KR101912615B1 - System for monitoring and protecting batteries - Google Patents

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KR101912615B1 KR1020170050936A KR20170050936A KR101912615B1 KR 101912615 B1 KR101912615 B1 KR 101912615B1 KR 1020170050936 A KR1020170050936 A KR 1020170050936A KR 20170050936 A KR20170050936 A KR 20170050936A KR 101912615 B1 KR101912615 B1 KR 101912615B1
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Abstract

The present invention relates to a system for monitoring and protecting a battery. More specifically, the present invention relates to a system and a method in which properties are changed as a battery cell is aged, and which enable battery aging and stable monitoring and protection of a battery even in high or low temperature environments in order to overcome inability to precisely and effectively protect the battery since the battery cell is not precisely monitored due to the lack of accuracy in measuring performance of the battery at high and low temperatures. The battery monitoring system comprises: a learning part; a battery pack resistance measuring part; and a battery pack capacity gaging part.

Description

배터리 모니터링 및 보호 시스템{SYSTEM FOR MONITORING AND PROTECTING BATTERIES}SYSTEM FOR MONITORING AND PROTECTING BATTERIES

본 발명은 배터리 모니터링 및 보호 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 셀이 에이징됨에 따라 그 특성이 변하고, 고온과 저온에서 배터리의 성능을 측정하는 정확도가 떨어져 배터리 셀을 정밀하게 모니터링하지 못해 배터리를 정밀하고 효과적으로 보호하지 못하는 점을 극복하기 위해 배터리의 에이징 및 고온이나 저온의 환경에서도 배터리의 안정적인 모니터링과 보호를 가능하게 하는 시스템과 그 방법을 제공하고자 하는 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery monitoring and protection system, and more particularly, to a battery monitoring and protection system, In order to overcome the inability to precisely and effectively protect the battery, it is intended to provide a system and a method for enabling stable monitoring and protection of the battery even in aging of the battery and high temperature or low temperature environment.

전기자동차나 에너지저장장치(ESS, Energy Storage System)에는 2차전지인 대용량의 배터리가 소요된다. 상기 배터리는 충전과 방전을 반복함에 따라 그 성능이 퇴화되어 수명을 다하게 된다. 이때 배터리의 성능이 퇴화되는 정도는 SOH(Storage of Health)라는 파라미터를 통해서 정량적으로 평가된다.Electric vehicles and energy storage systems (ESS) require a large capacity battery, a secondary battery. As the battery is repeatedly charged and discharged, its performance deteriorates and its lifetime is exhausted. At this time, the degradation degree of the performance of the battery is quantitatively evaluated by a parameter called SOH (Storage of Health).

SOH를 평가하여 배터리의 교체 시점을 산출하고, 배터리의 사용기간에 따른 배터리의 충전 및 방전 용량을 조절하여 배터리의 과충전 및 과방전을 방지할 수 있다.The SOH is evaluated to calculate the replacement time point of the battery, and the charging and discharging capacity of the battery can be controlled according to the use period of the battery, thereby preventing the battery from overcharging and over discharging.

일반적으로 배터리의 노화는 배터리의 내부저항의 변화를 측정함으로써 검출되는데, 배터리가 처음 공장에서 생산되어 출하될 때는 내부저항이 매우 작다가 충전과 방전을 거듭함에 따라 내부저항이 커지다가 급기야 전자디바이스에 전력을 전달할 수 없을 정도로 내부저항이 커지게 된다. 따라서 배터리의 수명을 늘리기 위해서 충전과 방전을 효과적으로 관리할 필요가 있다.Generally, the aging of a battery is detected by measuring the change in the internal resistance of the battery. When the battery is first manufactured and shipped from the factory, the internal resistance is very small. As the battery is repeatedly charged and discharged, the internal resistance becomes large. The internal resistance becomes large enough to transmit electric power. Therefore, it is necessary to effectively manage charging and discharging in order to increase the life of the battery.

배터리의 내부저항이 변화함에 따라 배터리의 용량이 변화하고, SOH는 배터리의 내부저항과 온도에 의해 추정이 가능하다. 상기 추정하는 과정은 먼저 충전과 방전을 반복할 때 마다 배터리의 내부저항을 측정하고 또한 온도별로 배터리의 용량을 측정한 다음, 이를 배터리의 초기용량을 기준으로 상대적으로 수치화하여 SOH와의 매핑관계를 메모리 테이블에 저장하여 관리한다. 그리고 실제 배터리의 사용 환경에서 배터리의 내부저항과 온도를 측정하고, 상기 매핑 테이블로부터 내부저항과 온도에 대응되는 SOH를 맵핑하면 해당 배터리의 SOH를 추정할 수 있다.As the internal resistance of the battery changes, the capacity of the battery changes, and SOH can be estimated by the internal resistance and temperature of the battery. In the estimation process, the internal resistance of the battery is measured each time charging and discharging are repeated, and the capacity of the battery is measured by temperature. Then, the battery capacity is relatively quantified based on the initial capacity of the battery, And stored in a table. Then, the SOH of the battery can be estimated by measuring the internal resistance and temperature of the battery in an actual battery usage environment, and mapping the SOH corresponding to the internal resistance and the temperature from the mapping table.

그런데 전기자동차나 에너지저장장치와 같이 대용량의 전원을 필요로 하는 경우, 배터리 셀의 수가 많아지고 이에 따라 메모리의 용량도 증가하는데, 이러한 메모리의 증가는 상기 전기자동차나 에너지저장장치에서 주요 장해 중 하나이다. 저온이고 C-Rate(Current Rate)가 높은 경우 성능을 측정하는 것이 어렵다. 이는 메모리를 늘릴 수 없는 제약으로 인해서 그리드 포인트의 수를 늘리는데 한계가 있기 때문이다. 또한 C-Rate가 높은 경우 전압에 조금만 오차가 있어도, 용량 오차가 많이 생긴다. 이는 온도특징에 대해서 학습을 하지 않기 때문이다. 또한 셀 레벨에서 내부저항만을 학습하여서는 에이징에 따른 구성요소의 특징을 추적할 수 없다.However, when a large-capacity power source such as an electric car or an energy storage device is required, the number of battery cells increases and thus the capacity of the memory increases. Such an increase in memory is one of the main obstacles in the electric vehicle or the energy storage device . It is difficult to measure the performance when the temperature is low and the C-Rate (Current Rate) is high. This is because there is a limit to increase the number of grid points due to the limitation that memory can not be increased. Also, when the C-Rate is high, even if there is a slight error in the voltage, there is a lot of capacity error. This is because they do not learn about temperature characteristics. Also, by learning only the internal resistance at the cell level, it is impossible to trace the characteristics of the components due to aging.

여기서 C-Rate는 배터리의 충전과 방전시 다양한 사용조건하에서의 전류값 설정 및 배터리의 가능 사용시간을 예측하거나 표기하기 위한 단위로서, 충/방전률에 따른 전류값의 산출은 충전 또는 방전전류를 배터리 정격용량으로 나누어 충전 및 방전 전류값을 산출하는데 활용된다.Here, the C-Rate is a unit for predicting or indicating the current usable time of the battery and setting the current value under various usage conditions when charging and discharging the battery. The calculation of the current value according to the charging / discharging rate, And is used to calculate the charge and discharge current values by dividing by the rated capacity.

따라서 본 발명은 배터리 셀이 에이징됨에 따라 그 특성이 변하고, 고온과 저온에서 배터리의 성능을 측정하는 정확도가 떨어져 배터리 셀을 정밀하게 모니터링하기 어렵고, 이로 인해 배터리를 적절하게 보호하지 못하는 점을 극복하기 위해 배터리의 에이징 및 고온이나 저온의 환경에서도 배터리의 안정적인 모니터링과 보호를 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.Therefore, it is an object of the present invention to overcome the problem that the characteristic of the battery cell is changed as the battery cell is aged, the accuracy of measuring the performance of the battery at high temperature and low temperature is low and it is difficult to precisely monitor the battery cell, And to enable stable monitoring and protection of the battery even in an environment of high temperature or low temperature.

상기와 유사한 목적을 달성하기 위한 종래의 선행기술로는 먼저, 미국등록특허 제8459978호(2013.05.28.)는 충전용 배터리의 상태를 모니터링하는 것으로, 배터리의 방전 동안에 배터리와 관련하여 적어도 하나의 측정된 값을 반복적으로 획득하고, 배터리의 방전동안에 배터리의 상태를 반복적으로 계산하며(상기 배터리의 상태는 이전에 계산된 배터리의 상태, 상기 측정된 값, 그리고 적어도 하나의 배터리 파라미터에 의존함), 배터리의 상태가 임계값을 초과하기 전에 제1 속도로 배터리의 파라미터를 업데이트하고, 배터리의 상태가 임계값을 초과한 후에 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 배터리의 파라미터를 업데이트하며, 파라미터의 각 업데이트에 응답하여 배터리의 상태를 교정하는 것을 특징으로 한다.Prior art prior art to accomplish the above object first discloses a method for monitoring the state of a rechargeable battery by monitoring the state of a rechargeable battery, such that, during the discharge of the battery, at least one Repeatedly acquiring the measured value and repeatedly calculating the state of the battery during discharge of the battery (the state of the battery depends on the state of the previously calculated battery, the measured value, and at least one battery parameter) Updates the parameters of the battery at a first rate before the status of the battery exceeds the threshold value and updates the parameters of the battery at a second rate higher than the first rate after the status of the battery exceeds the threshold, And the state of the battery is corrected in response to each update.

그러나 상기 선행기술에서는 배터리의 상태에 대한 파라미터를 업데이트하는 점은 본 발명과 일부 유사한 점이 있으나, 상기 선행기술에서는 본 발명의 에이징이나 온도에 따른 배터리 셀의 특성변화를 고려하는 것에 대한 아무런 시사나 암시 또는 기재가 없는 것이 본 발명과 차이점이다.However, in the prior art, there is some similarity with the present invention in that the parameter of the state of the battery is updated. However, in the prior art, there is no suggestion or suggestion of considering the characteristic change of the battery cell according to the aging or the temperature of the present invention Or the substrate is different from the present invention.

또한 미국등록특허 제7808244호(2010.10.05.)는 초기전압과 전류를 측정 및 이전에 예측된 배터리 저항을 이용하여 충전상태를 결정하는 방법에 관한 것으로, 배터리의 내부 저항값을 계산하고 배터리 충전상태(SOC: State of Charge)와 온도에 따른 내부저항의 의존도를 정의하는 파라미터를 업데이트하는 프로세서를 구비한다. 상기 데이터베이스는 정확한 잔여 사용시간을 계산하는데 필요한 정보를 얻는데 사용된다. 상기 프로세서는 측정된 배터리의 개방회로전압(OCV: Open Circuit Voltage)값의 특징과 배터리가 안정화된 후에 가장 최근에 측정된 OCV의 값에 대응하는 출발 SOC값의 결정을 위해 대표하는 메모리에 데이터베이스의 항목을 반영하는 역할을 한다. 이로써 상기 프로세서는 배터리의 현재 SOC, 현재 배터리 용량, 배터리전원으로 동작하는 디바이스의 남아있는 동작시간을 결정한다.U.S. Patent No. 7,808,244 (Oct. 10, 2010) relates to a method for measuring initial voltage and current and determining the state of charge using previously predicted battery resistance. It calculates the internal resistance of the battery, And a processor for updating a parameter defining a state of charge (SOC) and a dependency of the internal resistance on the temperature. The database is used to obtain the information needed to calculate the correct remaining usage time. The processor is further programmed to store in a representative memory the characteristics of an open circuit voltage (OCV) value of the measured battery and a starting SOC value corresponding to the value of the most recently measured OCV after the battery has stabilized It reflects the item. Whereby the processor determines the current SOC of the battery, the current battery capacity, and the remaining operating time of the device operating on battery power.

상기 선행기술은 OCV를 측정하고 현재 SOC, 배터리 용량 및 남아 있는 동작시간을 계산하는 것에 대해서 기재하고 있으나, 본 발명의 에이징이나 온도에 따른 배터리 셀의 특성변화를 고려하는 것에 대한 아무런 시사나 암시 또는 기재가 없는 것이 본 발명과 차이점이다.Although the prior art describes measuring the OCV and calculating the current SOC, battery capacity and remaining operating time, there is no suggestion or suggestion of taking into account changes in the characteristics of the battery cell due to aging or temperature of the present invention, The difference from the present invention is that there is no description.

또한 미국등록특허 제6789026호(2004.09.07.)는 배터리 충전상태를 모니터링하는 방법에 관한 것으로, 배터리에 흐르는 전류가 제로인 상태에 있다는 것을 결정함으로써 현제 배터리에 저장된 충전량을 결정하는 것이다. 배터리를 통해서 흐르는 전류가 무시할 수 없는 시간 이전에 배터리의 OCV를 측정하는 회로를 구비하고 있으며, 측정된 OCV를 대응하는 변수값과 상관시키고 대응하는 값을 변수값으로 선택하는 프로세서를 포함한다.U.S. Patent No. 6789026 (Sep. 7, 2004) discloses a method for monitoring the state of charge of a battery, which determines the amount of charge currently stored in the battery by determining that the current flowing through the battery is zero. And a circuit for measuring the OCV of the battery before the time when the current flowing through the battery is not negligible and includes a processor for correlating the measured OCV with the corresponding variable value and selecting the corresponding value as the variable value.

상기 선행기술은 배터리의 충전량을 모니터링하는 것은 본 발명과 일부 유사한 점이 있으나, 본 발명의 에이징이나 온도에 따른 배터리 셀의 특성변화를 고려하여 배터리를 모니터링하거나 보호하는 것에 대해서는 아무런 시사가 없다는 것이 본 발명과 차이점이다.Although there are some similarities to the present invention in monitoring the charged amount of the battery in the prior art, there is no suggestion to monitor or protect the battery in consideration of the aging of the present invention or the change in characteristics of the battery cell according to the temperature. And the difference.

마지막으로 미국공개특허 제2011/0037475호(2011.02.17.)는 배터리 내부저장(DCIR)을 이용하여 배터리 용량을 추정하는 방법에 관한 것으로, 배터리 모듈 내에서 제어된 방전 경로를 설정하고, 시스템 부하전류의 변화에도 불구하고 배터리 방전 전류가 일정한 값을 가지며, 상기 일정한 배터리 전류를 설정하여 측정된 내부저항은 배터리 용량을 정확하게 얻는데 사용될 수 있다.Finally, U.S. Published Patent Application No. 2011/0037475 (Feb. 17, 2011) relates to a method for estimating battery capacity using internal battery storage (DCIR), in which a controlled discharge path is set in a battery module, The battery discharge current has a constant value despite the change of the current and the internal resistance measured by setting the constant battery current can be used to accurately obtain the battery capacity.

상기 선행기술은 배터리 내부저항을 이용하여 배터리 용량을 추정하는 것이 본 발명과 일부 관련은 있지만, 본 발명의 에이징이나 온도에 따른 배터리 셀의 특성변화를 고려하여 배터리를 모니터링하거나 보호하는 것에 대해서는 아무런 시사나 암시 또는 기재가 없는 것이 본 발명과 차이점이다.Although it is partially related to the present invention to estimate the battery capacity using the internal resistance of the battery, the prior art does not have any effect on monitoring or protecting the battery in consideration of the aging of the present invention or the change in characteristics of the battery cell according to the temperature And there is no difference between the present invention and the present invention.

상기 선행기술들을 참고하여 보면, 배터리 셀이 에이징됨에 따라 특성이 변하고, 고온과 저온에서 배터리의 성능을 측정하는 정확하지 않다는 점에 대해서 아무런 착상이 존재하지 아니한다. 따라서 본 발명에서는 배터리 셀을 정밀하게 모니터링할 수 없어서 배터리를 보호하는 것이 어려운 점을 극복하기 위해 배터리의 에이징 및 고온이나 저온의 환경에서도 배터리의 안정적인 모니터링과 보호를 가능하게 하는 방법을 제시하고자 한다.With reference to the above prior art, there is no idea that the characteristics change as the battery cell ages and it is not accurate to measure the performance of the battery at high and low temperatures. Therefore, in order to overcome the difficulty of protecting the battery due to the inability to precisely monitor the battery cell, the present invention proposes a method for enabling stable monitoring and protection of the battery even in an environment of high temperature or low temperature.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 배터리 모니터링 방법, 배터리 모니터링 장치, 배터리 보호 방법 및 배터리 보호 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object thereof is to provide a battery monitoring method, a battery monitoring device, a battery protection method, and a battery protection device.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 방법과 그 장치를 통해서, 상기 기계학습을 위해서 배터리 팩저항과 약한 셀의 저항이 충방전을 거듭함에 따라 변화하는 과정을 학습하는 방법을 제공하고자 한다.Also, through a battery monitoring method and an apparatus thereof according to an embodiment of the present invention, a method of learning a process of changing a battery pack resistance and a resistance of a weak cell due to repeated charging and discharging is provided.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 방법과 그 장치를 통해서, 고온, 실온 및 저온에서 배터리의 팩저항을 조절하기 위한 팩터를 산출하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to calculate a factor for controlling the pack resistance of a battery at a high temperature, a room temperature, and a low temperature through a battery monitoring method and apparatus according to an embodiment of the present invention.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 방법과 그 장치를 통해서, 각 저항 포인트에서 최대전류, 최소전류 및 온도변화를 예측하기 위해서 부하특징을 분석하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a method for analyzing load characteristics for predicting maximum current, minimum current, and temperature change at each resistance point through a battery monitoring method and apparatus according to an embodiment of the present invention.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 방법과 그 장치를 통해서, 상기 부하특성, 저항을 분석함으로써 부하가 걸려있는 상황에서 배터리의 잔존용량과 완전충전용량을 예측하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a method for predicting a remaining capacity and a full charge capacity of a battery in a situation where a load is applied by analyzing the load characteristic and resistance through a battery monitoring method and an apparatus thereof according to an embodiment of the present invention do.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 방법과 그 장치를 통해서, 배터리의 현재용량과 SOH를 갱신하는 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a battery monitoring method and a battery monitoring method according to an embodiment of the present invention, in which a current capacity of a battery and a method of updating an SOH are provided.

