]와 [수학식 5]의 결과값을 평균하는 것이 바람직하다. 즉, 기준전압 부근을 중간 영역으로 하여서 [수학식 4]와 [수학식 5]의 결과값을 평균함으로서, 근사화과정에서의 오류값이 크게 되는 것을 보완한다. 여기서, 기준전압은 본 발명의 반복 실시로 얻는 경험에 의거하여 적절한 값으로 결정할 수 있는데, 이는 전지의 종류에 따라 그 특성이 약간씩 상이하기 때문이며, 다음으로 기준전압을 중심으로 정하는 중간 영역의 전압영역 폭도 본 발명의 반복 실시로 얻는 경험에 의거하여 적절한 값으로 결정할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 1, in the middle region near the reference voltage which is the boundary point between the high voltage region and the low voltage region, the graph modeled by Equation 4 and the graph modeled by Equation 5 are mutually different. It is preferable to superimpose and average the result of [Equation 4] and [Equation 5] in which parameters are determined. That is, by averaging the values of the equations (4) and (5) with the reference voltage as an intermediate region, the error value in the approximation process is compensated for. Here, the reference voltage can be determined as an appropriate value based on the experience obtained by the repeated implementation of the present invention, because the characteristics of the battery is slightly different depending on the type of battery, and then the voltage in the intermediate region determined based on the reference voltage. The region width can also be determined to an appropriate value based on the experience gained from the repeated practice of the present invention.

또한, 충전이나 방전시의 전류가 클 경우에 기준전압을 크게 하는 것이 바람직하다. 즉, 전류가 클 경우에는 낮은 전압 영역이 증가하고 높은 전압 영역이 감소하는 것이다. 이는 후술하는 실시예에서 전류값을 다르게 하였을 때의 측정된 데이터를 살펴보면 알 수 있는데, [수학식 4]와 [수학식 5]로 수학적 모델을 구성할 시에 전류값이 상대적으로 크면 기준전압을 높게 잡는 것이 더욱 정확한 수학적 모델을 구할 수 있기 때문이다.
It is also preferable to increase the reference voltage when the current at the time of charge or discharge is large. In other words, when the current is large, the low voltage region increases and the high voltage region decreases. This can be seen by looking at the measured data when the current value is changed in the following examples. When the current value is relatively large when the mathematical model is constructed with [Equation 4] and [Equation 5], the reference voltage is reduced. The higher you get, the more accurate the mathematical model can be.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전지 잔여용량 측정방법을 구현하기 위한 장치의 블록구성도이다.2 is a block diagram of an apparatus for implementing a method for measuring battery remaining capacity according to an embodiment of the present invention.

상기 도 2에 따른 전지 잔여용량 측정장치는, 충방전회로(2)의 제어에 따라 전지(1)를 충전 또는 방전할 시에 전지의 전압, 전류 또는 온도를 측정하는 센싱부(10); 및 센싱부(10)의 측정값에 근거하여 전지의 잔여용량을 예측하는 추정부(20); 를 포함하여 구성된다. 또한, 전지 잔여용량 측정장치는 추정부(20)로부터 예측된 전지의 잔여용량을 출력하는 디스플레이부(미도시)나 아니면 외부기기에 신호로서 전달할 수 있는 인터페이스(미도시)를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 또한, 상기 도 1에 도시된 전지 잔여용량 측정장치는, 후술하는 수학적 모델화 과정도 수행하여서 수학적 모델화과정에 얻는 데이터를 저장할 수 있게 하고, 저장한 데이터에 근거하여 전지의 잔여용량 예측하게 할 수 있다.The battery remaining capacity measuring apparatus according to FIG. 2 includes: a sensing unit 10 measuring voltage, current, or temperature of the battery when the battery 1 is charged or discharged under the control of the charge / discharge circuit 2; And an estimator 20 predicting the remaining capacity of the battery based on the measured value of the sensing unit 10. It is configured to include. In addition, the battery remaining capacity measuring apparatus may further include a display unit (not shown) that outputs the estimated remaining capacity of the battery from the estimator 20 or an interface (not shown) that can be transmitted as a signal to an external device. It may be. In addition, the battery remaining capacity measuring apparatus shown in FIG. 1 may also perform a mathematical modeling process to be described later to store data obtained in the mathematical modeling process, and to predict the remaining capacity of the battery based on the stored data. .

여기서, 상기 센싱부(10)는, 전지(1)의 양단 전압을 측정하는 전압계(11)와, 전지(1)의 양단을 통해 충전되거나 방전되는 전류를 측정하는 전류계(12)와, 전지(1)의 온도를 측정하는 온도계(13)를 포함하여 구성되어서, 후술하는 바와 같이 전압계(11)에서 측정한 전압을 수학적 모델에 대입하여 전지 잔여용량을 예측하고, 전류계(12)에서 측정한 전류의 크기에 따라 전지 잔여용량을 보정하고, 온도계(13)에서 측정한 온도의 높낮이에 따라 전지 잔여용량을 보정하게 한다.Here, the sensing unit 10 may include a voltmeter 11 measuring voltages at both ends of the battery 1, an ammeter 12 measuring currents charged or discharged through both ends of the battery 1, and a battery ( It is configured to include a thermometer 13 for measuring the temperature of 1), and as described later, by substituting the voltage measured by the voltmeter 11 into a mathematical model to predict the remaining capacity of the battery, the current measured by the ammeter 12 Correct the battery remaining capacity according to the size of, and to correct the battery remaining capacity according to the height of the temperature measured by the thermometer (13).

이하, 상기 센싱부(10)에서 센싱된 값에 근거하여 상기 추정부(20)에서 이루어지는 수학적 모델화 과정과, 수학적 모델에 근거하여 전지 잔여용량을 예측하는 과정을 상세히 설명한다.
Hereinafter, a mathematical modeling process performed by the estimator 20 based on the value sensed by the sensing unit 10 and a process of estimating battery remaining capacity based on the mathematical model will be described in detail.