또한 본 발명은 각 배터리의 셀저항 대신 팩저항 또는 저항이 가장 큰 몇 개의 위크셀들의 저항만을 각 온도 별로 학습하여 배터리의 상태를 모니터링하고 또한 배터리를 보호하는 장치와 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.The present invention also provides an apparatus and method for monitoring the state of a battery and also protecting a battery by learning only the resistance of several wick cells having the largest pack resistance or resistance instead of the cell resistance of each battery for each temperature. .

또한 본 발명은 방전종료전압에 셀전압 또는 팩전압이 가장 먼저 도달하는 셀을 위크셀로 결정하는 위크셀을 찾는 방법과 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다. 팩전압이 팩의 방전종료전압에 도달하기 전에 하나의 배터리셀이 셀의 방전종료전압에 먼저 도달하면 방전이 종료된다. 저전압에서 셀의 수명이 크게 저하되기 때문에 셀을 보호여야 할 필요가 있다. Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for finding a wick cell that determines a cell whose cell voltage or pack voltage first reaches a discharge end voltage as a wick cell. The discharge is terminated when one battery cell first reaches the discharge end voltage of the cell before the pack voltage reaches the discharge end voltage of the pack. It is necessary to protect the cell because the lifetime of the cell is greatly lowered at the low voltage.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 방법과 그 장치를 통해서, 셀의 내부 및 외부 쇼트와 병렬 셀의 개방을 검출하는 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a method for detecting the opening of a parallel cell and an internal and external short circuit of a cell through a battery monitoring method and an apparatus therefor according to an embodiment of the present invention.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 시스템은 에이징이나 온도에 따른 배터리팩의 상태정보를 학습하는 학습부 및 상기 학습결과에 따라 상기 배터리팩의 잔여용량과 전체 가용용량을 게이징하는 배터리팩 용량 게이징부를 포함하며, 상기 배터리팩의 상태정보는 SOC(state of charge)에 따른 배터리팩의 전체 저항, 상기 각 배터리셀에 대한 저항 및 OCV(open circuit voltage) 변화량을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a battery monitoring system comprising: a learning unit for learning state information of a battery pack according to aging or temperature; Wherein the state information of the battery pack includes a total resistance of the battery pack according to a state of charge (SOC), a resistance to each battery cell, and an OCV (open circuit voltage) change amount .

또한 상기 학습부는, 제1 사이클을 통해 정상온도 및 무부하의 조건 하에서 일정한 C-rate로 상기 배터리팩을 방전 종지전압까지 방전시켜, 상기 배터리팩의 OCV 곡선을 추적함으로써, 에이징에 따른 OVC 변화량 및 해당 배터리팩의 총 용량에 대한 변화량을 학습하는 것을 특징으로 한다.Further, the learning unit may discharge the battery pack to a discharge end voltage at a constant C-rate under normal temperature and no-load conditions during the first cycle, and track the OCV curve of the battery pack, And learns a variation with respect to the total capacity of the battery pack.

또한 상기 학습부는, 제2 사이클을 통해 상기 SOC를 OCV 포인트인 복수의 그리드 포인트로 나누고, 일정 범위의 온도별로 상기 배터리팩을 특정 C-rate로 방전시켜가며, 상기 각 그리드 포인트별로 상기 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항을 측정함으로써, 온도 및 에이징에 따른 상기 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항의 변화량을 학습하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Also, the learning unit may divide the SOC into a plurality of grid points, which are OCV points, and discharge the battery pack at a specific C-rate for a certain range of temperatures through a second cycle, And measuring resistance of each of the battery cells, thereby learning the amount of change in resistance of the battery pack and the battery cells due to temperature and aging.

또한 상기 배터리팩 저항 측정부는, 이전에 학습된 배터리팩의 전체 저항과 현재 방전되는 배터리팩의 전체 저항을 대비하여 에이징 계수를 산출하고, 상기 산출한 에이징 계수에 이전에 학습된 각 그리드 포인트별 저항을 곱하여 현재 방전되는 상기 배터리팩의 그리드 포인트에 대한 각각의 저항을 업데이트함으로써, 상기 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항을 측정하는 것을 특징으로 한다.Also, the battery pack resistance measuring unit may calculate an aging coefficient by comparing the total resistance of the battery pack learned previously with the total resistance of the battery pack that is currently discharged, and calculate a resistance value of each of the grid points previously learned in the calculated aging coefficient And the resistance of each of the battery pack and each battery cell is measured by updating each resistance of the grid point of the battery pack that is currently discharged.

또한 상기 배터리팩 용량 게이징부는, 최근에 측정된 OCV와 Passed charge를 이용하여, 상기 배터리팩의 현재 OCV 포인트를 검출하고, 상기 검출한 현재 OCV 포인트에서 Passed charge, 잔여용량, 전체 가용용량을 측정하고, 이를 상기 각 OCV 포인트마다 업데이트함으로써, 상기 배터리팩의 잔여 용량 및 전체 가용용량을 게이징하는 것을 특징으로 한다.Also, the battery pack capacitance gauging unit detects a current OCV point of the battery pack using recently measured OCV and passed charge, and measures a Passed charge, a remaining capacity, and a total usable capacity at the detected current OCV point And updating each of the OCV points for each of the OCV points, thereby gaining the remaining capacity and the total usable capacity of the battery pack.

또한 상기 배터리 모니터링 시스템은, 상기 측정한 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항이 미리 설정한 값을 초과하는 경우, 해당 배터리팩의 충방전 상태를 차단함으로써, 해당 배터리팩을 보호하는 보호부 및 상기 저항별 배터리 상태를 매핑한 매핑테이블을 참조하여 상기 측정한 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항에 따른 배터리 상태, 상기 측정한 배터리팩의 잔여용량 및 전체 가용용량을 사용자 단말로 제공하는 알림부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The battery monitoring system may further include a protection unit for protecting the battery pack by blocking a charge / discharge state of the battery pack when the measured resistance of the battery pack and the battery cell exceeds a preset value, And a notification unit for providing the user terminal with the measured battery capacity, remaining battery capacity of the battery pack, and total usable capacity according to the measured resistance of the battery pack and each battery cell with reference to the mapping table mapping the battery status by resistance .

아울러 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 방법은, 에이징이나 온도에 따른 배터리팩의 상태정보를 학습하는 학습 단계 및 상기 학습결과에 따라 상기 배터리팩의 잔여용량과 전체 가용용량을 게이징하는 배터리팩 용량 게이징 단계를 포함하며, 상기 배터리팩의 상태정보는 SOC(state of charge)에 따른 배터리팩의 전체 저항, 상기 각 배터리셀에 대한 저항 및 OCV(open circuit voltage) 변화량을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a battery monitoring method comprising the steps of learning state information of a battery pack according to aging or temperature, and calculating a remaining capacity of the battery pack and a total usable capacity Wherein the state information of the battery pack includes a total resistance of the battery pack according to a state of charge (SOC), a resistance to each battery cell, and an OCV (open circuit voltage) change amount .

또한 상기 학습 단계는, 제1 사이클을 통해 정상온도 및 무부하의 조건 하에서 일정한 C-rate로 상기 배터리팩을 방전 종지전압까지 방전시켜, 상기 배터리팩의 OCV 곡선을 추적함으로써, 에이징에 따른 OVC 변화량 및 해당 배터리팩의 총 용량에 대한 변화량을 학습하는 것을 특징으로 한다.Also, the learning step may include discharging the battery pack to a discharge end voltage at a constant C-rate under normal temperature and no-load conditions during a first cycle, tracking the OCV curve of the battery pack, The amount of change with respect to the total capacity of the battery pack is learned.

또한 상기 학습 단계는, 제2 사이클을 통해 상기 SOC를 OCV 포인트인 복수의 그리드 포인트로 나누고, 일정 범위의 온도별로 상기 배터리팩을 특정 C-rate로 방전시켜가며, 상기 각 그리드 포인트별로 상기 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항을 측정함으로써, 온도 및 에이징에 따른 상기 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항의 변화량을 학습하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The learning step divides the SOC into a plurality of grid points which are OCV points in a second cycle, discharges the battery pack at a specific C-rate for a certain temperature range, And measuring resistance of each of the battery cells to learn a change amount of the resistance to the battery pack and each battery cell according to temperature and aging.

또한 상기 배터리팩 저항 측정 단계는, 이전에 학습된 배터리팩의 전체 저항과 현재 방전되는 배터리팩의 전체 저항을 대비하여 에이징 계수를 산출하고, 상기 산출한 에이징 계수에 이전에 학습된 각 그리드 포인트별 저항을 곱하여 현재 방전되는 상기 배터리팩의 그리드 포인트에 대한 각각의 저항을 업데이트함으로써, 상기 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항을 측정하는 것을 특징으로 한다.The step of measuring the resistance of the battery pack may further include calculating an aging coefficient by comparing the total resistance of the battery pack learned previously with the total resistance of the battery pack being discharged at present and comparing the calculated aging coefficient with each of the previously learned grid points And the resistances of the battery pack and the battery cells are measured by updating respective resistances of the grid points of the battery pack which are currently discharged by multiplying the resistances.

또한 상기 배터리팩 용량 게이징 단계는, 최근에 측정된 OCV와 Passed charge를 이용하여, 상기 배터리팩의 현재 OCV 포인트를 검출하고, 상기 검출한 현재 OCV 포인트에서 Passed charge, 잔여용량, 전체 가용용량을 측정하고, 이를 상기 각 OCV 포인트마다 업데이트함으로써, 상기 배터리팩의 잔여 용량 및 전체 가용용량을 게이징하는 것을 특징으로 한다.Also, the battery pack capacity gaining step may include detecting a current OCV point of the battery pack using recently measured OCV and passed charge, and calculating a Passed charge, a remaining capacity, and a total usable capacity at the detected current OCV point And updating the calculated OCV value for each OCV point, thereby gaining the remaining capacity and the total available capacity of the battery pack.

또한 상기 배터리 모니터링 시스템은, 상기 측정한 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항이 미리 설정한 값을 초과하는 경우, 해당 배터리팩의 충방전 상태를 차단함으로써, 해당 배터리팩을 보호하는 보호 단계 및 상기 저항별 배터리 상태를 매핑한 매핑테이블을 참조하여 상기 측정한 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항에 따른 배터리 상태, 상기 측정한 배터리팩의 잔여용량 및 전체 가용용량을 사용자 단말로 제공하는 알림 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The battery monitoring system may further include a protection step of protecting the battery pack by blocking the charge / discharge state of the battery pack when the measured resistance of the battery pack and the battery cell exceeds a preset value, A notification step of providing the user terminal with the measured battery capacity, remaining battery capacity of the battery pack, and total usable capacity according to the measured resistance of the battery pack and each battery cell with reference to the mapping table mapping the battery status by resistance And further comprising:

본 발명은 기계학습을 통한 배터리 모니터링 및 보호 방법에 관한 것으로, 배터리 팩의 충방전을 거듭함에 따라 배터리 팩의 전체 저항 및 상기 배터리 팩을 구성하는 복수의 셀 중 약한 셀에 대한 저항이 변화 과정을 학습하여 에이징이나 온도에 따른 배터리의 상태를 정확하게 모니터링하고, 충방전시 배터리의 용량(capacity)을 정확하게 게이징하여 사용자에게 제공함으로써, 배터리의 과충전 및 과방전으로부터 효과적으로 보호함과 동시에 사용자에게 편의를 제공할 수 있는 효과가 있다. The present invention relates to a method for monitoring and protecting a battery through machine learning, and more particularly, to a method for monitoring and protecting a battery through machine learning, By accurately monitoring the state of the battery according to aging and temperature, and accurately gauging the capacity of the battery during charging and discharging, it is possible to effectively protect the battery against overcharge and overdischarge, There is an effect that can be provided.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모니터링 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모니터링 시스템을 개략적으로 나타내 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모니터링 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이징을 위한 데이터를 학습하기 위한 첫 번째 사이클 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이징을 위한 데이터를 학습하기 위한 두 번째 사이클 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩과 위크셀의 방전에 따른 잔여용량과 전체 가용용량을 게이징하여 사용자에게 제공하는 절차를 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 용량과 SOH를 업데이트하는 방법을 설명하기 위해 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 방전에 따른 잔여용량과 전체 가용용량을 게이징하는 방법을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀의 내부/외부 쇼트를 감지하기 위한 배터리 모니터링 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀의 내부/외부 쇼트를 감지하기 위한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀의 내부/외부 쇼트를 감지하기 위한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀의 내부/외부 단선을 감지하기 위한 배터리 모니터링 시스템을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a battery monitoring system according to a first embodiment of the present invention.
2 is a block diagram schematically showing a battery monitoring system according to a second embodiment of the present invention.
3 is a block diagram schematically illustrating a battery monitoring system according to a third embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a first cycle for learning data for gaining according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing a second cycle for learning data for gaining according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram illustrating a configuration of a battery monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 7A and 7B are flowcharts illustrating a procedure for gaining a remaining capacity and a usable capacity according to a discharge of a battery pack and a wick cell according to an embodiment of the present invention, respectively, and providing the same to a user.
8 is a flowchart illustrating a method of updating a capacity and a SOH of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining a method of gaining residual capacity and total usable capacity according to discharge of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
10 is a block diagram illustrating a battery monitoring system for detecting internal / external shorts of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
11 is a graph for detecting an internal / external short circuit of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
12 is a graph for detecting an internal / external short circuit of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
13 is a block diagram illustrating a battery monitoring system for detecting internal / external disconnection of a battery cell according to another embodiment of the present invention.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Specific structural and functional descriptions of the embodiments of the invention disclosed herein are for the purpose of describing an embodiment of the invention only and are not intended to represent technical or scientific terms unless otherwise defined. And all terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as ideal or overly formal in the sense of the art unless explicitly defined herein Do not.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 모니터링 시스템의 구성을 설명하도록 한다.Hereinafter, a configuration of a battery monitoring system according to various embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모니터링 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모니터링 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 또한 도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모니터링 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a schematic view of a battery monitoring system according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a battery monitoring system according to a second embodiment of the present invention. 3 is a block diagram of a battery monitoring system according to a third embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1실시예에 따른 배터리 모니터링 시스템(10)은 배터리팩(200)의 상태를 모니터링하는 배터리 모니터링 장치(100), 복수의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩(200), 외부단자를 통해 상기 배터리팩(200)과 배터리팩(200)을 충전하기 위한 충전기(700) 또는 상기 외부단자를 통해 상기 배터리팩(200)과 연결되어 상기 배터리팩(200)으로부터 파워(power)를 인가받아 구동되는 부하(미도시), 충전 FET(300), 방전 FET(400), 배터리팩(200)의 온도를 감지하는 온도 감지부(500), 배터리팩(200)의 전류를 감지하는 전류 감지부(600)를 포함하여 구성된다.1, the battery monitoring system 10 according to the first embodiment of the present invention includes a battery monitoring device 100 for monitoring the state of the battery pack 200, a battery pack A charger 700 for charging the battery pack 200 and the battery pack 200 through an external terminal or a power supply 200 connected to the battery pack 200 through the external terminal, (not shown), a charging FET 300, a discharging FET 400, and a temperature sensing unit 500 for sensing the temperature of the battery pack 200. The currents of the battery pack 200 And a current sensing unit 600 for sensing a current flowing through the current sensing unit.

또한 배터리팩(200)은 복수의 배터리셀로 구성되며, 상기 배터리셀은 해당 배터리팩(200)이 이용되는 목적, 용도 또는 해당 배터리팩(200)에 연결되는 부하에 따라 상기 배터리셀의 개수를 달리하여 상기 배터리팩(200)을 구성할 수 있다.The battery pack 200 includes a plurality of battery cells, and the battery cells 200 may be divided into a plurality of battery cells 200 in accordance with a purpose or use of the battery pack 200 or a load connected to the battery pack 200 The battery pack 200 can be configured differently.