<수학적 모델화 과정>Mathematical Modeling Process

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전지 잔여용량 측정방법을 위한 수학적 모델화 과정의 순서도이다.3 is a flowchart of a mathematical modeling process for a method of measuring a remaining battery capacity according to an embodiment of the present invention.

상기 도 3에 도시된 수학적 모델화 과정을 적용하기에 앞서서 고찰해야할 것은, 전지의 충전 또는 방전 특성이 전류값에 따라 다르게 나타난다는 것이며, 이에 모든 전류값에 대한 수학적 모델화 과정을 실시할 수 없으므로, 대표적인 표준전류값들을 지정하여서 지정된 표준전류값별로 상기 도 3의 수학적 모델화 과정을 실시한다. Before applying the mathematical modeling process shown in FIG. 3, it should be considered that the charging or discharging characteristics of the battery are different depending on the current value, and thus the mathematical modeling process for all the current values cannot be performed. By specifying the standard current values, the mathematical modeling process of FIG. 3 is performed for each designated standard current value.

일반적으로, 전지의 전류 크기는 C-Rate로 표시하는데 C-Rate는 전지의 사용 전류값을 전지용량으로 나눈 값이 된다. 예를 들면, 10Ah의 전지용량을 갖는 전지에서 2A로 방전 또는 충전하는 경우에 C-rate 값은 2A/10Ah C로 표기하여 0.2C가 된다. 방전 또는 충전 전류값을 낮은 영역에서 점차 높여가면서 전지전압과 잔여용량 값을 측정한다. 충전의 경우 일반적으로 0.2C에서 0.5C의 범위에서 대부분 진행된다. 급속충전과 같은 특별한 경우 0.5C에서 1.0C 범위에서 충전을 진행한다. 방전의 경우 충전과 마찬가지로 0.2C에서 0.5C범위까지의 전류를 사용하는 경우가 많으나 2.0C까지 사용하기도 한다. 2.0C를 넘는 전류에 대해서는 짧은 시간, 통상적으로는 1분이내에 한해서만 허용하는 경우가 많다. In general, the current size of the battery is expressed as C-Rate, which is the value of the current used by the battery divided by the battery capacity. For example, in the case of discharging or charging at 2A in a battery having a battery capacity of 10 Ah, the C-rate value is expressed as 2A / 10Ah C and becomes 0.2C. The battery voltage and remaining capacity are measured while gradually increasing the discharge or charge current value in the low range. Charging generally proceeds in the range of 0.2C to 0.5C. In special cases, such as fast charging, charge is performed in the range of 0.5C to 1.0C. In the case of discharging, as in charging, a current from 0.2C to 0.5C is often used, but sometimes up to 2.0C. Currents above 2.0C are often only allowed within a short time, usually less than one minute.

따라서, 본 발명은 미리 표준전류값을 지정하며, 후술하는 구체적인 실시예에서는 표준전류값을 0.25C, 0.5C 또는 1C로 지정하여서 각각의 전류값에 대해 상기 도 3의 수학적 모델화과정을 수행하였다.Accordingly, the present invention designates a standard current value in advance, and in the specific embodiment described below, the standard current value is set to 0.25C, 0.5C, or 1C to perform the mathematical modeling process of FIG. 3 for each current value.

즉, 지정된 어느 한 표준전류값에 대한 수학적 모델화 과정은, 지정된 표준전류를 흘려주면서 센싱부(10)를 이용해 전압, 전류 및 온도 데이터를 획득하고 전류를 적산하여 충전된 전하량 데이터를 획득하는 데이터 획득단계(S10); 상기 도 1에 도시된 바와 같이 전압영역을 낮은 전압 영역, 중간 전압 영역 및 높은 전압 영역으로 구획하여 지정하는 전압영역 지정단계(S20); 낮은 전압 영역에 있는 데이터를 이용하여 [수학식 5]의 파라미터를 획득하고 높은 전압 영역에 있는 데이터를 이용하여 [수학식 4]의 파라미터를 획득하는 전압 영역별 파라미터 획득단계(S30);를 포함하여 이루어진다.That is, the mathematical modeling process for any one of the specified standard current values is obtained by obtaining the voltage, current, and temperature data by using the sensing unit 10 while integrating the specified standard current and integrating the current to obtain the charged charge data. Step S10; A voltage region designating step (S20) for dividing and designating a voltage region into a low voltage region, an intermediate voltage region and a high voltage region as shown in FIG. 1; A parameter obtaining step S30 for acquiring a parameter of Equation 5 using data in a low voltage region and acquiring a parameter of Equation 4 using data in a high voltage region (S30). It is done by

여기서, 상기 데이터 획득단계(S10)는 온도를 측정하여 온도의 변동을 감지한다. 즉, [수학식 4,5]의 도출과정을 살펴보면 파라미터 상수 A, B 는 온도(T)에 따라 가변되는 것이어서 온도(T)가 변동할 경우에 충방전 특성도 변경되기 때문이며, 이에 따라, 온도가 일정하게 유지되는 지를 감시하는 것이다. 아울러, 전지의 온도를 일정하게 유지하기 위한 수단도 구비하는 것이 바람직하다. 그리고, 방전 특성에 따라 수학적 모델화 과정을 수행할 때에는, 만충전 상태의 전하량에서 방전되는 전하를 차감하여 [수학식 4,5]에 적용한다.Here, the data acquisition step (S10) detects a change in temperature by measuring the temperature. In other words, the derivation of Equations 4 and 5 shows that the parameter constants A and B vary according to the temperature T, and thus the charge / discharge characteristics are also changed when the temperature T fluctuates. To keep track of whether Moreover, it is preferable to also provide the means for keeping the temperature of a battery constant. In addition, when performing the mathematical modeling process according to the discharge characteristics, it is applied to [Equation 4, 5] by subtracting the discharged charge from the charge amount in the full charge state.