또한 배터리셀은 직렬, 병렬 또는 이들의 조합으로 연결될 수 있으며, 외부단자로 연결되는 충전기(700) 또는 부하를 통해 일정한 전압으로 충전되거나, 또는 방전된다.Also, the battery cells may be connected in series, in parallel, or a combination thereof, and may be charged or discharged to a constant voltage through a charger 700 or a load connected to an external terminal.

한편 상기 배터리팩(200)은 리튬 이온 배터리, 리튬 이온 폴리머 배터리, 니켈 카드뮴 배터리 등과 같이 공지된 모든 종류의 2차 배터리로 구성될 수 있다.Meanwhile, the battery pack 200 may be a secondary battery of any kind known in the art, such as a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, a nickel cadmium battery, or the like.

또한 배터리 모니터링 장치(100)는 전계효과 트랜지스터(FET, field effect transistor)로 구성된 충전 FET(300)와 방전 FET(400)를 제어하여 상기 외부단자와 연결되는 외부장치(즉, 충전기(700) 또는 부하)에 따라 상기 배터리팩(200)을 충전하거나 방전할 수 있도록 한다.The battery monitoring apparatus 100 further includes a charging FET 300 including a field effect transistor (FET) and an external device connected to the external terminal by controlling the discharging FET 400 The battery pack 200 can be charged or discharged according to the load.

예를 들어, 상기 외부단자에 충전기(700)가 연결되는 경우, 상기 충전 FET(300)를 온하고, 방전 FET(400)를 차단(오프)함으로써 상기 충전기(700)로부터 배터리팩(200) 방향으로 일정한 전압 및 전류를 흐르도록 하여 상기 배터리팩(200)을 충전할 수 있도록 한다. 이와 반대로, 상기 외부단자에 부하가 연결되는 경우, 상기 충전 FET(300) 및 방전 FET(400)를 각각 오프 및 온 함으로써, 상기 배터리팩(200)으로부터 부하방향으로 일정한 전압 및 전류를 흐르도록 하여 상기 부하로 파워를 인가할 수 있도록 한다.For example, when the charger 700 is connected to the external terminal, the charging FET 300 is turned on and the discharging FET 400 is turned off, So that the battery pack 200 can be charged with a constant voltage and current. Conversely, when a load is connected to the external terminal, a constant voltage and current are allowed to flow in the load direction from the battery pack 200 by turning off and on the charging FET 300 and the discharging FET 400, respectively So that power can be applied to the load.

또한 배터리 모니터링 장치(100)는 온도에 따른 배터리팩(200)의 전체저항 및 상기 배터리팩(200)을 구성하는 배터리 셀 중 약한 배터리 셀에 대한 저항을 학습하고, 상기 외부단자에 연결되는 부하에 대한 특성을 분석함으로써, 온도 및 열화에 따른 배터리팩(200)에 대한 저항변화에 따라 해당 배터리팩(200)의 상태를 사용자에게 제공하여, 충/방전이 거듭되어 사용된 배터리팩(200)의 상태를 즉각적으로 알 수 있도록 한다. 또한 배터리 모니터링 장치(100)는 배터리팩(200)의 충전 혹은 방전 시 해당 배터리팩(200)의 온도 및 열화에 따른 잔여용량(remaining capacity)을 정확하게 게이징(gauging)하여 사용자에게 제공하며, 상기 배터리팩(200)의 충전 혹은 방전상태를 모니터링하여 상기 배터리팩(200)의 과충전 혹은 과방전으로 인한 결함발생을 방지한다. The battery monitoring apparatus 100 learns the total resistance of the battery pack 200 according to the temperature and the resistance of the battery cells constituting the battery pack 200 to the weak battery cell, The state of the corresponding battery pack 200 is provided to the user in accordance with the change in resistance of the battery pack 200 due to temperature and deterioration so that the state of the battery pack 200, So that the status can be immediately known. The battery monitoring apparatus 100 accurately gauges remaining capacity due to temperature and deterioration of the battery pack 200 when the battery pack 200 is charged or discharged and provides the battery to the user, The charging or discharging state of the battery pack 200 is monitored to prevent the occurrence of defects due to overcharge or overdischarge of the battery pack 200.

즉, 배터리 모니터링 장치(100)는 상기 배터리팩의 충전상태를 모니터링하다가 상기 배터리팩(200)이 과충전 상태로 진입하기 전에 이를 감지하여 상기 충전 FET(300)를 오프시켜, 과충전으로 인한 배터리팩(200)의 결함발생을 방지할 수 있도록 한다. 이와 같은 맥락으로 상기 배터리 모니터링 장치(100)는 상기 배터리팩(200)의 방전상태를 모니터링하다가 상기 배터리팩(200)이 과방전 상태로 진입하기 전에 이를 감지하여 상기 방전 FET(400)를 오프시켜, 과방전으로 인한 배터리팩(200)의 결함발생을 방지할 수 있도록 한다.That is, the battery monitoring apparatus 100 monitors the state of charge of the battery pack 200, detects the state of the battery pack 200 before the battery pack 200 enters the overcharged state, turns off the charge FET 300, 200 can be prevented from occurring. The battery monitoring apparatus 100 monitors the discharging state of the battery pack 200 and detects the discharging state of the battery pack 200 before the battery pack 200 enters the overdischarging state to turn off the discharging FET 400 So that it is possible to prevent the occurrence of defects in the battery pack 200 due to over discharge.

한편 상기 충전 FET(300) 및 방전 FET(400)는 배터리팩(200)을 일정한 전압으로 충전하거나, 방전하기 위한 스위치를 의미하는 것으로, FET 뿐만 아니라 IGBT(insulated gate bipolar transistor) 또는 충/방전을 위한 릴레이(relay) 등과 같은 다양한 스위치로 구성될 수 있음은 당연하다.The charging FET 300 and the discharging FET 400 mean a switch for charging or discharging the battery pack 200 at a constant voltage. The charging FET 300 and the discharging FET 400 may be replaced with an insulated gate bipolar transistor (IGBT) A relay for relaying data, and the like.

또한 온도 감지부(500)는 배터리팩(200)의 충/방전 시에 배터리팩(200) 혹은 배터리셀에 대한 온도를 감지하여 상기 배터리 모니터링 장치(100)로 제공한다.The temperature sensing unit 500 senses the temperature of the battery pack 200 or the battery cell during charging / discharging of the battery pack 200 and provides the sensed temperature to the battery monitoring device 100.

또한 전류 감지부(600)는 전류를 감지하기 위한 센스 레지스터(sense resistor)로 구성되며, 상기 외부단자와 배터리팩(200)과 직렬로 연결되어 배터리팩(200)의 충/방전 전류를 감지하여 상기 배터리 모니터링 장치(100)로 제공한다.The current sensing unit 600 includes a sense resistor for sensing a current and is connected in series with the external terminal and the battery pack 200 to sense a charge / discharge current of the battery pack 200 To the battery monitoring apparatus 100.

또한 배터리 모니터링 장치(100)는 배터리팩(200)의 전체 저항과 각 배터리셀에 대한 저항을 측정하고, 또한 상기 배터리팩(200)의 잔여용량 및 전체 가용용량을 정확하게 게이징하기 위해 우선적으로, 무부하 상태에서 상기 배터리팩(200)에 대한 OCV(open circuit voltage)의 변화상태 및 온도에 따른 배터리팩(200)의 저항의 변화를 학습한다.The battery monitoring apparatus 100 measures the total resistance of the battery pack 200 and the resistance to each battery cell and also controls the battery pack 200 in order to precisely gauges the remaining capacity and total usable capacity of the battery pack 200, A variation state of an open circuit voltage (OCV) with respect to the battery pack 200 in a no-load state and a change in resistance of the battery pack 200 according to a temperature are learned.

상기 학습은 제1 사이클 및 제2 사이클을 포함하여 총 두 번의 학습 사이클을 통해 수행되며, 이에 대한 상세한 설명은 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.The learning is performed through a total of two learning cycles including a first cycle and a second cycle, and a detailed description thereof will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG.

또한 상기 배터리 모니터링 장치(100)에 의해 온도 변화에 따라 학습한 배터리팩(200)의 전체 저항과 상기 각 배터리셀의 저항(즉, 내부저항)은 온도 및 각 온도에서의 저항을 나타내는 파라미터로 구성된 함수로부터 도출되며, 이는 부하 하에서(under load) 해당 배터리팩(200)의 잔여용량과 완전충전용량(full charge capacity)(전체 가용용량을 의미함)을 예측하기 위해 이용된다.Also, the total resistance of the battery pack 200 learned by the battery monitoring apparatus 100 according to a temperature change and the resistance (i.e., internal resistance) of each battery cell are constituted by parameters indicative of temperature and resistance at each temperature Function, which is used to predict the remaining capacity and full charge capacity (meaning the total usable capacity) of the corresponding battery pack 200 under an under load.

한편 상기 배터리팩(200)의 잔여용량과 전체 가용용량을 게이징하는 과정은 도 7a 및 도 7b를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Meanwhile, the process of gaining the remaining capacity of the battery pack 200 and the entire usable capacity will be described in detail with reference to FIGS. 7A and 7B.

상술한 바와 같이 상기 배터리 모니터링 장치(100)는 배터리팩(200)의 전체 저항과 각 배터리셀에 대한 저항을 측정하여 학습하며, 온도에 따른 배터리팩(200)에 대한 저항을 조정하기 위한 팩터(factor)를 도출하고, 부하 특성을 분석한다. 이를 통해 온도 변화를 반영하여 배터리팩(200)의 사용에 따른 잔여용량 및 전체가용용량을 정확하게 게이징하고, 이를 사용자에게 제공함으로써, 배터리팩(200)을 효율적으로 사용할 수 있도록 하며, 과충전 및 과방전으로부터 상기 배터리팩(200)을 보호할 수 있도록 한다.As described above, the battery monitoring apparatus 100 learns and measures the overall resistance of the battery pack 200 and the resistance to each battery cell, and calculates a factor for adjusting the resistance of the battery pack 200 factor, and analyzes the load characteristics. Accordingly, the remaining capacity and the total usable capacity of the battery pack 200 are accurately gauged by reflecting the temperature change, and are provided to the user. Thus, the battery pack 200 can be efficiently used, and overcharge and overdischarge So that the battery pack 200 can be protected from damage.

즉, 상기 배터리 모니터링 장치(100)는 상기 학습 사이클을 통해 SOC에 따른 배터리팩의 전체 저항, 각 배터리셀에 대한 저항, OCV 변화량, 상기 배터리팩(200)의 총 용량을 포함하는 상기 배터리팩(200)의 상태정보를 학습하여, 해당 배터리팩(200)을 정확하게 모니터링한다. That is, the battery monitoring apparatus 100 monitors the battery pack 200 including the total resistance of the battery pack, the resistance to each battery cell, the OCV variation amount, and the total capacity of the battery pack 200 according to the SOC through the learning cycle. 200, and monitors the battery pack 200 accurately.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모니터링 시스템을 개략적으로 나타내 블록도이다.2 is a block diagram schematically showing a battery monitoring system according to a second embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모니터링 시스템(10)은 복수의 전류/전압 측정부(800)를 더 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 2, the battery monitoring system 10 according to the second embodiment of the present invention may further include a plurality of current / voltage measurement units 800.

즉, 도 1을 참조하여 상세히 설명한 배터리 모니터링 시스템(10)은 각각의 배터리셀의 전압을 직접적으로 측정하여 상기 각 배터리셀의 저항 및 약한 배터리셀에 대한 저항을 산출하였으나, 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모니터링 시스템(10)은 별도의 전류/전압 측정부(800)를 적어도 하나 이상으로 구비하여 상기 배터리셀에 대한 저항을 측정할 수 있도록 구성할 수 있다.That is, the battery monitoring system 10 described in detail with reference to FIG. 1 directly measures the voltage of each battery cell to calculate the resistance of each battery cell and the resistance to a weak battery cell. However, The battery monitoring system 10 according to the exemplary embodiment may include at least one separate current / voltage measuring unit 800 to measure the resistance of the battery cell.

즉, 전류/전압 측정부(800)는 적어도 하나 이상으로 구비되며, 각각의 전류/전압 측정부(800)는 적어도 하나 이상의 배터리셀과 각각 연결된다.That is, at least one current / voltage measuring unit 800 is provided, and each current / voltage measuring unit 800 is connected to at least one battery cell, respectively.

또한 전류/전압 측정부(800)는 자신이 커버링하는 각각의 배터리셀에 대한 전류 및 전압을 측정하여 배터리 모니터링 장치(1001)로 제공하고, 상기 배터리 모니터링 장치(1001)는 상기 각 전류/전압 측정부(800)로부터 제공받은 각 배터리셀에 대한 전류 및 전압을 이용하여 상기 배터리셀별 저항 및 약한 배터리셀에 대한 저항을 측정함으로써, 이를 학습한다. Also, the current / voltage measuring unit 800 measures current and voltage for each battery cell covered by the current / voltage measuring unit 800 and provides the measured current and voltage to the battery monitoring apparatus 1001. The battery monitoring apparatus 1001 measures the current / A resistance for each battery cell and a resistance for a weak battery cell are measured using the current and voltage for each battery cell provided from the unit 800 to learn the resistance.

상기 저항을 측정함에 있어서, 도 1에 도시한 배터리 모니터링 장치(100)는 배터리팩(200)에 대한 전체 전류와 각 배터리셀에 대한 전압을 이용하여 각 배터리셀에 대한 내부저항을 측정한다. 그러나 도 2에 도시한 배터리 모니터링 장치(1001)는 각 배터리셀에 대한 전압 및 전류를 측정하고 이를 이용하여 각 배터리셀의 저항을 측정하기 때문에 더욱 정확하게 내부저항을 측정할 수 있다.In measuring the resistance, the battery monitoring apparatus 100 shown in FIG. 1 measures the internal resistance for each battery cell using the total current for the battery pack 200 and the voltage for each battery cell. However, since the battery monitoring apparatus 1001 shown in FIG. 2 measures the voltage and current for each battery cell and uses the measured voltage and current to measure the resistance of each battery cell, the internal resistance can be measured more accurately.

한편 상기 저항은 상기 전류/전압 측정부(800)에 계산되어 제공되거나, 상기 배터리 모니터링 장치(1001)에 의해 계산될 수 있다.Meanwhile, the resistance may be provided to the current / voltage measuring unit 800 or may be calculated by the battery monitoring apparatus 1001.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모니터링 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.3 is a block diagram schematically illustrating a battery monitoring system according to a third embodiment of the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모니터링 시스템(10)은 복수의 배터리 데이터 처리부(900)를 더 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 3, the battery monitoring system 10 according to the third embodiment of the present invention may further include a plurality of battery data processing units 900.

복수의 배터리 데이터 처리부(900)는 상기 도 1을 참조하여 설명한 배터리 모니터링 장치(100)가 복수개로 모듈화되어 구성되는 것으로, 상기 배터리 모니터링 장치(100)에서 잔여용량 등을 게이징하기 위한 데이터처리를 중앙 집중적으로 수행하는 것을 복수의 모듈에서 처리할 수 있도록 하여, 중앙으로 집중되는 부하를 분산하여 처리할 수 있도록 한다.The plurality of battery data processing units 900 are configured by modularizing a plurality of battery monitoring apparatuses 100 described with reference to FIG. 1, and perform data processing for gauging remaining capacity and the like in the battery monitoring apparatus 100 A plurality of modules can be centrally processed, and the centralized load can be distributed and processed.

이때, 각 배터리 데이터 처리부(900)는 적어도 하나 이상의 배터리셀과 각각 연결되며, 온도변화에 따른 상기 각 배터리셀의 내부저항을 학습하여 이에 대한 결과를 도 3에 도시한 배터리 모니터링 장치(1002)로 제공한다.At this time, each battery data processing unit 900 is connected to at least one battery cell, and learns the internal resistance of each battery cell according to the temperature change, and the result is shown in the battery monitoring device 1002 shown in FIG. 3 to provide.

또한 배터리 모니터링 장치(1002)는 단순히 각 배터리 데이터 처리부(900)로부터 제공받은 학습결과를 통합하여, 전체 배터리팩(200)에 대한 잔여용량, 가용용량(usable), SOH(state of health) 등을 계산하여 누적 저장하고, 상기 배터리팩(200)의 충/방전상태를 모니터링한다.The battery monitoring apparatus 1002 merely integrates the learning results provided from the respective battery data processing units 900 to calculate remaining capacity, usable capacity, state of health (SOH), and the like for the entire battery pack 200 Accumulates and accumulates and monitors the charge / discharge state of the battery pack 200.

한편 상기 배터리 데이터 처리부(900) 및 배터리 모니터링 장치(1002)는 I2C(inter-integrated circuit), SMB(server message block), CAN(controller area network) 등의 다양한 통신방식을 이용하여 상기 게이징을 위한 데이터를 송수신할 수 있다.Meanwhile, the battery data processing unit 900 and the battery monitoring device 1002 may be connected to each other through various communication methods such as an inter-integrated circuit (I2C), a server message block (SMB), and a controller area network Data can be transmitted and received.

이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 학습 사이클을 통해 게이징을 위한 데이터를 학습하는 방법을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of learning data for gaging through a learning cycle will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5. FIG.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이징을 위한 데이터를 학습하기 위한 제1 사이클 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이징을 위한 데이터를 학습하기 위한 제2 사이클을 나타낸 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating a first cycle for learning data for gaining according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a flowchart illustrating a second cycle for learning data for gaining according to an embodiment of the present invention. Fig.

도 4에 도시한 바와 같이, 배터리 모니터링 장치(100)는 제1 사이클(1st cycle)에서의 상기 배터리팩(200)의 OCV곡선을 측정하고, 상기 측정한 OCV 곡선을 누적하여 저장함으로써, 상기 배터리팩(200)이 방전될 때마다 OCV 변화량을 학습한다. 4, the battery monitoring apparatus 100 measures the OCV curve of the battery pack 200 in the first cycle and accumulates and stores the measured OCV curves, The OCV variation amount is learned every time the pack 200 is discharged.

즉, 배터리 모니터링 장치(100)는 온도와 에이징에 따른 배터리팩(200)의 저항변화와 용량을 게이징하기 위해 우선적으로, 제1 사이클을 통해 SOC(state of charge)에서 배터리팩(200)의 OCV 변화량(즉, OCV 곡선)을 학습한다.That is, in order to gage the resistance change and the capacity of the battery pack 200 due to the temperature and the aging, the battery monitoring apparatus 100 firstly monitors the battery capacity of the battery pack 200 in the state of charge (SOC) The OCV variation amount (that is, the OCV curve) is learned.

상기 첫 번째 사이클은 무부하 상태에서 일정한 C-rate(예: 1/20C)로 상기 배터리팩을(200)을 방전시켜가며, 복수의 SOC 그리드 포인트로 나누어, 해당 SOC 그리드 포인트마다 해당 배터리팩(200)의 전압을 감지함으로써, OCV의 변화량을 측정할 수 있다. 한편 상기 SOC 그리드 포인트는 도 5에 도시되어 있다.In the first cycle, the battery pack 200 is discharged at a constant C-rate (for example, 1/20 C) in a no-load state, divided into a plurality of SOC grid points, ), The change amount of the OCV can be measured. The SOC grid point is shown in FIG.

한편 OCV 변화량은 배터리팩(200)의 자가 방전을 통해 측정할 수 있으나, 자가 방전의 경우 완전 방전까지 오랜 시간이 소요되므로, 아주 작은 전류를 흐르도록 하여 상기 OCV 변화량을 측정하고, 이를 무부하시 측정되는 OCV의 변화량과 동일한 것으로 간주한다.On the other hand, the OCV change amount can be measured through the self-discharge of the battery pack 200, but since the self discharge takes a long time to complete discharge, the OCV change amount is measured by flowing a very small current, Is considered to be equal to the change in OCV.

또한 배터리 모니터링 장치(100)는 상기 측정한 SOC상의 OCV 곡선에서 OCV 변화량이 완만하거나 거의 없는 Flat Region을 검출한다.In addition, the battery monitoring apparatus 100 detects a flat region in which the OCV change amount is gentle or almost no in the OCV curve on the measured SOC.

도 4에 도시한 바와 같이, 상기 Flat Region은 a 포인트 및 b 포인트를 찾음으로써, 검출되는데 상기 각 a 포인트 및 b 포인트는 단위시간당 전압변화량이 급격하게 변하는 곳이다.As shown in FIG. 4, the Flat Region is detected by finding a points and b points, where each of the a point and the b point is where the voltage variation per unit time changes abruptly.

즉, a 포인트는 단위시간당 전압변화량이 급격하게 감소하는 지점이며, b포인트는 단위시간당 전압변화량이 급격하게 증가하는 곳을 의미한다. 이때, 상기 Flat Region은 상기 a 포인트 및 b 포인트 사이에 위치하며, 전압변화량이 완만하거나 거의 동일한 구간을 의미한다.That is, a point is a point at which the voltage variation per unit time drastically decreases, and a point b is a point at which the voltage variation per unit time increases sharply. At this time, the flat region is located between the a point and the b point, and means a section where the voltage change amount is gentle or almost equal.

한편 a 포인트는 상기 OCV 곡선을 단위시간으로 미분하여 미리 설정한 값보다 큰 지점이 최초로 검출되는 포인트이며, 상기 b 포인트는 상기 OCV 곡선을 단위시간으로 미분하여 미리 설정한 값보다 작은 지점이 최초로 검출되는 포인트를 의미한다.On the other hand, a point is a point at which a point larger than a predetermined value is differentiated by unit time and the point b is differentiated by the unit time and a point smaller than a preset value is detected first Quot;

본 발명의 일 실시예로써, dV/dT > 30uV/S인 지점을 a 포인트로 하여 검출할 수 있으며, dV/dT < 30uV/S인 지점을 b 포인트로 하여 검출할 수 있다. 한편 상기 각 포인트를 검출하기 위해 기준이 되는 30uV/S는 배터리셀의 특성에 따라 달리 설정될 수 있음은 당연하다.According to an embodiment of the present invention, a point of dV / dT> 30 uV / S can be detected as a point, and a point of dV / dT <30 uV / S can be detected as a point b. On the other hand, it is natural that the reference value of 30 uV / S for detecting each point can be set differently according to the characteristics of the battery cell.

또한 배터리 모니터링 장치(100)는 상기 제1 사이클을 통해 해당 배터리팩(200)의 총 용량을 계산한다. 상기 총 용량은 상기 배터리팩(200)을 무부하 상태에서 종지전압(discharge termination voltage)까지 방전하면서 흐르는 총 전하량을 계산함으로써 계산되거나, 상기 OVC 전압곡선의 면적을 계산하여 측정할 수 있다.Also, the battery monitoring apparatus 100 calculates the total capacity of the battery pack 200 through the first cycle. The total capacity may be calculated by calculating the total amount of charge flowing while discharging the battery pack 200 from the no-load state to the discharge termination voltage, or by calculating the area of the OVC voltage curve.

즉 해당 배터리팩(200)의 총 쿨롬(coulomb)을 계산하여 상기 배터리팩(200)의 총 용량을 측정하거나, 또한 도 4에 도시한 것과 같이 OCV 전압곡선과 x축 및 y축으로 형성되는 도형에 대한 면적을 계산하여 해당 배터리팩(200)의 총 용량을 측정할 수 있다. That is, the total capacity of the battery pack 200 may be measured by calculating a total coulomb of the battery pack 200, or the OCV voltage curve and the shapes formed by the x and y axes, The total capacity of the battery pack 200 can be measured.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이징을 위한 데이터를 학습하기 위한 제2 사이클을 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a second cycle for learning data for gaining according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시한 바와 같이, 배터리 모니터링 장치(100)는 제2 사이클(2nd cycle)을 통해 배터리팩(200)의 SOC 그리드 포인트 별 저항값을 측정한다.As shown in FIG. 5, the battery monitoring apparatus 100 measures the resistance value of each battery pack 200 according to SOC grid points through a second cycle (2nd cycle).

또한 상기 배터리 모니터링 장치(100)는 각 SOC 그리드 포인트에 대한 저항값을 측정하기 위해 1/5 C-rate로 상기 배터리팩(200)을 방전시켜가면서, 해당 배터리팩(200)의 전체 저항과 제일 약한 전압을 출력하는 약한 배터리셀(weak cell)에 대한 저항을 측정한다.Also, the battery monitoring apparatus 100 discharges the battery pack 200 at a rate of 1/5 C-rate to measure a resistance value for each SOC grid point, And measures the resistance to a weak battery cell outputting a weak voltage.

상기 제2 사이클은 각 온도별(저온, 상온, 고온)로 적어도 3번 이상 수행되며, 각 온도별로 해당 배터리팩(200)의 전체 저항과 약한 배터리셀의 저항을 측정한다. 이때 상기 각 온도는 상온은 25도, 고온은 40도 이상, 저온은 5도 이하로 설정하여, 상기 설정한 온도별로 상기 배터리팩(200)의 전체 저항과 약한 배터리셀의 저항을 측정한다.The second cycle is performed at least three times for each temperature (low temperature, normal temperature, high temperature), and the total resistance of the battery pack 200 and the resistance of the weak battery cell are measured for each temperature. At this time, the temperature of the battery pack 200 is set to 25 ° C, the high temperature is set to 40 ° C or more, and the low temperature is set to 5 ° C or less.

다만, 상기 각 온도는 배터리의 사용용도, 사용환경, 또는 사용자의 설정에 따라 달리 설정할 수 있으며, 더욱 정확한 정밀성을 위해 많은 온도 구간(예: -5오 이하, 0도, 5도, 10도, 15도, 25도, 40도 이상 등)을 설정할 수 있다.However, the temperature can be set differently according to the use of the battery, the use environment, or the setting of the user, and the temperature can be set in many temperature ranges (e.g., -5 degrees, 0 degrees, 5 degrees, 15 degrees, 25 degrees, 40 degrees, etc.) can be set.

또한 상기 각 SOC 그리드 포인트별 전체 전압은 상기 도 4를 참조하여 설명한 것과 같이, 상기 제1 사이클을 통해 이미 각 구간별 전압곡선을 측정하였기 때문에 다음의 [수학식 1]을 통해 측정할 수 있다.Also, as described with reference to FIG. 4, the total voltage of each SOC grid point can be measured through the following equation (1) because the voltage curve for each interval has already been measured through the first cycle.

[수학식 1][Equation 1]

Vm[i] = OCV[i] - IR[i],Vm [i] = OCV [i] - IR [i]

-> R[i] = (Vm[i] - OCV[i])/I - > R [i] = (Vm [i] - OCV [i]) / I

여기서 Vm은 배터리팩(200)의 전체 측정전압을 의미하며, 제1 사이클을 통해 측정된 무부하 상태에서의 개방회로전압을 의미한다. 또한 i는 SOC상에서 미리 설정한 가상의 그리드 포인트로 저항값을 계산하는 지점을 의미한다.Here, Vm denotes the total measured voltage of the battery pack 200, which means an open circuit voltage in a no-load state measured through the first cycle. Also, i represents a point at which a resistance value is calculated by a virtual grid point preset in the SOC.

또한 상기 배터리 모니터링 장치(100)는 상기 [수학식 1]을 이용하여 각 배터리셀의 저항을 SOC 그리드 포인트 별로 측정한다. 이때, Vm은 배터리셀별로 측정되는 전압을 의미하며, I는 상기 배터리셀별로 측정되는 전류를 의미한다. 한편 상기 배터리팩(200)의 전체 저항과 각 배터리셀에 대한 저항을 측정하는 과정은 도 6을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Also, the battery monitoring apparatus 100 measures the resistance of each battery cell for each SOC grid point using Equation (1). Here, Vm denotes a voltage measured for each battery cell, and I denotes a current measured for each battery cell. The process of measuring the total resistance of the battery pack 200 and the resistance of each battery cell will be described in detail with reference to FIG.

이러한 과정을 통해 상기 배터리 모니터링 장치(100)는 각 온도별 배터리팩(200)의 내부저항에 대한 변화를 학습하여, 상기 배터리팩(200)이 방전될 때, 해당 배터리팩(200)의 내부저항을 정확하게 측정할 수 있다. 이를 통해 배터리팩(200)의 용량을 정확하게 게이징하여 사용자에게 제공할 수 있다. 또한 배터리팩(200)의 반복적인 충/방전으로 인해 배터리셀의 열화에 따른 내부저항의 상승을 감지할 수 있으며, 미리 설정한 값 이상으로 해당 배터리팩(200)의 내부저항이 상승하는 경우, 이를 사용자에게 알리거나, 자체적으로 충전 혹은 방전을 차단함으로써, 해당 배터리팩(200)의 발열 및 폭발로 인한 위험성을 사전에 차단할 수 있다.The battery monitoring apparatus 100 learns a change in the internal resistance of the battery pack 200 at each temperature and determines the internal resistance of the battery pack 200 when the battery pack 200 is discharged, Can be accurately measured. Thus, the capacity of the battery pack 200 can be accurately gauged and provided to the user. Also, when the internal resistance of the battery pack 200 rises due to the repeated charge / discharge of the battery pack 200, By informing the user of this, or by blocking charging or discharging by itself, the risk of heat generation and explosion of the battery pack 200 can be prevented in advance.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.6 is a block diagram illustrating a configuration of a battery monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시한 바와 같이, 배터리 모니터링 장치(100)는 배터리팩(200)에 직렬로 연결되는 외부장치에 따라 해당 배터리팩(200)을 충전하거나 방전하도록 하는 배터리팩 충/방전 제어부(110), 배터리팩(200)의 전류 및 전압을 측정하는 배터리팩(200) 전류/전압 측정부(120), 배터리팩의 온도를 측정하는 배터리팩 온도 측정부(130), 온도에 따른 배터리팩(200)의 저항을 측정하여 학습하는 학습부(140), 상기 학습결과에 따라 배터리팩(200)의 저항을 측정하는 배터리팩 저항 측정부(150), 상기 학습결과에 따라 온도 및 배터리팩(200)의 열화에 따른 배터리팩(200) 용량을 게이징하는 배터리팩 용량 게이징부(160), 상기 배터리팩 저항 측정부(150)를 통해 측정한 저항의 변화에 따라 해당 배터리팩(200)을 보호하기 위한 제어신호를 생성하는 보호부(170), 상기 배터리팩 용량 게이징부(160)를 통한 게이징 정보, 상기 배터리팩(200)의 상태정보 등을 사용자에게 제공하는 알림부(180), 제어부(190) 및 메모리(미도시)를 포함하여 구성된다.6, the battery monitoring apparatus 100 includes a battery pack charge / discharge controller 110 for charging or discharging the battery pack 200 according to an external device connected in series to the battery pack 200, A battery pack 200 current / voltage measuring unit 120 for measuring the current and voltage of the battery pack 200, a battery pack temperature measuring unit 130 for measuring the temperature of the battery pack, a battery pack 200 A battery pack resistance measuring unit 150 for measuring a resistance of the battery pack 200 according to the learning result, a temperature measuring unit 150 for measuring a resistance of the battery pack 200 according to the learning result, A battery pack capacity gauging unit 160 for gauging the capacity of the battery pack 200 according to deterioration of the battery pack 200 according to a change in resistance measured through the battery pack resistance measuring unit 150, (170) for generating a control signal for controlling the battery pack It is configured to include a jingbu 160 gauging information, notifications provided by the condition information and the like of the battery pack 200 to the user unit 180, a controller 190 and a memory (not shown) through.

배터리팩 충/방전 제어부(110)는 외부단자를 통해 연결되는 외부장치의 종류에 따라 배터리팩(200)의 충전 혹은 방전을 위한 제어신호를 생성하여 전송한다.The battery pack charge / discharge control unit 110 generates and transmits control signals for charging or discharging the battery pack 200 according to the type of the external device connected through the external terminal.

즉, 상기 배터리팩 충/방전 제어부(110)는 충전 FET(300) 및 방전 FET(400)를 제어하여 상기 배터리팩(200)을 충전하거나, 방전할 수 있도록 한다. 예를 들어, 상기 외부단자에 배터리팩(200)을 충전하기 위한 충전기(700)를 포함하는 외부전원이 연결되는 경우, 상기 제어신호를 통해 충전 FET(300) 및 방전 FET(400)를 각각 온 및 오프시켜, 상기 외부전원을 통해 일정한 전압으로 상기 배터리팩(200)을 충전할 수 있도록 한다. 또한 상기 외부단자를 통해 상기 배터리팩(200)으로부터 전원을 인가받아 구동되는 부하(예: 자동차 등)가 연결되는 경우, 배터리팩 충/방전 제어부(110)는 상기 방전 FET(400)를 온하고 상기 충전 FET(300)를 오프시킴으로써, 배터리팩(200)을 방전시켜 상기 부하로 전원을 인가할 수 있도록 한다.That is, the battery pack charge / discharge controller 110 controls the charge FET 300 and the discharge FET 400 to charge or discharge the battery pack 200. For example, when an external power source including a charger 700 for charging the battery pack 200 is connected to the external terminal, the charging FET 300 and the discharging FET 400 are turned on So that the battery pack 200 can be charged with a constant voltage through the external power source. Also, when a load (e.g., automobile) driven by receiving power from the battery pack 200 through the external terminal is connected, the battery pack charge / discharge controller 110 turns on the discharge FET 400 By turning off the charging FET 300, the battery pack 200 is discharged to apply power to the load.