상기 전압영역 지정단계(S20)는, 상술한 바와 같이 전류값의 크기에 따라 가변적으로 지정할 수 있으며, 예를 들면, 전류값이 클수록 낮은 전압 영역의 폭을 크게 하는 것이다.In the voltage region designation step S20, as described above, the voltage region designation step may be variably designated according to the magnitude of the current value. For example, the larger the current value, the larger the width of the lower voltage region.

상기 파라미터 획득단계(S30)는, 기준전압을 중심으로 지정되는 중간 영역에 대해서 낮은 전압 영역에 대한 [수학식 5]의 모델식과 높은 전압 영역에 대한 [수학식 4]의 모델식을 중첩시키며, 잔여용량을 예측할 때에는 [수학식 5]와 [수학식 4]에서 산출한 값을 평균한다.In the parameter obtaining step (S30), the model equation of [Equation 5] for the low voltage region and the equation of [Equation 4] for the high voltage region are superimposed on the intermediate region designated as the reference voltage. When estimating the remaining capacity, the values calculated in Equations 5 and 4 are averaged.

이와 같이 이루어지는 수학적 모델화 과정은 지정된 표준전류값별로 수행하여 표준전류값별로 얻어지는 파라미터를 저장한다. 예를 들면, 후술하는 실시예처럼 0.25C, 0.5C 및 1C 별로 파라미터를 획득하여 저장하는 것이다. The mathematical modeling process performed as described above stores parameters obtained for each standard current value by performing the specified standard current value. For example, to obtain and store parameters for each of 0.25C, 0.5C, and 1C as in the embodiment described below.

아울러, 파라미터를 획득하여 완성되는 [수학식 5]와 [수학식 4]의 수학적 모델식은 온도에 따라 변경될 수 있으므로, 지정된 온도에서 벗어날 경우에 대해 보정을 위한 정보도 저장하여야 한다.In addition, since the mathematical model equations of [Equation 5] and [Equation 4] completed by acquiring the parameters may be changed according to the temperature, information for correction should also be stored in case of deviation from the designated temperature.

도 4는 전지의 온도를 -20℃, -10℃, 0℃ 및 25℃로 각각 지정하고, 각각의 온도에서 방전전류를 0.2C로 하여 전지를 방전시켰을 때의 전지용량의 변화를 그래프로 표시한 것이다. 그리고, 지정된 온도를 벗어난 특성 그래프는 보간법에 의해서 추정할 수 있다. 이와 같이 얻어지는 온도에 대한 전지용량의 변화 특성에 근거하여서, 온도에 변화에 대한 전지용량의 보정 패턴을 구할 수 있으며, 본 발명에서는 구한 보정 패턴에 대한 정보를 저장하고 있다가 후술하는 전지 잔여용량 추정과정에서 활용한다. 예를 들면, 지정된 전류값별로 수학적 모델화 과정을 수행할 때에 25℃를 유지하며, 후술하는 전지 잔여용량 추정과정에서 전지의 온도가 25℃에서 벗어나면 보정 패턴에 따라 전지 잔여용량을 보정한다.
4 is a graph showing changes in battery capacity when the battery temperature is specified as -20 ° C, -10 ° C, 0 ° C, and 25 ° C, respectively, and the battery is discharged with a discharge current of 0.2C at each temperature. It is. The characteristic graph outside the specified temperature can be estimated by interpolation. Based on the change characteristic of the battery capacity with respect to the temperature thus obtained, a correction pattern of the battery capacity with respect to the change in temperature can be obtained. In the present invention, information on the obtained correction pattern is stored, and the battery remaining capacity estimation described later is estimated. It is used in the process. For example, when performing a mathematical modeling process for each designated current value, 25 ° C. is maintained, and when the temperature of the battery deviates from 25 ° C. in the battery remaining capacity estimation process described later, the battery remaining capacity is corrected according to a correction pattern.

<수학적 모델에 근거한 전지 잔여용량 예측방법><Method of predicting battery remaining capacity based on mathematical model>

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전지 잔여용량 예측방법의 순서도이다.5 is a flowchart of a method of predicting remaining battery capacity according to an embodiment of the present invention.

상기 도 5에 도시된 전지 잔여용량 예측방법은, 상술한 수학적 모델화 과정에서 메모리에 저장한 표준전류값별 및 전압영역별 파라미터값과, 온도 보정 패턴 정보를 이용하여서 전지에 잔여하는 용량을 추정하는 방법이다.The method of estimating battery remaining capacity shown in FIG. 5 is a method of estimating capacity remaining in a battery by using parameter values for each standard current value and voltage region stored in a memory in the above-described mathematical modeling process and temperature correction pattern information. to be.

상기 도 5를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 전지 잔여용량 예측방법은, 센싱부(10)를 이용하여 전압, 전류 및 온도를 측정하는 센싱단계(S100); 측정한 전압값이 어느 전압영역에 속하는지 결정하는 전압영역 결정단계(S200); 결정한 전압영역에 대응되는 수학적 모델에 측정 전압값을 대입하여 전지의 잔여용량을 산출하는 전지 잔여용량 획득단계(S300); 를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 5, the method for predicting battery remaining capacity according to an embodiment of the present invention includes: a sensing step (S100) of measuring voltage, current, and temperature using the sensing unit 10; A voltage region determination step (S200) of determining which voltage region the measured voltage value belongs to; A battery remaining capacity obtaining step (S300) of calculating a remaining capacity of the battery by substituting a measured voltage value into a mathematical model corresponding to the determined voltage range; It is made, including.

구체적으로, 상기 전압영역 결정단계(S200)는, 높은 전압영역과 낮은 전압영역을 구분하는 기준전압을 중심으로 중간 전압영역을 지정하여서 센싱부(10)의 전압계(11)로 측정한 전압이 높은 전압영역, 낮은 전압영역 및 중간 전압영역 중에 어느 영역에 속하는 지를 결정한다.Specifically, in the voltage region determination step (S200), the voltage measured by the voltmeter 11 of the sensing unit 10 is high by designating an intermediate voltage region centered on a reference voltage that separates the high voltage region and the low voltage region. One of the voltage range, the low voltage range and the intermediate voltage range is determined.

상기 전지 잔여용량 획득단계(S300)는, 센싱단계(S100)에서 측정한 전류값이 표준전류값들 중에 어느 하나인지를 판단하여서(S321) 표준전류값에 해당되면 해당되는 표준전류값에 대응되는 파라미터를 호출하여서 전지 잔여용량을 산출한다(S310). The battery remaining capacity obtaining step (S300) determines whether the current value measured in the sensing step (S100) is one of the standard current values (S321), and corresponds to the corresponding standard current value if it corresponds to the standard current value. The remaining battery capacity is calculated by calling the parameter (S310).

구체적으로는, 표준전류값에 대응되는 파라미터를 호출하여 사용하되, 측정 전압이 높은 전압영역에 속하면 높은 전압영역에 대응되는 파라미터를 [수학식 4]에 대입하고 측정 전압을 대입하여 전지 잔여용량을 산출하고, 측정 전압이 낮은 전압영역에 속하면 낮은 전압영역에 대응되는 파라미터를 [수학식 5]에 대입하고 측정 전압도 대입하여 전지 잔여용량을 산출하며, 측정 전압이 중간 전압영역에 속하면 높은 전압영역에 대응되는 파라미터를 대입한 [수학식 4]와 낮은 전압영역에 대응되는 파라미터를 대입한 [수학식 5]에 각각 측정 전압을 대입하여 전지 잔여용량을 산출한 후에 평균하여서 추정할 전지 잔여용량을 얻는다.Specifically, if the parameter corresponding to the standard current value is called and used, but if the measured voltage belongs to the high voltage region, the parameter corresponding to the high voltage region is substituted into [Equation 4] and the measured voltage is substituted for the remaining battery capacity. If the measured voltage is in the low voltage range, substitute the parameter corresponding to the low voltage range into [Equation 5] and substitute the measured voltage to calculate the remaining capacity of the battery. Battery to be estimated by substituting the measured voltage in [Equation 4] in which the parameter corresponding to the high voltage region is substituted and [Equation 5] in which the parameter corresponding to the low voltage region is substituted. Get the remaining capacity.

그리고, 측정 전류가 표준전류값에 해당되지 아니하면 측정 전류값에 근접한 표준전류값들을 선정하고 선정한 표준전류값들에 대응되는 파라미터를 호출하여서, 상술한 전압영역별로 [수학식 4] 또는 [수학식 5]에 따라 전지 잔여용량을 산출한 후에(S322) 산출한 전지 잔여용량을 보간법에 따라 보정하여(S323) 보정된 전지 잔여용량을 획득한다(S320). 예를 들면, 측정 전류값 I가 표준전류값 I1과 표준전류값 I2의 사이에 있어서 I1<I<I2 일 경우에, 표준전류값 I1에 대응되는 파라미터와 표준전류값 I2에 대응되는 파라미터를 수학적 모델식([수학식 4] 또는 [수학식 5])대입하여 산출한 전지 잔여용량 Q1 및 Q2를 얻었으며, 추정되는 전지 잔여용량은 Q1+[(I-I1)/(I2-I1)]*(Q2-Q1)으로 얻어지는 것이다.If the measured current does not correspond to the standard current value, the standard current values close to the measured current value are selected, and the parameter corresponding to the selected standard current values is called, and the equation (4) or [mathematical formula] for each of the above-described voltage regions is called. After calculating the battery remaining capacity according to Equation 5 (S322), the calculated battery remaining capacity is corrected according to the interpolation method (S323) to obtain the corrected battery remaining capacity (S320). For example, when the measured current value I is I1 <I <I2 between the standard current value I1 and the standard current value I2, the parameter corresponding to the standard current value I1 and the parameter corresponding to the standard current value I2 are mathematically calculated. The remaining battery capacity Q1 and Q2 calculated by substituting the model equation ([Equation 4] or [Equation 5]) was obtained, and the estimated battery remaining capacity was Q1 + [(I-I1) / (I2-I1)] * It is obtained by (Q2-Q1).

상기 전지 잔여용량 획득단계(S300)는, 전압영역별로 구분된 수학적 모델식([수학식 4] 또는 [수학식 5])에 측정 전압을 선택적으로 대입시켜 전지 잔여용량을 산출하고, 아울러, 측정 전류에 따라 결정되는 파라미터를 수학적 모델식에 적용하여 전류값에 대해 보정하기도 하지만, 전지 온도에 따라 전지 잔여용량을 보정하기도 한다. 즉, 상술한 <수학적 모델화 과정>에서 설명하였듯이, 본 발명에 따른 수학적 모델식의 파라미터는 전류값에 따라 다른 값으로 얻어지지만, 온도에 따라서도 다른 값으로 얻어지기 때문이며, 이에 따라 현재 온도가 지지된 표준온도에 해당되는 지를 감시하여(S331) 표준온도에서 벗어나면 상술한 <수학적 모델화 과정>에서 설명한 온도 보정 패턴에 근거하여 전지 잔여용량을 보정하여서(S332) 온도 보정을 전기 잔여용량을 획득한다(S330). In the battery remaining capacity obtaining step (S300), by selectively substituting a measured voltage into a mathematical model formula ([Equation 4] or [Equation 5]) divided by voltage region, the battery remaining capacity is calculated and measured. Although the parameters determined by the current are corrected for the current value by applying the mathematical model equation, the battery remaining capacity is also corrected according to the battery temperature. That is, as described in the above-described <mathematical modeling process>, the parameter of the mathematical model according to the present invention is obtained with a different value depending on the current value, but also obtained by a different value depending on the temperature, thereby supporting the current temperature If the standard temperature is monitored (S331) and the standard temperature is deviated, the battery residual capacity is corrected based on the temperature correction pattern described in the above-described <mathematical modeling process> (S332) to obtain the electric residual capacity. (S330).