또한 배터리팩 전류/전압 측정부(120)는 배터리팩(200)의 충/방전 시 해당 배터리팩(200)의 전류 및 전압을 측정한다.The battery pack current / voltage measuring unit 120 measures current and voltage of the battery pack 200 when the battery pack 200 is charged / discharged.

또한 배터리팩 전류/전압 측정부(120)는 상기 배터리팩(200) 전체에 대한 전류 및 전압을 측정하고, 또한 상기 배터리팩(200)을 구성하는 각각의 셀에 대한 전류 및 전압을 각각 측정한다. 상기 배터리팩(200) 또는 배터리셀에 대한 전류 및 전압은 전류감지센서 및 전압감지센서를 통해 측정될 수 있다.Also, the battery pack current / voltage measuring unit 120 measures the current and voltage of the battery pack 200 as a whole, and also measures the current and voltage of each cell constituting the battery pack 200 . The current and voltage for the battery pack 200 or the battery cell can be measured through the current sensor and the voltage sensor.

한편 상기 배터리팩 전류/전압 측정부(120)는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 것과 같이, 복수의 배터리셀을 각각 커버링하는 복수의 전류/전압 측정부(800)로 모듈화될 수 있다. 이때, 상기 배터리 모니터링 장치(100)는 상기 모듈화된 복수의 전류/전압 측정부(800)를 통해 측정된 상기 각 배터리셀에 대한 전압 및 전류를 제공받을 수 있다.2 and 3, the battery pack current / voltage measuring unit 120 may be modularized into a plurality of current / voltage measuring units 800 each covering a plurality of battery cells. At this time, the battery monitoring apparatus 100 may receive voltage and current for each battery cell measured through the plurality of modularized current / voltage measurement units 800. FIG.

또한 배터리팩 온도 측정부(130)는 상기 배터리팩(200)의 충/방전 시에 해당 배터리팩(200) 및 배터리셀의 온도를 측정함으로써, 충/방전시에 대한 온도 변화량을 모니터링한다.Also, the battery pack temperature measuring unit 130 monitors a temperature change amount during charging / discharging by measuring the temperature of the battery pack 200 and the battery cell when the battery pack 200 is charged / discharged.

또한 학습부(140)는 학습 사이클을 통해 열화 및 온도에 따른 상기 배터리팩(200)의 OCV 곡선, 총 용량 및 저항의 변화를 학습한다.Also, the learning unit 140 learns changes in the OCV curve, the total capacity, and the resistance of the battery pack 200 according to deterioration and temperature through a learning cycle.

상기 학습 사이클은 제1 사이클 및 제2 사이클을 포함하여 구성되며, 상기 제1 사이클을 통해 배터리팩(200)의 OCV 곡선(즉, OCV 변화량) 및 해당 배터리팩(200)의 총 용량을 학습한다.The learning cycle includes a first cycle and a second cycle. The OCV curve (i.e., the OCV variation) of the battery pack 200 and the total capacity of the battery pack 200 are learned through the first cycle .

또한 학습부(140)는 제2 사이클을 통해 상기 배터리팩(200)의 온도 및 열화에 따른 저항변화를 학습한다.Also, the learning unit 140 learns the resistance change due to the temperature and deterioration of the battery pack 200 through the second cycle.

상기 제1 사이클은 무부하상태 및 정상온도에서 특정 C-rate(예:1/20C-rate)로 상기 배터리팩(200)을 방전시켜가며, 상기 배터리팩(200)에 대한 OCV 곡선을 학습한다. 이는 미리 설정한 기간 또는 사용자에 따라 주기적 혹은 비주기적으로 수행될 수 있다.The first cycle discharges the battery pack 200 at a specific C-rate (for example, 1/20 C-rate) in a no-load state and a normal temperature, and learns an OCV curve for the battery pack 200. This can be performed periodically or non-periodically according to a preset period or a user.

또한 학습부(140)는 해당 제1 사이클에서 상기 OCV 곡선의 Flat Region을 검출하며, 상기 Flat Region은 도 3을 참조하여 설명한 것과 같이 상기 OCV 곡선의 변화량이 급격하게 변화는 두 지점을 찾음으로써, 검출된다.Also, the learning unit 140 detects a flat region of the OCV curve in the first cycle, and the flat region looks for two points where the variation of the OCV curve rapidly changes as described with reference to FIG. 3, .

또한 상기 학습부(140)는 무부하 상태에서의 총 용량을 계산하여 학습한다. 상기 총 용량을 계산하는 것은 상기 배터리팩(200)에 일정한 C-rate로 상기 배터리팩(200)을 방전종지전압(discharge termination voltage)까지 방전하여 해당 배터리팩(200)의 총 용량을 측정한다는 의미이다. 한편, 상기 배터리팩(200)은 부하에 연결되어 사용됨에 따라 에이징이 발생되는 것이 당연하므로, 상기 제1 사이클을 통해 학습되는 배터리팩(200)의 총 용량은 변화(즉, 줄어듦)될 수밖에 없다.Also, the learning unit 140 learns by calculating the total capacity in a no-load state. The calculation of the total capacity means that the total capacity of the battery pack 200 is measured by discharging the battery pack 200 to a discharge termination voltage at a constant C-rate in the battery pack 200 to be. Since the aging occurs as the battery pack 200 is connected to a load, the total capacity of the battery pack 200 learned through the first cycle is necessarily changed (i.e., decreased) .

또한 상기 학습부(140)는 제1 사이클을 통해 상기 측정한 OCV 곡선 및 배터리팩(200)의 총 용량을 메모리(미도시)에 누적하여 저장함으로써, 상기 OCV 곡선 및 배터리팩(200)의 총 용량에 대한 변화를 학습한다.The learning unit 140 accumulates the measured OCV curves and the total capacity of the battery pack 200 in a memory (not shown) through the first cycle and stores the OCV curve and the total of the battery pack 200 Learn about changes in capacity.

한편 상기 C-rate는 1/20C-rate로 한정하지 않으며, 상기 배터리팩(200)의 사용용도, 사용목적 또는 사용자에 따라 달리 설정될 수 있다.On the other hand, the C-rate is not limited to 1/20 C-rate, and may be set differently depending on the use purpose of the battery pack 200, the purpose of use, or the user.

또한 상기 학습부(140)는 제2 사이클을 통해 상기 배터리팩(200)의 저항을 학습한다. 상기 저항은 상기 배터리팩(200)의 전체 저항, 배터리팩(200)을 구성하는 각각의 배터리셀에 대한 저항 및 제일 낮은 전압을 출력하는 약한 셀(weak cell)의 저항을 측정하여 학습한다.Also, the learning unit 140 learns the resistance of the battery pack 200 through the second cycle. The resistance is measured by measuring the total resistance of the battery pack 200, the resistance of each battery cell constituting the battery pack 200, and the resistance of a weak cell outputting the lowest voltage.

상기 제2 사이클은 정상온도, 고온 및 저온에서 상기 배터리팩을 일정한 C-rate로 방전시켜가며, 온도에 다른 배터리팩(200)의 저항, 각 배터리셀에 대한 저항, 제일 낮은 전압을 출력하는 약한 셀(weak cell)에 대한 저항을 측정하여 학습한다.In the second cycle, the battery pack is discharged at a constant C-rate at a normal temperature, a high temperature, and a low temperature, and the resistance of the other battery pack 200, the resistance to each battery cell, Learning by measuring resistance to a cell (weak cell).

상기 제2 사이클 또한 이는 미리 설정한 기간 또는 사용자에 따라 주기적 혹은 비주기적으로 수행될 수 있다.The second cycle may also be performed periodically or non-periodically depending on a preset period or a user.

또한 상기 제 2사이클은 배터리팩(200)의 SOC를 복수의 구간(즉, 그리드 포인트)으로 나누어 상기 각 그리드 포인트별 저항값을 측정하는 것으로, 상기 제1 사이클을 통해 이미 각 그리드 포인트별 OCV 곡선을 학습하였으므로, 상기 제2 사이클에서 측정되는 전압(measured voltage)은 OCV - IR이 된다. 따라서, 그리드 포인트별로 측정되는 전압 Vm[i]는 OCV[i] - IR[i]가 되며, R[i]는 (Vm[i] - OCV[i])/I가 된다. 여기서 i는 상기 나눈 각 그리드 포인트를 나타낸다.The second cycle divides the SOC of the battery pack 200 into a plurality of intervals (i.e., grid points) and measures a resistance value of each grid point. The OCV curve for each grid point The measured voltage in the second cycle becomes OCV-IR. Therefore, the voltage Vm [i] measured per grid point becomes OCV [i] - IR [i], and R [i] becomes (Vm [i] - OCV [i]) / I. Where i represents each grid point divided.

한편 Flat Region에서는 전압의 변화량이 거의 없거나 완만하므로, 상기 SOC 그리드 포인트를 적게 나누어 저항을 측정하며, 그 외에서는 전압의 변화량이 급격하게 변하기 때문에 SOC 그리드 포인트를 상기 Flat Region보다 더욱 세밀하게 나누어, 상기 그리드 포인트별 저항을 측정하여 메모리에 저장한다.On the other hand, in the flat region, the SOC grid point is divided into smaller portions and the resistance is measured. Since the variation amount of the voltage rapidly changes, the SOC grid point is more finely divided than the Flat Region, The resistance of each grid point is measured and stored in memory.

또한 정상온도에서의 그리드 포인트별 저항은 다음의 [수학식 2]를 통해 측정된다.The resistance of each grid point at the normal temperature is also measured by the following equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) &quot;

Rnew[i] = Rold[i] * (Rnew/Rold),Rnew [i] = Rold [i] * (Rnew / Rold),

Rnew = (OCV - Vm) / IRnew = (OCV - Vm) / I

여기서 Rnew는 현재 수행되고 있는 학습 사이클(제2 사이클)에서 측정된 저항을 의미하며, Rold는 이전에 수행된 학습 사이클에서 측정된 저항을 의미한다. 한편 상기 Rnew는 상기 학습 사이클이 시작될 때 마다 계산된다. 따라서 Rnew/Rold는 이전 저항 대비 현재 저항이므로, 열화에 따른 배터리팩(200)의 저항변화인 에이징 레이트(aging rate)가 된다. 또한 i는 SOC 그리드 포인트를 나타낸다.Where Rnew is the resistance measured in the current learning cycle (second cycle), and Rold is the resistance measured in the previous learning cycle. On the other hand, Rnew is calculated every time the learning cycle starts. Therefore, Rnew / Rold is the current resistance with respect to the previous resistance, and thus is the resistance change aging rate of the battery pack 200 due to deterioration. I represents the SOC grid point.

또한 상기 학습부(140)는 제2 사이클을 통해 각 온도가 저항에 미치는 변수(즉 온도팩터)를 계산하여 상기 계산한 온도팩터를 상기 측정한 저항값에 반영하여 해당 학습 사이클에서의 저항을 최종적으로 측정하여 학습한다.Further, the learning unit 140 may calculate a variable (i.e., a temperature factor) that each temperature has on the resistance through the second cycle, reflect the calculated temperature factor on the measured resistance value, .

상기 온도를 반영한 각 그리드 포인트에서의 배터리팩(200)에 대한 저항값은 다음의 [수학식 3]을 통해 최종적으로 측정된다.The resistance value for the battery pack 200 at each grid point reflecting the temperature is finally measured through the following equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) &quot;

Rnew = (OCV - Vm) / I,Rnew = (OCV - Vm) / I,

Rnew[i][j] = Rold[i][j] * (Rnew/Rold)Rnew [i] [j] = Rold [i] [j] * (Rnew / Rold)

여기서, Rnew는 상기 [수학식 2]와 동일하며, i는 SOC 그리드 포인트를 나타내며, j는 온도범위를 나타낸다. 즉, j는 SOC상에서 변화되는 온도의 범위를 나타내는 것으로 저온(예 : 5도 ~ 24도)은 0, 정상온도(예: 25도 ~ 39도)는 1로 설정하고 고온(예: 40도 이상)은 2로 설정할 수 있다. 다만 상기 온도의 범위는 상기 배터리 모니터링 장치(100)의 자원할당 능력에 따라 더욱 세분화하여 설정할 수 있다. 또한 각 온도 범위에 대한 값은 최저 온도범위를 0으로 설정하고, 순차적으로 각 온도범위마다 1씩 증가시켜 설정할 수 있다.Here, Rnew is the same as the above-mentioned formula (2), i represents the SOC grid point, and j represents the temperature range. That is, j represents the range of temperature that changes on the SOC. It is set to 0 for low temperature (eg 5 to 24 degrees), 1 for normal temperature (eg 25 degrees to 39 degrees) ) Can be set to 2. However, the temperature range may be further subdivided according to the resource allocation capability of the battery monitoring apparatus 100. Also, the value for each temperature range can be set by setting the lowest temperature range to 0, and sequentially increasing by 1 for each temperature range.

또한 배터리팩 저항 측정부(150)는 상기 학습결과에 따라 부하가 연결되어 현재 방전되고 있는 배터리팩(200)의 저항을 각 SOC 그리드 포인트별로 측정한다. 상기 측정은 미리 설정한 SOC 그리드 포인트 별로 배터리팩(200)의 전체 저항 및 각각의 배터리셀에 대한 저항을 측정한다.Also, the battery pack resistance measuring unit 150 measures the resistance of the battery pack 200 connected to the load according to the learning result for each SOC grid point. The measurement measures the total resistance of the battery pack 200 and the resistance for each battery cell for each SOC grid point set in advance.

상기 저항은, 제2 사이클을 통해 저항값을 계산하는 방법과 동일한 방법으로 측정된다. 즉, 상기 [수학식 2] 및 [수학식 3]을 활용하여 상기 배터리팩(200)의 전체 저항 및 배터리셀에 대한 저항을 각각 측정한다.The resistance is measured in the same manner as the method of calculating the resistance value through the second cycle. That is, the total resistance of the battery pack 200 and the resistance of the battery cell are measured using the above-described Equations (2) and (3).

본 발명에서는 각 배터리의 셀저항 대신 팩저항 또는 저항이 가장 큰 몇 개의 위크셀들의 저항만을 각 온도 별로 학습한다. 방전종료전압에 셀전압 또는 팩전압이 가장 먼저 도달하는 셀을 위크셀로 결정하여 위크셀을 찾을 수 있다. 팩전압이 팩의 방전종료전압에 도달하기 전에 하나의 배터리셀이 셀의 방전종료전압에 먼저 도달하면 방전이 종료된다. 저전압에서 셀의 수명이 크게 저하되기 때문에 셀을 보호여야 할 필요가 있다. 위크셀에 대한 저항값의 변화를 학습하는 방법은 팩저항을 학습하는 것과 동일하다. 다만, 차이점으로 위크셀을 찾는 것은 셀에서 가장 낮은 전압을 가지는 것을 찾는 것이다. 따라서 위크셀의 전압 측정치는 위크셀의 자체 전압 측정치에 전류와 셀간의 와이어 저항을 곱한 값을 더한 것으로 나타낼 수 있다. 이러한 위크셀의 전압 측정치는 위크셀 저항을 학습하는데 사용될 수 있다.In the present invention, only the resistance of several wick cells having the largest pack resistance or resistance is learned for each temperature instead of the cell resistance of each battery. The cell whose cell voltage or pack voltage first reaches the discharge end voltage can be determined as a wick cell to find the wick cell. The discharge is terminated when one battery cell first reaches the discharge end voltage of the cell before the pack voltage reaches the discharge end voltage of the pack. It is necessary to protect the cell because the lifetime of the cell is greatly lowered at the low voltage. The method of learning the change of the resistance value to the Weak cell is the same as learning the pack resistance. However, the difference is that finding the Weeks cell finds the lowest voltage in the cell. Thus, the voltage measurement of a wick cell can be represented as a sum of the wick cell self-voltage measurement multiplied by the current multiplied by the wire resistance between the cells. The voltage measurements of these Weck cells can be used to learn the Weck cell resistance.

또한 배터리팩 저항 측정부(150)는 상기 배터리팩(200)의 전체저항 및 각 배터리셀에 대한 저항을 측정한 측정결과와 사전에 설정하여 저장한 저항별 배터리상태(열화된 정도)에 대한 매핑테이블을 비교하여, 상기 측정결과에 따른 배터리상태를 상기 매핑테이블로부터 추출하여, 사용자 단말로 제공하거나 또는 디스플레이에 출력할 수 있다.Also, the battery pack resistance measuring unit 150 measures the total resistance of the battery pack 200 and the resistance of each battery cell, and the mapping of the battery state (deterioration degree) And the battery state according to the measurement result may be extracted from the mapping table and provided to the user terminal or may be output to the display.