여기서, 온도 보정은, 전류값에 대한 전지 잔여용량을 보정하는 방식과 유사하게 미리 지정되는 서로 다른 표준온도값들에 대해서 전류값별 및 전압영역별 파라미터를 얻고 이에 따라 측정 온도에 근접한 표준온도값에 대응되는 파라미터를 사용하여 전지 잔여용량을 산출하고 보간법으로 보정하는 방식을 채택할 수 있으나, 도 4를 참조하여 설명하였듯이 서로 다른 온도값에 대한 전지 잔여용량의 변화는 일정한 패턴을 이루므로, 본 발명은 이러한 패턴 정보를 이용하여 온도 보정을 수행한다.
Here, the temperature correction obtains current value and voltage area-specific parameters for different standard temperature values which are previously specified similarly to the method of correcting the battery residual capacity with respect to the current value, and accordingly, the temperature correction is applied to the standard temperature value close to the measured temperature. A method of calculating a battery residual capacity using a corresponding parameter and correcting the result by an interpolation method may be adopted. However, as described with reference to FIG. 4, the variation of battery residual capacity with respect to different temperature values forms a constant pattern. Performs temperature correction using this pattern information.

한편, 전지(1)는 단일 셀로 구성된 단전지(Unit Cell)로 이루어질 수도 있지만 단전지를 직렬 도는 병렬로 연결한 조전지(Multi-Cell)로 이루어질 수도 있으므로, 본 발명을 조전지에 적용할 경우에는 다음과 같이 한다.Meanwhile, the battery 1 may be formed of a unit cell composed of a single cell, but may also be formed of a multi-cell in which a single cell is connected in series or in parallel. Do the following:

직렬 연결한 단전지 조합으로 이루어지는 조전지의 경우에는, 조전지의 외부 단자를 통해 흐르는 전류를 그대로 사용하고, 외부 단자 사이에 걸리는 전압을 단전지의 개수로 나누어 단전지의 평균전압을 산출한 후에 평균전압을 상술한 수학적 모델식에 대입하는 것이다.In the case of the assembled battery consisting of a combination of single cells connected in series, the current flowing through the external terminals of the assembled battery is used as is, and the average voltage of the single cells is calculated by dividing the voltage applied between the external terminals by the number of cells. The average voltage is substituted into the above mathematical model equation.

또한, 직렬 연결한 단전지 조합을 복수로 마련하여 서로 병렬 연결한 조전지의 경우에는, 외부 단자를 통해 흐르는 전류를 병렬 회로수로 나누어 평균전류를 산출하고 산출한 평균전류에 따라 전류를 보정한다. 이때, 평균전압의 산출은 상기한 방식과 동일하게 직렬연결된 단전지 개수로 단자 전압을 나누어 얻어진다.In addition, in the case of a battery pack in which a plurality of single-cell combinations connected in series are connected in parallel to each other, the current flowing through the external terminals is divided by the number of parallel circuits to calculate the average current and correct the current according to the calculated average current. . In this case, the average voltage is calculated by dividing the terminal voltage by the number of unit cells connected in series in the same manner as described above.

한편, 본 발명을 1차전지에 적용할 경우는, 동일하게 제작된 1차전지들 중에 샘플을 추출하여 방전 특성에 따른 수학적 모델화 과정을 수행함으로써, 본 발명을 실시할 수 있다.
Meanwhile, when the present invention is applied to a primary battery, the present invention can be implemented by extracting a sample from the same primary batteries and performing a mathematical modeling process according to discharge characteristics.

다음의 구체적인 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명은 다음의 구체적인 실시예에 의해서 한정되는 것은 아니다. The following specific examples are provided to aid the understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following specific examples.

본 발명에 따른 전지 잔여용량 예측방법의 성능을 검증하기 위해서, 리튬 2차전지의 충전 특성에 적용하였다. 이때 적용된 리튬전지는 리튬코발트옥사이드 산화물로 형성된 양극과 그라파이트로 형성된 음극과 폴리에틸렌 다공성막으로 형성된 분리막과 카보네이트계 유기화합물로 구성되는 전해액을 갖추며, 평균전압은 3.7V이고 최대 충전전압은 4.2V이고 공칭용량은 10AH이며, 표준 충전전류는 0.25C이고 충전 종지전류는 4.2V에서 300mA로 하였다. 방전의 경우 종지전압을 3V로 하였으며 최대 2.0C까지 연속적으로 진행할 수 있다.In order to verify the performance of the battery residual capacity prediction method according to the present invention, it was applied to the charging characteristics of the lithium secondary battery. At this time, the applied lithium battery has a positive electrode formed of lithium cobalt oxide oxide, a negative electrode formed of graphite, a separator formed of polyethylene porous membrane, and an electrolyte composed of a carbonate-based organic compound. The average voltage is 3.7 V and the maximum charging voltage is 4.2 V and nominal The capacity was 10AH, the standard charging current was 0.25C and the charging termination current was 300mA at 4.2V. In the case of discharge, the termination voltage was 3V and it can proceed continuously up to 2.0C.

충전전류는 0.25C와 0.5C 등 2종류로 하였으며 충전방식은 정전류-정전압 방식을 적용하였다. 정전압은 4.2V로 하였고, 충전 종지전류는 300mA로 하였다. The charging current was divided into two types, 0.25C and 0.5C, and the charging method was the constant current-constant voltage method. The constant voltage was 4.2V and the charge termination current was 300mA.

도 6은 리튬 2차전지를 충전하면서 측정한 전지 잔여용량값과 수학적 모델식을 적용하여 예측한 잔여용량값을 비교한 값이다. 높은 전압영역(High Voltage Region)에서는 [수학식 4]를 적용하였고, 낮은 전압영역(Low Voltage Region)에서는 [수학식 5]를 적용하였으며, 기준전압을 중심으로 선정된 중간영역은 [수학식 4]와 [수학식 5]의 산출값을 평균하였다. 그리고, 0.25C로 충전할 대의 기준전압보다는 0.5C로 충전할 때의 기준전압을 높게 하였다.FIG. 6 is a value comparing a residual capacity value measured by charging a lithium secondary battery with a predicted residual capacity value by applying a mathematical model equation. Equation 4 is applied in the High Voltage Region, Equation 5 is applied in the Low Voltage Region, and the middle region selected based on the reference voltage is Equation 4. ] And [Equation 5] were averaged. In addition, the reference voltage when charging at 0.5C was higher than the reference voltage when charging at 0.25C.

여기서 사용된 [수학식 4]와 [수학식 5]의 파라미터값은 다음 [표 1]과 같다.The parameter values of [Equation 4] and [Equation 5] used here are shown in Table 1 below.

전류
(C-Rate)
electric current
(C-Rate)
Low Voltage RegionLow voltage region 기준
전압
(V)
standard
Voltage
(V)
High Voltage RegionHigh Voltage Region

Figure 112010080781054-pat00025
Figure 112010080781054-pat00025
Figure 112010080781054-pat00026
Figure 112010080781054-pat00026
Figure 112010080781054-pat00027
Figure 112010080781054-pat00027
BB
Figure 112010080781054-pat00028
Figure 112010080781054-pat00028
Figure 112010080781054-pat00029
Figure 112010080781054-pat00029
Figure 112010080781054-pat00030
Figure 112010080781054-pat00030
AA 0.250.25 -1.767-1.767 -0.624-0.624 5.7
x 10-13
5.7
x 10 -13
0.1370.137 3.803.80 102.05102.05 3.8473.847 -49.74-49.74 0.2140.214
0.50.5 -2.642-2.642 -1.106-1.106 7.9
x 10-16
7.9
x 10 -16
0.1270.127 3.853.85 97.5897.58 3.8963.896 -45.42-45.42 0.1960.196

도 6에서 알 수 있듯이 실제로 측정한 잔여용량(SOC)과 수학적 모델식을 적용하여 예측된 값은 전지잔량이 0에서 30%까지의 낮은 범위와 70%에서 100%까지의 높은 범위에서 거의 일치하였다.
As can be seen from FIG. 6, the estimated values of the measured residual capacity (SOC) and the mathematical model were almost identical to those in the low range of 0 to 30% and the high range of 70% to 100%. .

본 발명에 따른 전지 잔여용량 예측방법을 리튬 2차전지의 방전 특성에 적용하였으며, 사용된 리튬 2차전지는 [실시예 1]에서 사용된 전지와 동일하다. The battery residual capacity prediction method according to the present invention was applied to the discharge characteristics of the lithium secondary battery, and the lithium secondary battery used was the same as the battery used in [Example 1].

방전전류는 0.25C, 0.5C와 1.0C 등 3종류로 하였고, 방전은 정전류 방식을 적용하였으며, 방전 종지전압는 3V로 하였다. The discharge current was made into three types such as 0.25C, 0.5C and 1.0C, and the discharge was applied with the constant current method, and the discharge termination voltage was 3V.

도 7은 리튬전지를 방전하면서 측정한 전지 잔여용량값과 수학적 모델식을 적용하여 예측한 잔여용량값을 비교한 그래프이다. 그리고, 기준전압의 크기는 충전시와는 반대로 방전전류가 클수록 낮게 지정하였으며, 이에 대한 이유는 상기 도 7에 그래프로 도시된 바와 같이 잔여용량 데이터의 추이를 보면 알 수 있다.FIG. 7 is a graph comparing the remaining capacity value measured by discharging a lithium battery with a predicted remaining capacity value by applying a mathematical model equation. In addition, the magnitude of the reference voltage is specified to be lower as the discharge current is larger as opposed to when charging, and the reason for this can be seen from the trend of the residual capacity data as shown in the graph of FIG. 7.

여기서 사용된 [수학식 4]와 [수학식 5]의 파라미터값은 다음 [표 2]와 같다.The parameter values of [Equation 4] and [Equation 5] used here are shown in Table 2 below.

전류
(C-Rate)
electric current
(C-Rate)
Low Voltage RegionLow voltage region 기준
전압
(V)
standard
Voltage
(V)
High Voltage RegionHigh Voltage Region

Figure 112010080781054-pat00031
Figure 112010080781054-pat00031
Figure 112010080781054-pat00032
Figure 112010080781054-pat00032
Figure 112010080781054-pat00033
Figure 112010080781054-pat00033
BB
Figure 112010080781054-pat00034
Figure 112010080781054-pat00034
Figure 112010080781054-pat00035
Figure 112010080781054-pat00035
Figure 112010080781054-pat00036
Figure 112010080781054-pat00036
AA -0.25-0.25 -0.975-0.975 -0.270-0.270 7.8
x 10-12
7.8
x 10 -12
0.1330.133 3.653.65 115.22115.22 3.6903.690 -68.90-68.90 0.3180.318
-0.5-0.5 -0.918-0.918 -0.321-0.321 3.6
x 10-12
3.6
x 10 -12
0.1290.129 3.63.6 117.13117.13 3.6403.640 -70.86-70.86 0.3380.338
-1-One -3.758-3.758 -1.051-1.051 5.5
x 10-10
5.5
x 10 -10
0.1810.181 3.53.5 127.88127.88 3.5413.541 -82.61-82.61 0.4530.453