또한 배터리팩 저항 측정부(150)는 상기 배터리팩(200)의 전체 저항이 미리 설정한 값을 초과하거나, 또는 상기 측정한 각각의 배터리셀에 대한 저항이 미리 설정한 값을 초과하는 경우, 보호부(170)를 통해 해당 배터리팩(200)의 방전(혹은 충전)을 차단할 수 있도록 한다. 이를 통해, 배터리팩(200)의 결함(즉, 폭발 등)으로부터 해당 배터리팩(200)을 이용하는 외부 장치 혹은 사용자를 보호할 수 있도록 한다.When the total resistance of the battery pack 200 exceeds a preset value or the resistance for each measured battery cell exceeds a predetermined value, (Or charging) of the battery pack 200 through the battery charger 170. This makes it possible to protect an external device or a user using the battery pack 200 from defects (e.g., explosion) of the battery pack 200.

또한 배터리팩 용량 게이징부(160)는 상기 학습부(140)를 통해 학습한 결과를 토대로 해당 배터리팩(200)의 잔여용량(remaining capacity) 및 전체 가용용량(usable capacity)을 게이징하여 사용자에게 제공할 수 있도록 한다.The battery pack capacity gating unit 160 gages the remaining capacity and the usable capacity of the battery pack 200 based on the result of the learning through the learning unit 140, .

한편 상기 게이징에 관한 절차는 도 7a 및 도 7b를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.The gaining process will be described in detail with reference to FIGS. 7A and 7B.

또한 보호부(170)는 배터리팩 온도 측정부(130)를 통해 측정되는 온도 변화를 모니터링하여, 현재 온도가 미리 설정한 값을 초과하는 경우에는 해당 배터리팩(200)의 충전 혹은 방전을 차단할 수 있도록 함으로써, 열로 인한 배터리팩(200)의 손상을 방지할 수 있도록 한다.The protection unit 170 monitors a temperature change measured through the battery pack temperature measuring unit 130 and may block charging or discharging of the battery pack 200 when the current temperature exceeds a preset value So that damage to the battery pack 200 due to heat can be prevented.

또한 보호부(170)는 현재 방전 또는 충전되고 있는 배터리팩(200)의 전압변화량(즉, 전압곡선)을 추적해 나가면서 미리 설정하여 저장한 방전 종지전압 또는 최대 충전전압과 동일할 때 해당 배터리팩(200)의 방전 또는 충전을 차단함으로써, 과방전 또는 과충전으로 인한 배터리팩(200)의 손상을 방지할 수 있도록 한다. 상기 방전 종지전압과 최대 충전전압은 미리 설정하여 상기 메모리에 저장된다.The protection unit 170 keeps track of the voltage change amount (i.e., the voltage curve) of the battery pack 200 currently being discharged or charged, and when it is equal to the discharge end voltage or the maximum charge voltage stored in advance and stored, It is possible to prevent the battery pack 200 from being damaged due to overdischarge or overcharge by blocking the discharging or charging of the pack 200. [ The discharge end voltage and the maximum charge voltage are preset and stored in the memory.

또한 알림부(180)는 상기 배터리팩 용량 게이징부(160)를 통해 해당 배터리팩(200)의 잔여용량과 전체 가용용량을 사용자 단말로 제공하거나, 상기 사용자 단말의 디스플레이에 표시함으로써, 현재 배터리팩의 잔여용량과 전체 가용용량을 즉각적으로 알 수 있도록 한다.Also, the notification unit 180 may provide the remaining capacity of the battery pack 200 and the entire usable capacity to the user terminal through the battery pack capacity gating unit 160, or display it on the display of the user terminal, So that the remaining capacity of the pack and the total usable capacity can be immediately known.

또한 알림부(180)는 배터리팩(200) 저항 측정부(150)를 통해 측정되는 저항에 따라 배터리팩 상태정보를 상기 매핑테이블로부터 추출하여 상기 사용자 단말로 제공하여 해당 배터리팩(200)의 상태를 알 수 있도록 한다.Also, the notification unit 180 extracts battery pack status information from the mapping table according to the resistance measured through the resistance measuring unit 150 of the battery pack 200, provides the extracted information to the user terminal, .

또한 알림부(180)는 상기 측정한 배터리팩(200)의 저항이 미리 설정한 값을 초과하는 경우에는, 경고음과 함께 이에 대한 정보를 제공함으로써, 해당 배터리팩(200) 혹은 배터리셀을 교체하거나 수리할 수 있도록 한다.When the measured resistance of the battery pack 200 exceeds a predetermined value, the notification unit 180 provides information about the alarm and the warning to replace the battery pack 200 or the battery cell 200 Repair it.

이하에서는 도 7 내지 도 9를 참조하여 배터리팩의 방전에 따른 잔여용량과 전체 가용용량을 게이징하는 절차를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 7 to 9, a detailed description will be given of a procedure for gaining residual capacity and total usable capacity according to discharge of the battery pack.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩이나 위크셀의 방전에 따른 잔여용량과 전체 가용용량을 게이징하여 사용자에게 제공하는 절차를 나타낸 흐름도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 용량과 SOH를 업데이트하는 방법을 설명하기 위해 나타낸 순서도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 방전에 따른 잔여용량과 전체 가용용량을 게이징하는 방법을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.FIG. 7A and FIG. 7B are flowcharts showing a procedure for gaining a remaining capacity and a usable capacity according to a discharge of a battery pack or a wick cell according to an embodiment of the present invention, 9 is a flowchart illustrating a method of gaining the remaining capacity and the available capacity according to the discharge of the battery pack according to an embodiment of the present invention Fig.

도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 배터리팩(200)의 방전에 다른 잔여용량과 전체 가용용량을 게이징하여 사용자에게 제공하는 절차는 우선, 배터리 모니터링 장치(100)에 구비되는 상기 배터리 용량 게이징부(160)는 배터리팩(200)의 방전에 따른 이전에 측정된 OCV 포인트와 Passed Charge로 현재 OCV 포인트를 검출한다(S110, S210).As shown in FIGS. 7A and 7B, the procedure for gaining the remaining capacity and the total usable capacity for the discharge of the battery pack 200 and providing the remaining capacity to the user will first be described by referring to the battery capacity The gaging unit 160 detects the current OCV point with the previously measured OCV point and the passed charge according to the discharge of the battery pack 200 (S110, S210).

여기서 OCV 포인트는 상기 SOC 그리드 포인트를 의미하는 것으로, 이전에 수행된 상기 학습 사이클에 따라 미리 SOC 그리드 포인트가 설정되어 있고, 배터리팩(200)의 전체 용량이 측정되어 있다. 따라서 이전에 측정된 OCV 포인트는 이미 알고 있으므로 해당 OCV 포인트를 토대로 현재 OCV 포인트를 검출할 수 있다.Here, the OCV point means the SOC grid point, and the SOC grid point is set in advance according to the previously performed learning cycle, and the total capacity of the battery pack 200 is measured. Thus, since the previously measured OCV point is already known, the current OCV point can be detected based on the corresponding OCV point.

또한 Passed Charge는 이미 흐른 쿨롬(coulomb)을 의미하는 것으로, 상기 학습결과에 따라 이미 해당 배터리팩(200)의 전체 용량을 알고 있고, OCV 곡선을 알고 있기 때문에 다음부터는 OCV 상태가 아니고 부하에 의한 방전이라 하더라도 이전의 OCV를 구한 전압에서 흐른 전하량을 통하여 현재 SOC를 구할 수 있다.In addition, since the total capacity of the battery pack 200 is known and the OCV curve is known according to the learning result, the Passed Charge means a coulomb that has already flown, The current SOC can be obtained through the amount of charge flowing at the voltage obtained from the previous OCV.

또한 도 9에 도시한 바와 같이, 현재 OCV 포인트가 SOC 그리드 포인트 6이라고 가정하면 Passed Charge는 SOC 그리드 포인트 1 내지 6까지 흐른 총 전하량을 의미하는 것이다. 또한 종지전압 라인을 x축으로 하고, 전압을 y축으로 하여, 전압곡선과 상기 x축 및 y축을 이루는 도형에 대한 면적을 구하면 해당 구간에서의 용량을 구할 수 있다.Also, as shown in FIG. 9, assuming that the current OCV point is the SOC grid point 6, the Passed Charge means the total amount of charge flowing to the SOC grid points 1 to 6. Also, if the area of the voltage curve and the area constituting the x-axis and the y-axis is obtained with the longitudinal voltage line as the x-axis and the voltage as the y-axis, the capacitance in the corresponding region can be obtained.

즉, 현재 OCV 포인트가 6일 때, Passed Charge는 SOC 그리드 포인트 1 내지 6까지에 해당하는 전압곡선의 면적을 계산하면 측정할 수 있다. 이때, 각 SOC 그리드 포인트에서의 면적은 해당 SOC 그리드 포인트에서의 용량(capacity)이 된다. 즉, SOC 그리드 포인트가 i이면, 이전의 SOC 그리드 포인트(i-1)와 해당 SOC 그리드 포인트 i사이의 전압곡선에 대한 면적은 해당 SOC 그리드 포인트 i에서 용량 즉, capacity[i]가 된다.That is, when the current OCV point is 6, the passed charge can be measured by calculating the area of the voltage curve corresponding to the SOC grid points 1 to 6. At this time, the area at each SOC grid point is the capacity at the corresponding SOC grid point. That is, if the SOC grid point is i, the area for the voltage curve between the previous SOC grid point (i-1) and the corresponding SOC grid point i becomes the capacity or capacity [i] at the corresponding SOC grid point i.

다음으로 배터리 용량 게이징부(160)는 상기 검출한 OCV 포지션에서의 전압에 현재 배터리팩(200)에서 측정되는 전압(즉, 전류(current) * 배터리팩 저항(pack resistance))을 차감하여, 상기 차감한 결과가 방전 종지전압과 비교한다(S120, S220).Next, the battery capacity gaining unit 160 subtracts the voltage (i.e., the current * the battery pack resistance) measured at the current battery pack 200 from the voltage at the detected OCV position, The subtracted result is compared with the discharge end voltage (S120, S220).

또한 본 발명에서는 각 배터리의 셀저항 대신 팩저항 또는 저항이 가장 큰 몇 개의 위크셀들의 저항만을 각 온도 별로 학습한다. 방전종료전압에 셀전압 또는 팩전압이 가장 먼저 도달하는 셀을 위크셀로 결정하여 위크셀을 찾을 수 있다. 팩전압이 팩의 방전종료전압에 도달하기 전에 하나의 배터리셀이 셀의 방전종료전압에 먼저 도달하면 방전이 종료된다. 저전압에서 셀의 수명이 크게 저하되기 때문에 셀을 보호여야 할 필요가 있다. 위크셀에 대한 저항값의 변화를 학습하는 방법은 팩저항을 학습하는 것과 동일하다. 다만, 차이점으로 위크셀을 찾는 것은 셀에서 가장 낮은 전압을 가지는 것을 찾는 것이다. 따라서 위크셀의 전압 측정치는 위크셀의 자체 전압 측정치에 전류와 셀간의 와이어 저항을 곱한 값을 더한 것으로 나타낼 수 있다. 이러한 위크셀의 전압 측정치는 위크셀 저항을 학습하는데 사용될 수 있다.In the present invention, instead of the cell resistance of each battery, only the resistance of several wick cells having the largest pack resistance or resistance is learned for each temperature. The cell whose cell voltage or pack voltage first reaches the discharge end voltage can be determined as a wick cell to find the wick cell. The discharge is terminated when one battery cell first reaches the discharge end voltage of the cell before the pack voltage reaches the discharge end voltage of the pack. It is necessary to protect the cell because the lifetime of the cell is greatly lowered at the low voltage. The method of learning the change of the resistance value to the Weak cell is the same as learning the pack resistance. However, the difference is that finding the Weeks cell finds the lowest voltage in the cell. Thus, the voltage measurement of a wick cell can be represented as a sum of the wick cell self-voltage measurement multiplied by the current multiplied by the wire resistance between the cells. The voltage measurements of these Weck cells can be used to learn the Weck cell resistance.

비교결과 상기 차감한 결과가 상기 방전 종지전압보다 큰 경우(S120, S220), 이전에 계산된 Passed charge에 현재 OCV 포지션에서 계산되는 용량(capacity[i])을 가산하여 현재 Passed charge를 계산하고(S121, S221), 이전에 계산된 잔여용량에 현재 OCV 포지션에서 계산되는 용량(capacity[i])을 차감하여 현재 잔여용량을 업데이트 한다(S121, S222).If the result of the comparison is greater than the discharge end voltage (S120, S220), the current calculated charge amount is calculated by adding the capacity (capacity [i]) calculated at the current OCV position to the previously calculated pass charge S121 and S221), the current capacity is updated by subtracting the capacity (capacity [i]) calculated in the current OCV position from the previously calculated remaining capacity (S121, S222).

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 방전에 따른 잔여용량과 전체 가용용량을 게이징하는 방법을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.8 is a diagram illustrating a method of gaining residual capacity and total usable capacity according to discharge of a battery pack according to an embodiment of the present invention.

도 8에 보인 바와 같이, 용량을 업데이트하는 것은 SOH를 예상하거나 배터리 열화를 완화시키기 위해 현재 용량에 따라 충전전류를 제어하는 데에 매우 중요하다. SOH는 팩의 열화에 대한 속도를 나타내며, 학습 사이클이나 설계 당시의 설계 용량에서 현재 용량/원래 용량에 의해 쉽게 계산된다. 그러나 많은 알고리즘들은 전류용량을 정확하게 그리고 자주 계산할 수 없다.As shown in FIG. 8, updating the capacity is very important for controlling the charging current according to the current capacity in order to anticipate the SOH or to mitigate battery deterioration. SOH represents the rate of degradation of the pack and is easily calculated by the current capacity / original capacity in the design cycle at the time of the learning cycle or design. However, many algorithms can not calculate current capacity accurately and often.

즉, 현재용량을 업데이트하는 방법은 먼저 매 완전충전 종료 시에 시작한다(S310). 다음으로 용량을 알기 위해서 학습 사이클에 사용된 전류를 전류값으로 설정하거나 셀의 제조자에 의해서 설계당시의 용량에서 사용된 전류를 전류값으로 설정한다(S320).That is, the method of updating the current capacity starts at the end of every full charge (S310). Next, in order to determine the capacity, the current used in the learning cycle is set as a current value or the current used in the capacity at the time of designing is set as a current value by the manufacturer of the cell (S320).

이어서 현재 OCV 위치를 서치하고(S330). (OCV[i] - current * pack resistor[i])를 계산한 결과가 방전 완료 전압과 비교하여 큰지 체크한다(S340). 만약 크다면 현재 용량에 저장된 용량(capacity[i])을 더한 결과를 현재 용량에 할당한다(S350). 그렇지 않으면, 현재용량을 별도로 계산하지 않고 현재 용량을 새로운 용량에 할당한다(S360).Subsequently, the current OCV position is searched (S330). (OCV [i] -current * pack resistor [i]) is compared with the discharge completion voltage (S340). If it is larger, the result of adding the capacity (capacity [i]) stored in the current capacity is allocated to the current capacity (S350). Otherwise, the current capacity is allocated to the new capacity without separately calculating the current capacity (S360).

또한 SOH는 학습한 용량(learning capacity)을 현재 용량(present capacity)로 나눈 값이다. 용량 계산과 SOH 계산의 차이점은 일반 잔량(remaining capacity)과 완전충전용량(full charge capacity)은 실제 시스템의 부하전류(load current)에 따라서 변하지만(전압 드롭 때문에), SOH 계산에서 용량은 절대적인 셀의 열화만으로 나타내어야 하는 것이다.The SOH is the learning capacity divided by the present capacity. The difference between capacity calculation and SOH calculation is that the remaining capacity and full charge capacity vary with the load current of the actual system (because of the voltage drop), but in the SOH calculation, And it should be represented only by the deterioration of.

따라서 SOH 계산은 반드시 배터리가 완전 충전된 조건에서만 수행하고, 시뮬레이션에도 강제로 전류를 학습 사이클에서의 전류로 설정한다. 따라서 최종적으로 SOH = 학습 용량(learning capacity) / 현재 용량(present capacity)으로 계산된다.Therefore, the SOH calculation is performed only under the condition that the battery is fully charged, and the current is forced to be set to the current in the learning cycle even in the simulation. Finally, SOH is calculated as learning capacity / present capacity.

한편, 도 9에 나타낸 것과 같이, 현재 OCV[i]는 OCV[6]이므로, 이전에 계산된 잔여용량은 OCV[5]에 해당한다. 따라서 OCV[6]에서의 잔여용량을 측정하기 위해서는 상기 OCV[5]와 OCV[6] 구간에 대한 전압곡선의 면적을 차감해야 된다. 즉 capacity[6]을 차감하면 현재 OCV 포인트에서의 잔여용량을 계산할 수 있다.On the other hand, as shown in Fig. 9, since the current OCV [i] is OCV [6], the previously calculated remaining capacity corresponds to OCV [5]. Therefore, in order to measure the remaining capacity in OCV [6], the area of the voltage curve for OCV [5] and OCV [6] must be subtracted. That is, if the capacity [6] is subtracted, the remaining capacity at the current OCV point can be calculated.

상기 S120/S220 단계 및 S121/S221 단계를 반복적으로 수행하여 해당 배터리팩(200)이 완전방전(즉, 상기 차감결과가 방전 종지전압과 같은 상태)될 때까지 해당 배터리팩(200)의 잔여용량을 계산한다.The remaining capacity of the battery pack 200 until the battery pack 200 is completely discharged (that is, a state where the subtraction result is the same as the discharge end voltage) is repeatedly performed in steps S120 / S220 and S121 / S221, .

한편 S120/S220단계에서 상기 차감한 결과가 방전 종지전압보다 적은 경우(S120, S220), 해당 배터리팩(200)이 완전 방전된 것을 의미하므로, 이때, 상기 배터리팩 용량 게이징부(160)는 상기 S120 단계 및 S121 단계를 수행하여 계산한 잔여용량에 Passed charge를 가산하여 해당 배터리팩(200)의 전체 가용용량을 측정한다(S130, S230).If it is determined in step S120 / S220 that the subtracted result is less than the discharge end voltage (S120, S220), it means that the corresponding battery pack 200 is completely discharged. At this time, the battery pack capacity gating unit 160 The total available capacity of the battery pack 200 is measured by adding Passed charge to the calculated remaining capacity by performing steps S120 and S121 (S130 and S230).

다음으로 배터리 용량 게이징부(160)는 상기 측정한 전체 가용용량과 미리 설정하여 저장한 MC(minimum capacity)에 SOH를 곱한 값과 비교한다(S140, S240).Next, the battery capacity gaining unit 160 compares the measured total available capacity with a value obtained by multiplying the MC (minimum capacity) stored and set in advance by the SOH (S140, S240).

한편 MC는 배터리팩(200)의 제조자에 의해 제공되는 것으로, 간혹 극저온에서 저항이 비 이상적으로 큰 경우 전체 가용용량이 0이 되는 경우가 발생할 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 상기 제조자가 정한 최소한의 가용용량에 대한 값이다. 상기 MC는 초기 배터리팩(200)의 동작 가능한 최소온도와 최대전류를 방전 종지전압까지 방전했을 때의 용량을 나타낸다. 이는 배터리셀 혹은 배터리팩(200)이 에이징됨에 따라 줄어들기 때문에 SOH를 곱함으로써, 현재 배터리팩(200)의 MC를 나타낼 수 있다.On the other hand, the MC is provided by the manufacturer of the battery pack 200. In some cases, when the resistance is extremely unusually large at the cryogenic temperature, the total usable capacity may become zero. To prevent this, It is a value for capacity. The MC represents the minimum operating temperature of the initial battery pack 200 and the capacity when the maximum current is discharged to the discharge end voltage. Since the battery cell or the battery pack 200 is reduced due to aging, the MC of the current battery pack 200 can be represented by multiplying by SOH.

즉, 배터리팩(200)의 전체 가용용량은 상기 MC보다 적을 수가 없다. 따라서 상기 배터리 용량 게이징부(160)는 상기 비교결과, S130/S230 단계에서 측정한 전체 가용용량이 MC * SOH보다 큰 경우에는 상기 전체 가용용량을 MC로 설정하여 해당 배터리팩(200)의 전체 가용용량을 측정한다(S150, S250).That is, the total usable capacity of the battery pack 200 can not be smaller than the MC. Therefore, if the total usable capacity measured in step S130 / S230 is greater than MC * SOH as a result of the comparison, the battery capacity gaining unit 160 sets the total usable capacity as MC, The available capacity is measured (S150, S250).

또한 상기 SOH는 현재 전체 가용용량에 에이징이 발생하지 않은 초기 배터리팩(200)의 전체 가용용량(즉, 해당 배터리팩(200)에서 이론적으로 제공할 수 있는 최대 가용용량을 의미함)을 나눔으로써, 계산된다.Further, the SOH divides the total usable capacity of the initial battery pack 200 (i.e., the maximum usable capacity that can theoretically be provided in the battery pack 200) , Respectively.

다음으로 배터리 용량 게이징부(160)는 상기 측정한 배터리팩(200)의 잔여용량과 전체 가용용량 및 Passed charge를 리턴(S160, S260)하여 저장하고, 상기 측정한 잔여용량과 전체 가용용량을 사용자 단말로 제공하거나, 디스플레이에 표시하여 사용자가 이를 인식할 수 있도록 한다.Next, the battery capacity gaining unit 160 returns the remaining capacity of the battery pack 200, the total usable capacity and the passed charge (S160 and S260) and stores the measured remaining capacity and the total usable capacity To be provided to the user terminal, or displayed on the display so that the user can recognize it.

도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 시스템을 나타낸 블록도이다.10 is a block diagram illustrating a battery monitoring system according to another embodiment of the present invention.

도 10에 도시한 바와 같이, 배터리 모니터링 시스템(10)은 배터리 모니터링 장치(1003), 시스템 MCU(7001), 전류감지부(600), 배터리팩(200), 충전 FET(300), 방전 FET(400), 상기 충전 FET(300) 및 방전 FET(400)의 온도를 감지하는 온도 감지부(501), 배터리팩(200)의 각 셀에 대한 온도를 감지하는 셀온도 감지부(502)를 포함하여 구성될 수 있다.10, the battery monitoring system 10 includes a battery monitoring apparatus 1003, a system MCU 7001, a current sensing unit 600, a battery pack 200, a charging FET 300, a discharging FET A temperature sensing unit 501 for sensing a temperature of the charging FET 300 and a discharging FET 400 and a cell temperature sensing unit 502 for sensing a temperature of each cell of the battery pack 200 .

상기 배터리 모니터링 장치(1003)는 상기 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 것과 같이, 배터리 모니터링 장치(100)와 동일한 역할을 수행하여, 해당 배터리팩(200)의 상태를 모니티링한다.The battery monitoring apparatus 1003 performs the same function as the battery monitoring apparatus 100 and monitors the state of the battery pack 200, as described with reference to FIG. 1 to FIG.

또한 온도 감지부(501)는 외부단자에 연결되는 외부장치(미도시)에 따라 배터리팩(200)이 충전되는 경우, 상기 충전 FET(300)의 FET 온도를 측정하여 상기 배터리 모니터링 장치(1003)로 제공한다. 이와 반대로 상기 배터리팩(200)이 방전되는 경우 상기 방전 FET(400)의 FET 온도를 측정하여 상기 배터리 모니터링 장치(1003)로 제공한다.The temperature sensing unit 501 measures the FET temperature of the charging FET 300 when the battery pack 200 is charged according to an external device (not shown) connected to an external terminal, . On the contrary, when the battery pack 200 is discharged, the temperature of the FET of the discharge FET 400 is measured and provided to the battery monitoring apparatus 1003.

또한 셀온도 감지부(502)는 상기 배터리팩(200)의 충/방전시에 각 배터리셀에 대한 온도를 측정하여 상기 배터리 모니터링 장치(1003)로 제공한다.The cell temperature sensing unit 502 measures the temperature of each battery cell during charging / discharging of the battery pack 200 and provides the measured temperature to the battery monitoring device 1003.

또한 상기 배터리 모니터링 장치(1003)는 상기 온도 감지부(501) 및 셀온도 감지부(502)로부터 제공받은 FET 온도와 배터리셀에 대한 온도를 활용하여 배터리셀의 내/외부(inter/external) 쇼트(short)를 감지한다. 이하에서는 배터리셀의 내부/외부 쇼트를 감지하는 방법에 대해서 구체적으로 설명하고자 한다.Also, the battery monitoring apparatus 1003 may use the temperature of the FET and the temperature of the battery cell provided from the temperature sensing unit 501 and the cell temperature sensing unit 502 to control an inter / external short- (short). Hereinafter, a method for detecting the internal / external short circuit of the battery cell will be described in detail.

<방법 1><Method 1>

먼저 배터리 모니터링 장치(1003)는 상기 제공받은 각 배터리셀의 온도를 모니터링하고 있으면서, 전체 회로 상에서 무부하전류(no load current) 또는 슬립전류(sleep current)만 있는 경우, 현재 배터리셀의 온도가 상기 FET 온도와 미리 설정한 온도값을 합산한 것보다 높아지는 경우에 상기 배터리셀에서 내부 혹은 외부 쇼트가 발생한 것으로 판단한다.The battery monitoring apparatus 1003 monitors the temperature of each of the provided battery cells and if there is no load current or a sleep current on the entire circuit, It is determined that an internal or external short circuit has occurred in the battery cell when the temperature is higher than the sum of the temperature and the preset temperature value.

이를 수식으로 일반화하면, 셀 온도 > FET 온도 + 마진값(margin value)이 된다. 상기 슬립전류는 셀온도에 영향을 미치지 않는 전류로써, 배터리팩(200) 제조자 또는 사용자에 의해 제공될 수 있으며, 셀 온도는 충전 혹은 방전시의 각 배터리셀의 온도를 의미한다. 또한 FET 온도는 상기 배터리팩(200)의 충전 혹은 방전에 따라 충전 FET(300)의 온도 또는 방전 FET(400)의 온도를 의미한다. 또한 상기 마진값은 미리 설정하여 저장한 온도값을 의미하는 것으로 사용자 또는 배터리팩(200)의 제조자에 의해 제공되는 값이다.If this is generalized as a formula, it becomes a cell temperature> FET temperature + margin value. The slip current is a current that does not affect the cell temperature and can be provided by the manufacturer or user of the battery pack 200. The cell temperature means the temperature of each battery cell at the time of charging or discharging. The FET temperature refers to the temperature of the charging FET 300 or the temperature of the discharging FET 400 in accordance with the charging or discharging of the battery pack 200. The margin value is a temperature value stored in advance and is a value provided by the manufacturer of the user or the battery pack 200.

또한 상기 배터리셀의 내/외부 쇼트는 상기 시스템 MCU(7001)에 의해서도 감지될 수 있다. 이때 상기 시스템 MCU(7001)는 셀 온도 > 시스템 온도 + 마진값인 경우 내부/외부 배터리셀에 쇼트가 난 것으로 감지한다. 여기서 셀 온도에 영향을 미치지 않는 슬립전류와 마진값은 배터리팩(200) 제조자에 의해서 정의될 수 있다.Also, the internal / external short circuit of the battery cell can be detected by the system MCU 7001. At this time, the system MCU 7001 senses that there is a short circuit in the internal / external battery cell when the cell temperature> the system temperature + margin value. Here, the sleep current and the margin value which do not affect the cell temperature can be defined by the manufacturer of the battery pack 200.

<방법 2><Method 2>

또한 배터리 모니터링 장치(100)는 상기의 방법 이외에 열적 모델링(thermal modeling)을 통해 상기 배터리셀의 내/외부 쇼트를 감지할 수 있다. 즉, 상기 배터리 모니터링 장치(100)는 FET 온도를 이용한 열적 모델링에 의해 예상된 룸 온도(room temperature)가 상기 배터리셀 온도를 이용한 열적 모델링에 의해 예상된 룸 온도보다 큰 경우에 상기 배터리셀에서 내/외부 쇼트가 발생한 것으로 판단한다. 상기 열적 모델링은 가변전류 및 가변적인 룸 온도에서 온도를 측정하는 실험에 의해 생성되며, 상기 FET 온도는 상기 배터리셀 온도와 다른 부분에서 측정된 온도로 대체될 수 있다.In addition, the battery monitoring apparatus 100 can detect the inside / outside short of the battery cell through thermal modeling in addition to the above method. That is, when the room temperature estimated by the thermal modeling using the FET temperature is higher than the room temperature predicted by the thermal modeling using the battery cell temperature, / It is judged that an external short has occurred. The thermal modeling may be created by experimenting with temperature measurements at variable current and variable room temperature, and the FET temperature may be replaced by a temperature measured at a different location than the battery cell temperature.

또한 상기 배터리셀의 내/외부 쇼트는 상기 시스템 MCU(7001)에 의해서도 감지될 수 있다. 이때 상기 시스템 MCU(7001)는 상기 배터리셀에 대한 온도값을 상기 배터리 모니터링 장치(1003)로부터 제공받아 해당 배터리셀의 온도변화를 모니터링할 수 있다.Also, the internal / external short circuit of the battery cell can be detected by the system MCU 7001. At this time, the system MCU 7001 may receive the temperature value of the battery cell from the battery monitoring apparatus 1003 and monitor the temperature change of the battery cell.

또한 상기 시스템 MCU(7001)는 전체 시스템의 온도값을 측정하여, 이에 미리 설정하여 저장한 마진값을 합산하고, 무부하전류 혹은 슬립전류만 있는 상태에서 상기 배터리셀의 온도가 상기 합산한 값을 초과하는 경우, 상기 배터리셀에서 내/외부 쇼트가 발생한 것으로 판단한다.In addition, the system MCU 7001 measures the temperature value of the entire system, adds the margin values preset and stored therein, and when the temperature of the battery cell exceeds the summed value in the state that there is no load current or sleep current , It is determined that an internal / external short circuit has occurred in the battery cell.

또한 상기 시스템 MCU(7001)는 상기의 방법 이외에 열적 모델링(thermal modeling)을 통해 상기 배터리셀의 내/외부 쇼트를 감지할 수 있다. 즉, 상기 기 시스템 MCU(7001)는 상기 시스템 온도를 이용한 열적 모델링에 의해 예상된 룸 온도(room temperature)가 상기 배터리셀 온도를 이용한 열적 모델링에 의해 예상된 룸 온도보다 큰 경우에 상기 배터리셀에서 내/외부 쇼트가 발생한 것으로 판단한다. 여기서 상기 열적 모델링은 가변전류 및 가변적인 룸 온도에서 온도를 측정하는 실험에 의해 생성되며, 상기 FET 온도는 상기 셀온도와 다른 부분에서 측정된 온도로 대체될 수 있다.In addition, the system MCU 7001 can detect the inside / outside short of the battery cell through thermal modeling in addition to the above method. That is, when the room temperature estimated by thermal modeling using the system temperature is larger than the room temperature predicted by the thermal modeling using the battery cell temperature, the base system MCU 7001 It is judged that an internal / external short has occurred. Wherein the thermal modeling is generated by an experiment measuring temperature at a variable current and a variable room temperature and the FET temperature can be replaced by a temperature measured at a different portion from the cell temperature.

<방법 3><Method 3>

또한 도 11에서 볼 수 있듯이, 배터리 모니터링 장치(100)는 [수학식 4]에 의해서 배터리셀의 내부/외부 쇼트를 검출할 수 있다.Also, as shown in FIG. 11, the battery monitoring apparatus 100 can detect the internal / external short circuit of the battery cell by Equation (4).

[수학식 4]&Quot; (4) &quot;

Figure 112017038745616-pat00001
Figure 112017038745616-pat00001

즉, 첫 번째 OCV와 두 번째 OCV에 대한 전하량을 모두 더한 값이 첫 번째 OCV와 두 번째 OCV를 검출한 사이의 시간 동안에 방전된 예상되는 자체방전 전하량(Q)보다 큰 경우, 내부/외부 쇼트를 검출한다. 이때 첫 번째 OCV와 두 번째 OCV를 검출한 사이의 시간 동안 무부하 상태를 유지하여야 한다.That is, if the sum of the charge for the first OCV and the second OCV is greater than the expected self-discharge charge (Q) discharged during the time between the detection of the first OCV and the second OCV, . At this time, no load should be maintained for the time between the detection of the first OCV and the second OCV.

<방법 4><Method 4>

또한 도 12에서 볼 수 있듯이, 배터리 모니터링 장치(100)는 [수학식 5]에 의해서 배터리셀의 내부/외부 쇼트를 검출할 수 있다.Also, as shown in FIG. 12, the battery monitoring apparatus 100 can detect the internal / external short circuit of the battery cell by Equation (5).

[수학식 5]&Quot; (5) &quot;

Figure 112017038745616-pat00002
Figure 112017038745616-pat00002

즉, 첫 번째 OCV와 예상되는 OCV간의 전하량을 모두 더한 값이 지나온 전하량에 에러 마진을 더한 것 보다 큰 경우, 내부/외부 쇼트를 검출한다. 이때 예상되는 OCV는 측정된 전압에 전류와 저항을 곱한 것을 더한 것이다. 그리고 측정된 전압과 전류는 스파이크 전압과 전류로 인해서 평균값을 취할 수 있다. 에러 마진은 스파이크 전압과 전류에 의존한다. 지나간 전하량은 전류를 주기적으로 축적하거나 모니터링 IC에 있는 쿨롱 카운터에 의해서 계산된다.That is, if the sum of the charge between the first OCV and the expected OCV is greater than the amount of charge plus the error margin, the internal / external short is detected. The expected OCV is the measured voltage multiplied by the current multiplied by the resistance. And the measured voltage and current can take an average value due to the spike voltage and current. The error margin depends on the spike voltage and current. The amount of charge past is calculated either by the periodic accumulation of current or by the coulomb counter in the monitoring IC.