상기 도 7에서 알 수 있듯이 실제로 측정한 잔여용량(SOC)과 수학적 모델식을 적용하여 예측된 값은 전지 잔여용량이 0에서 30%까지의 낮은 범위와 60%에서 100%까지의 높은 범위에서 거의 일치하였다
As can be seen in FIG. 7, the estimated values of the measured residual capacity (SOC) and the mathematical model are almost in the low range of 0 to 30% and the high range of 60% to 100%. Matched

본 실시예에서는, [실시예 1]에 적용된 전지를 충전할 시에 전지의 평형상태 개로전압과 전지 잔여용량과의 상관관계를 [수학식 4]와 [수학식 5]의 수학적 모델식으로 적용한 것이다. 즉, 전지가 평형상태에 있으므로 전류는 흐르지 아니하고 개로전압(OCV : open circuit voltage)를 측정하여서 수학적 모델식의 파라미터를 구한다.In the present embodiment, the correlation between the equilibrium open-circuit open-circuit voltage and the battery remaining capacity when the battery applied to [Example 1] is charged is applied by the mathematical model equations of [Equation 4] and [Equation 5]. will be. That is, since the battery is in an equilibrium state, no current flows, and an open circuit voltage (OCV) is measured to obtain a parameter of a mathematical model equation.

도 8은 전지를 표준 충전전류로 1분간 충전한 뒤 1시간동안 휴지기를 유지하면서 전지전압이 1분간 1mV이내에서 변할 때 다음 충전을 진행하는 방식으로 얻은 데이터의 그래프이다. 만충전이 될 때까지 이러한 과정을 반복하면서 개로전압(OCV)을 측정한다. 높은 전압에서는 [수학식 4]를 적용하였고, 낮은 전압에서는 [수학식 5]을 적용하였으며, 다음 [표 3]과 같이 [수학식 4]와 [수학식 5]의 파라미터를 얻었다.FIG. 8 is a graph of data obtained by charging the battery for 1 minute with a standard charging current and then performing the next charge when the battery voltage changes within 1 mV for 1 minute while maintaining a rest period for 1 hour. Repeat this process until the battery is fully charged and measure the open circuit voltage (OCV). Equation 4 was applied at high voltage, and Equation 5 was applied at low voltage, and the parameters of Equations 4 and 5 were obtained as shown in Table 3 below.

전류
(C-Rate)
electric current
(C-Rate)
Low Voltage RegionLow voltage region 기준
전압
(V)
standard
Voltage
(V)
High Voltage RegionHigh Voltage Region

Figure 112010080781054-pat00037
Figure 112010080781054-pat00037
Figure 112010080781054-pat00038
Figure 112010080781054-pat00038
Figure 112010080781054-pat00039
Figure 112010080781054-pat00039
BB
Figure 112010080781054-pat00040
Figure 112010080781054-pat00040
Figure 112010080781054-pat00041
Figure 112010080781054-pat00041
Figure 112010080781054-pat00042
Figure 112010080781054-pat00042
AA 00 -0.035-0.035 0.6630.663 1.1
x 10-10
1.1
x 10 -10
0.1120.112 3.673.67 139.83139.83 3.703.70 -87.14-87.14 0.5540.554

상기 도 8에서 알 수 있듯이 실제로 측정한 잔여용량(SOC)과 수학적 모델식을 적용하여 예측되는 값은 전지잔량이 0에서 100%범위 영역에서 거의 일치하였다.As can be seen from FIG. 8, the values estimated by applying the measured SOC and the mathematical model were almost identical in the range of 0 to 100%.

[실시예 3]에 보여준 바와 같이 평형상태 개로전압으로 전지 잔여용량을 추정할 경우에, 개로전압은 전류가 끊긴 시점에서 시작하여 충분한 휴지시간이 흐른 후에 측정하여야만 정확한 평형상태 전압을 얻을 수 있으므로, [수학식 4,5]에 개로전압으로 모델링하여 전지 잔여용량을 예측할 경우에는 개로전압의 측정시점에 주의해야 한다.
As shown in [Example 3], when estimating the remaining capacity of the battery by the equilibrium open-circuit voltage, the open-circuit voltage starts at the point where the current is cut off and only after a sufficient idle time has elapsed to obtain an accurate equilibrium voltage. When estimating the remaining capacity of the battery by modeling the open-circuit voltage in [Equation 4, 5], care should be taken when measuring the open-circuit voltage.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, . &Lt; / RTI &gt; Therefore, such modifications should also be regarded as belonging to the scope of the present invention, and the scope of the present invention should be determined by the claims below.

Claims (7)

삭제delete 충전 또는 방전 시에 전지(1)의 전압, 전류 또는 온도를 측정하는 센싱부(10); 및 방전 종지 전압과 만충전 전압 사이를 기준전압을 중심으로 낮은 전압 영역과 높은 전압 영역으로 미리 구획한 전압영역 정보를 저장하고 있으며, 전압과 전지 잔여용량의 상관관계를 낮은 전압영역 수학적 모델과 높은 전압영역 수학적 모델로 구분하여서 센싱부(10)의 측정값에 따라 전지의 잔여용량을 예측하는 추정부(20);로 전지의 잔여용량을 예측하는 전지 잔여용량 예측방법에 있어서,
센싱부(10)를 이용하여 전압, 전류 및 온도를 측정하는 센싱단계(S100);
측정한 전압값이 어느 전압영역에 속하는지 결정하는 전압영역 결정단계(S200);
결정한 전압영역에 대응되는 수학적 모델에 측정 전압값을 대입하여 전지의 잔여용량을 산출하는 전지 잔여용량 획득단계(S300);
를 포함하여 이루어지되,
높은 전압영역 수학적 모델은,
[수학식 4] :
Figure 112011097852928-pat00043

로 하고,
낮은 전압영역 수학적 모델은,
[수학식 5] :
Figure 112011097852928-pat00044

로 하며,
높은 전압영역 수학적 모델의
Figure 112011097852928-pat00045
와 낮은 전압영역 수학적 모델의
Figure 112011097852928-pat00046
는, 전지의 충전 또는 방전시의 전압 변화에 대한 전지 잔여용량의 변화 데이터에 근거하여 얻는 파라미터임을 특징으로 하는 전지 잔여용량 예측방법.
Sensing unit 10 for measuring the voltage, current or temperature of the battery (1) during charging or discharging; And voltage region information previously divided between the discharge end voltage and the full charge voltage into a low voltage region and a high voltage region centered on the reference voltage, and the correlation between the voltage and the remaining capacity of the battery is high. In the battery region capacity estimation method for estimating the remaining capacity of the battery; Estimator 20 for predicting the remaining capacity of the battery according to the measured value of the sensing unit 10 by dividing into a voltage domain mathematical model,
A sensing step (S100) of measuring a voltage, a current, and a temperature by using the sensing unit 10;
A voltage region determination step (S200) of determining which voltage region the measured voltage value belongs to;
A battery remaining capacity obtaining step (S300) of calculating a remaining capacity of the battery by substituting a measured voltage value into a mathematical model corresponding to the determined voltage range;
, &Lt; / RTI &gt;
The high voltage domain mathematical model is
[Equation 4]:
Figure 112011097852928-pat00043

With
The low voltage domain mathematical model is
[Equation 5]:
Figure 112011097852928-pat00044

,
High voltage domain mathematical model
Figure 112011097852928-pat00045
Of low voltage domain mathematical models
Figure 112011097852928-pat00046
Is a parameter obtained based on the change data of the battery remaining capacity with respect to the voltage change during charging or discharging of the battery.
제 2항에 있어서,
상기 전지 잔여용량 획득단계(S300)는,
지정된 표준전류별 높은 전압영역 수학적 모델과 낮은 전압영역 수학적 모델의 파라미터를 이용하여서, 센싱부(10)의 측정 전류에 근접한 표준전류의 수학적 모델로 각각 전지 잔여용량을 산출하고 산출한 전지 잔여용량을 보간법으로 측정 전류에 맞게 추정함(S320)을 특징으로 하는 전지 잔여용량 예측방법.
The method of claim 2,
The battery remaining capacity obtaining step (S300),
Using the parameters of the high voltage region mathematical model and the low voltage region mathematical model for each designated standard current, the remaining battery capacity is calculated using the mathematical model of the standard current close to the measured current of the sensing unit 10. Estimation according to the measurement current by interpolation method (S320) characterized in that the remaining battery capacity estimation method.
제 3항에 있어서,
상기 전지 잔여용량 획득단계(S300)는,
지정된 표준온도에 대한 높은 전압영역 수학적 모델과 낮은 전압영역 수학적 모델의 파라미터를 이용하여 전지 잔여용량을 산출한 후에, 온도 변화에 대한 전지 잔여용량 변화의 패턴 정보에 따라 센싱부(10)의 측정 온도로 보정하는 것임을 특징으로 하는 전지 잔여용량 예측방법.
The method of claim 3, wherein
The battery remaining capacity obtaining step (S300),
After calculating the remaining battery capacity using the parameters of the high voltage region mathematical model and the low voltage region mathematical model for the specified standard temperature, the measured temperature of the sensing unit 10 according to the pattern information of the change of the battery residual capacity with respect to the temperature change Battery residual capacity prediction method characterized in that for correcting.
제 2항에 있어서,
상기 전압영역 결정단계(S200)는,
기준전압을 중심으로 하는 중간 전압 영역을 지정하고,
상기 전지 잔여용량 획득단계(S300)는,
상기 높은 전압영역 수학적 모델과 낮은 전압영역 수학적 모델의 산출값을 평균하여 전지 잔여용량으로 얻는 것임을 특징으로 하는 전지 잔여용량 예측방법.
The method of claim 2,
The voltage region determination step (S200),
Specify an intermediate voltage range around the reference voltage,
The battery remaining capacity obtaining step (S300),
And calculating the remaining battery capacity by averaging the calculated values of the high voltage region mathematical model and the low voltage region mathematical model.
제 5항에 있어서,
상기 센싱단계(S100)는,
단전지를 직렬연결한 조전지로 이루어진 전지(1)의 양단 전압을 측정한 후에 양단 전압을 단전지 개수로 나누어 평균한 전압으로 사용함을 특징으로 하는 전지 잔여용량 예측방법.
6. The method of claim 5,
The sensing step (S100),
A method for estimating remaining battery capacity, comprising measuring the voltage at both ends of an assembled battery in which battery cells are connected in series and dividing the voltage at both ends by the number of cells.
제 2항에 있어서,
상기 전지 잔여용량 획득단계(S300)는,
충전시와 방전시로 구분하여 데이터화한 상기 높은 전압영역 수학적 모델과 낮은 전압영역 수학적 모델의 파라미터를 충전시와 방전시를 구분해 상기 높은 전압영역 수학적 모델과 낮은 전압영역 수학적 모델에 적용하여 전지 잔여용량을 산출함을 특징으로 하는 전지 잔여용량 예측방법.
The method of claim 2,
The battery remaining capacity obtaining step (S300),
The parameters of the high voltage region mathematical model and the low voltage region mathematical model, which are divided into charging and discharging time data, are applied to the high voltage region mathematical model and the low voltage region mathematical model to distinguish between charging and discharging time. A method for estimating battery remaining capacity, comprising calculating a capacity.
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