이어서 병렬 배터리셀의 단선(disconnect)을 감지하는 방법에 대해서 설명하고자 한다.Next, a method of detecting the disconnect of the parallel battery cells will be described.

도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀의 내부/외부 단선을 감지하기 위한 배터리 모니터링 시스템을 나타낸 블록도이다.13 is a block diagram illustrating a battery monitoring system for detecting internal / external disconnection of a battery cell according to another embodiment of the present invention.

도 13에서 보인 바와 같이, 먼저 이전 방전에서 새로운 저항값에 가장 최근의 저항값을 나누어서 사용자가 설정한 비율값보다 크다면 단선되었다고 감지한다. 여기서 저항은 정상조건에서 서서히 증가될 것이다. 그 값은 긴 사이클을 두고 테스트하여 계산될 수 있다. 그래서 본 발명에서는 저항이 급격하게(sharply) 증가되면 병렬 배터리셀이 단선되었다고 결정한다.As shown in FIG. 13, first, the most recent resistance value is divided into a new resistance value in the previous discharge, and it is detected that the resistance value is broken if it is larger than the ratio value set by the user. Here the resistance will slowly increase under normal conditions. The value can be calculated by testing over a long cycle. Therefore, in the present invention, when the resistance increases sharply, it is determined that the parallel battery cell is disconnected.

또한 새로운 SOH에 이전 충전에서의 최근 SOH를 나누어서 이것이 사용자가 설정한 비율값보다 작으면 병렬 배터리셀이 단선되었다고 감지한다. 여기서 최대 열화속도는 긴 사이클에 걸친 테스트에 의해서 계산될 수 있다.Also, the new SOH is divided into the latest SOH from the previous charge, and if it is smaller than the ratio set by the user, it detects that the parallel battery cell is disconnected. Where the maximum degradation rate can be calculated by testing over a long cycle.

아울러 본 발명에서의 예기치 못한 오류를 검출하는 방법에 대해서 설명하고자 한다. 먼저 블록 다이어그램 디자인 기법이 많은 자동차 배터리 팩에서 사용된다. 본 발명에서 제시하는 머신러닝 게이징 알고리즘은 모듈의 문제를 감지하기 위해서 각 모듈의 MCU에서 사용될 수 있거나, 팩레벨의 계산을 모듈 레벨의 계산과 비교함으로써 알고리즘을 강화한다.In addition, a method for detecting unexpected errors in the present invention will be described. First, block diagram design techniques are used in many automotive battery packs. The machine running gauging algorithm presented in the present invention can be used in the MCU of each module to detect the problem of the module or it enhances the algorithm by comparing the calculation of the pack level with the calculation of the module level.

메인 MCU는 어떤 디자인에서는 기계학습 게이징으로 데이터를 산출하는 모듈로부터, 용량(capacity), 사용가능 용량(usable capacity), 잔량(remaining capacity), SOH 등을 축적할 수 있다. 즉, 전체 용량(total capacity)은 각 모듈 용량의 합이고, 전체 사용가능한 용량은 각 모듈의 사용가능한 용량을 합친 것이다. 또한 전체 잔량은 각 모듈의 잔량을 합친 것이다.In some designs, the main MCU can accumulate capacity, usable capacity, remaining capacity, SOH, etc. from the module that computes data by machine learning gauging. That is, the total capacity is the sum of the capacity of each module, and the total usable capacity is the total usable capacity of each module. The total remaining capacity is the sum of the remaining capacity of each module.

메인 시스템이나 각 모듈상의 ADC나 통신과 같은 컴포넌트 에러 중 어느 것에서 예기치 못한 오류를 검출하는 것은, 메인 시스템의 용량에 전체용량을 뺀 값이 용량에 대한 에러 마진보다 작은 경우, 메인 시스템의 사용가능 용량에 전체 사용가능 용량을 뺀 것이 사용가능 용량에 대한 에러 마진 보다 작은 경우, 메인 시스템의 잔존 용량에 전체 잔존 용량을 뺀 것이 잔존 용양에 대한 에러 마진 보다 작은 경우가 예기치 못한 오류가 감지되는 예이다. 여기서 에러 마진은 긴 사이클 테스트를 통해서 설정될 수 있다.Detecting unexpected errors in either the main system or component errors such as ADCs or communications on each module means that if the main system's capacity minus the total capacity is less than the error margin for the capacity, Is an example in which an unexpected error is detected when the remaining capacity of the main system minus the total remaining capacity is smaller than the error margin with respect to the remaining capacity. Here, the error margin can be set through a long cycle test.

이상에서 설명하였듯이, 본 발명인 기계학습을 통한 배터리 모니터링 및 보호 방법은 배터리팩의 충방전을 거듭함에 따른 저항의 변화를 학습하여 온도와 에이징으로 인한 배터리팩의 상태를 정확하게 모니터링하고, 상기 배터리팩의 용량을 정확하게 게이징하여 사용자에게 제공함으로써, 배터리의 과충전이나 과방전으로부터 효과적으로 보호할 수 있는 보호함과 동시에 사용자에게 편의를 제공할 수 있는 효과가 있다.As described above, the battery monitoring and protection method through machine learning of the present invention accurately monitors the state of the battery pack due to temperature and aging by learning the change of resistance due to repeated charging / discharging of the battery pack, By accurately gauging the capacity and providing it to the user, it is possible to effectively protect the battery from overcharging or overdischarging, and at the same time, providing convenience to the user.

상기에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 위주로 상술하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 각 구성요소는 동일한 목적 및 효과의 달성을 위하여 본 발명의 기술적 범위 내에서 변경 또는 수정될 수 있을 것이다.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. .

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.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, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention.

10 : 배터리 모니터링 시스템
100, 1001, 1002, 1003, 1004 : 배터리 모니터링 장치
110 : 배터리팩 충/방전 제어부 120 : 배터리팩 전류/전압 측정부
130 : 배터리팩 온도 측정부 140 : 학습부
150 : 배터리팩 저항 측정부 160 : 배터리팩 용량 게이징부
170 : 보호부 180 : 알림부
200 : 배터리팩 300 : 충전 FET
400 : 방전 FET 500 : 온도 감지부
600 : 전류 감지부 700 : 충전부
800 : 전류/전압 측정부 900 : 배터리 데이터 처리부
7001 : 시스템 MCU10: Battery monitoring system
100, 1001, 1002, 1003, 1004: Battery monitoring device
110: Battery pack charging / discharging control unit 120: Battery pack current / voltage measuring unit
130: Battery pack temperature measuring unit 140:
150: Battery pack resistance measuring unit 160: Battery pack capacitance gating unit
170: Protection section 180: Notification section
200: Battery pack 300: Charge FET
400: Discharge FET 500: Temperature sensing part
600: current sensing unit 700:
800: current / voltage measuring unit 900: battery data processing unit
7001: System MCU

Claims (12)

제1 사이클을 통해 에이징에 따른 배터리팩의 OCV(open circuit voltage) 변화량과 총용량에 대한 변화량을 학습하고, 제2 사이클을 통해 배터리팩의 SOC(state of charge)를 OCV 포인트인 복수의 그리드 포인트로 나누고, 일정범위의 온도별로 상기 배터리팩을 방전시켜 그리드 포인트별로 상기 배터리팩 및 상기 배터리팩의 각 배터리셀에 대한 저항을 측정함으로써, 온도 및 에이징에 따른 상기 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항의 변화량을 학습하는 학습부;
상기 학습한 결과에 따라 이전에 학습된 배터리팩의 전체 저항과 현재 방전되는 배터리팩의 전체 저항을 대비하여 에이징 계수를 산출하고, 상기 산출한 에이징 계수에 이전에 학습된 각 그리드 포인트별 저항을 곱하여 현재 방전되는 상기 배터리팩의 그리드 포인트에 대한 각각의 저항을 업데이트함으로써, 상기 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항을 측정하는 배터리팩 저항 측정부; 및
상기 학습한 결과에 따라 상기 배터리팩의 잔여용량과 전체 가용용량을 게이징하는 배터리팩 용량 게이징부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 시스템.The OCV (open circuit voltage) change amount and the variation amount with respect to the total capacity of the battery pack according to the aging are learned through the first cycle, and the SOC (state of charge) of the battery pack is distributed to the plurality of grid points And the resistance of each of the battery pack and each battery cell of the battery pack is measured for each grid point by discharging the battery pack for a certain range of temperatures, A learning unit for learning a change amount;
According to the learning result, an aging coefficient is calculated in relation to the total resistance of the battery pack that has been previously learned and the total resistance of the battery pack to be discharged at present. The calculated aging coefficient is multiplied by the resistance of each grid point previously learned A battery pack resistance measuring unit for measuring resistance of the battery pack and each battery cell by updating respective resistances to grid points of the battery pack to be discharged at present; And
And a battery pack capacity gauging unit for gauging the remaining capacity of the battery pack and the total usable capacity according to the result of the learning. 청구항 1에 있어서,
상기 학습부는,
제1 사이클을 통해 정상온도 및 무부하의 조건 하에서 일정한 C-rate로 상기 배터리팩을 방전 종지전압까지 방전시켜가며, 상기 배터리팩의 OCV 곡선을 추적함으로써, 상기 에이징에 따른 OCV 변화량 및 해당 배터리팩의 총용량에 대한 변화량을 학습하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 시스템.The method according to claim 1,
Wherein,
The battery pack is discharged to a discharge end voltage at a constant C-rate under normal temperature and no-load conditions during the first cycle, and the OCV curve of the battery pack is tracked, And a variation amount with respect to the total capacity is learned. 청구항 1에 있어서,
상기 학습부는,
제2 사이클을 통해 일정범위에 대한 온도별로 상기 배터리팩을 일정한 C-rate로 방전시켜가며, 상기 그리드 포인트별로 상기 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항을 측정함으로써, 온도 및 에이징에 따른 상기 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항의 변화량을 학습하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 시스템.The method according to claim 1,
Wherein,
The battery pack is discharged at a constant C-rate according to the temperature for a certain range through the second cycle, and the resistance for the battery pack and each battery cell is measured for each grid point, And a change amount of resistance for each battery cell is learned. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 배터리팩 용량 게이징부는,
최근에 측정된 OCV와 Passed charge를 이용하여, 상기 배터리팩의 현재 OCV 포인트를 검출하고, 상기 검출한 현재 OCV 포인트에서 Passed charge, 잔여용량, 전체 가용용량을 측정하고, 이를 상기 각 OCV 포인트마다 업데이트함으로써, 상기 배터리팩의 잔여 용량 및 전체 가용용량을 게이징하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 시스템.The method according to claim 1,
The battery pack capacity gauging unit includes:
A current OCV point of the battery pack is detected using a recently measured OCV and a passed charge, a Passed charge, a remaining capacity, and an available capacity are measured at the detected current OCV point, Thereby gaining the remaining capacity and the total usable capacity of the battery pack. 청구항 1에 있어서,
상기 배터리 모니터링 시스템은,
상기 측정한 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항이 미리 설정한 값을 초과하는 경우, 해당 배터리팩의 충방전 상태를 차단함으로써, 해당 배터리팩을 보호하는 보호부; 및
저항별 배터리 상태를 매핑한 매핑테이블을 참조하여 상기 측정한 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항에 따른 배터리 상태, 상기 측정한 배터리팩의 잔여용량 및 전체 가용용량을 사용자 단말로 제공하는 알림부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 시스템.The method according to claim 1,
The battery monitoring system includes:
A protective unit for protecting the battery pack by blocking a charge / discharge state of the battery pack when the measured resistance of the battery pack and the battery cell exceeds a preset value; And
A reminder unit for providing a user state of a battery state of the battery pack, a remaining battery capacity of the battery pack, and a total usable capacity of the battery pack measured according to resistance of the battery pack and each battery cell with reference to a mapping table mapping a battery state of each resistor; Further comprising a battery monitoring system. 제1 사이클을 통해 에이징에 따른 배터리팩의 OCV(open circuit voltage) 변화량과 총용량에 대한 변화량을 학습하고, 제2 사이클을 통해 배터리팩의 SOC(state of charge)를 OCV 포인트인 복수의 그리드 포인트로 나누고, 일정범위의 온도별로 상기 배터리팩을 방전시켜 그리드 포인트별로 상기 배터리팩 및 상기 배터리팩의 각 배터리셀에 대한 저항을 측정함으로써, 온도 및 에이징에 따른 상기 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항의 변화량을 학습하는 학습 단계;
상기 학습한 결과에 따라 이전에 학습된 배터리팩의 전체 저항과 현재 방전되는 배터리팩의 전체 저항을 대비하여 에이징 계수를 산출하고, 상기 산출한 에이징 계수에 이전에 학습된 각 그리드 포인트별 저항을 곱하여 현재 방전되는 상기 배터리팩의 그리드 포인트에 대한 각각의 저항을 업데이트함으로써, 상기 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항을 측정하는 배터리팩 저항 측정 단계; 및
상기 학습한 결과에 따라 상기 배터리팩의 잔여용량과 전체 가용용량을 게이징하는 배터리팩 용량 게이징 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 방법.The OCV (open circuit voltage) change amount and the variation amount with respect to the total capacity of the battery pack according to the aging are learned through the first cycle, and the SOC (state of charge) of the battery pack is distributed to the plurality of grid points And the resistance of each of the battery pack and each battery cell of the battery pack is measured for each grid point by discharging the battery pack for a certain range of temperatures, A learning step for learning the amount of change;
According to the learning result, an aging coefficient is calculated in relation to the total resistance of the battery pack that has been previously learned and the total resistance of the battery pack to be discharged at present. The calculated aging coefficient is multiplied by the resistance of each grid point previously learned A battery pack resistance measuring step of measuring resistance of the battery pack and each battery cell by updating respective resistances to grid points of the battery pack to be discharged at present; And
And gauging a remaining capacity of the battery pack and a total usable capacity according to a result of the learning. 청구항 7에 있어서,
상기 학습 단계는,
제1 사이클을 통해 정상온도 및 무부하의 조건 하에서 일정한 C-rate로 상기 배터리팩을 방전 종지전압까지 방전시켜가며, 상기 배터리팩의 OCV 곡선을 추적함으로써, 에이징에 따른 OCV 변화량 및 해당 배터리팩의 총 용량에 대한 변화량을 학습하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 방법.The method of claim 7,
In the learning step,
The OCV curve of the battery pack is tracked by discharging the battery pack to a discharge end voltage at a constant C-rate under a normal temperature and no-load condition during the first cycle, And the amount of change with respect to the capacity is learned. 청구항 7에 있어서,
상기 학습 단계는,
제2 사이클을 통해 상기 일정범위의 온도별로 상기 배터리팩을 일정한 C-rate로 방전시켜가며, 상기 그리드 포인트별로 상기 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항을 측정함으로써, 온도 및 에이징에 따른 상기 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항의 변화량을 학습하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 방법.The method of claim 7,
In the learning step,
The battery pack is discharged at a constant C-rate for a certain range of temperatures through the second cycle, and the resistance for the battery pack and each battery cell is measured for each grid point, And a variation amount of resistance for each battery cell is learned. 삭제delete 청구항 7에 있어서,
상기 배터리팩 용량 게이징 단계는,
최근에 측정된 OCV와 Passed charge를 이용하여, 상기 배터리팩의 현재 OCV 포인트를 검출하고, 상기 검출한 현재 OCV 포인트에서 Passed charge, 잔여용량, 전체 가용용량을 측정하고, 이를 상기 각 OCV 포인트마다 업데이트함으로써, 상기 배터리팩의 잔여 용량 및 전체 가용용량을 게이징하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 방법.The method of claim 7,
The battery pack capacity gaining step may include:
A current OCV point of the battery pack is detected using a recently measured OCV and a passed charge, a Passed charge, a remaining capacity, and an available capacity are measured at the detected current OCV point, Thereby gaining the remaining capacity and the total usable capacity of the battery pack. 청구항 7에 있어서,
상기 배터리 모니터링 방법은,
상기 측정한 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항이 미리 설정한 값을 초과하는 경우, 해당 배터리팩의 충방전 상태를 차단함으로써, 해당 배터리팩을 보호하는 보호 단계; 및
저항별 배터리 상태를 매핑한 매핑테이블을 참조하여 상기 측정한 배터리팩 및 각 배터리셀에 대한 저항에 따른 배터리 상태, 상기 측정한 배터리팩의 잔여용량 및 전체 가용용량을 사용자 단말로 제공하는 알림 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 방법.The method of claim 7,
The battery monitoring method includes:
A protection step of protecting the battery pack by blocking a charge / discharge state of the battery pack when the measured resistance of the battery pack and the battery cell exceeds a preset value; And
A notification step of providing the user terminal with a battery state according to the measured resistance of the battery pack and each battery cell, a remaining capacity of the measured battery pack, and a total available capacity with reference to a mapping table mapping a battery state by resistance; Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 1, &lt; / RTI &gt;
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