KR101949449B1 - Method and apparatus for estimating battery life - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배터리 수명 예측 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빅데이터 시스템(Bigdata system), 클라우드 시스템(cloud system), 머신 러닝 (machine learning) 등의 다양한 IT 기술을 활용하여 ESS(Energy Storage System) 또는 전기 자동차 등에 사용되는 충전 가능한 배터리 수명을 예측하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a battery life predicting method and apparatus, and more particularly, to a battery life predicting method and apparatus using an ESS (Energy) system using various IT technologies such as a Big data system, a cloud system, and a machine learning. Storage system) or an electric vehicle and the like.
ESS나 전기 자동차 등에 사용되는 배터리는 제조사가 제시한 사용 가능 연수가 존재한다. 그러나 이는 제조사가 일률적으로 제공하는 정보일 뿐 배터리를 사용하는 환경, 충방전 횟수 등에 따라 실제 사용 가능 연수는 일정하지 않다. Batteries used in ESS and electric vehicles are available for use by the manufacturer. However, this is only information provided by the manufacturer uniformly, but the actual serviceable life is not constant depending on the environment in which the battery is used, the number of charge / discharge cycles, and the like.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 배터리의 수명을 정확하게 예측할 수 있을 뿐만 아니라 배터리 수명에 영향을 미치는 열화 원인을 파악할 수 있는 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention provides a method and apparatus for accurately predicting the life of a battery, as well as a cause of deterioration affecting battery life.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 수명 예측 방법의 일 예는, 배터리의 초기 예측수명을 설정하는 단계; 상기 배터리에 속한 적어도 하나의 셀에 대한 충전 또는 방전시의 셀 전압을 수신하여 누적 저장하는 단계; 셀의 열화 원인을 기준으로 분류한 각 그룹별로 서로 상이한 변화 형태를 나타내는 셀 전압을 기초로, 셀을 어느 하나의 그룹에 할당하는 단계; 각 그룹별로 셀의 충전상태(SOC)의 변화범위와 사용기간 사이의 관계를 파악하는 단계; 및 각 그룹별로 셀의 충전상태의 변화범위가 기 설정된 기준범위가 될 때의 사용기간을 평균한 값으로 상기 초기 예측수명을 갱신하는 단계;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of predicting battery life, the method comprising: setting an initial predicted life span of a battery; Receiving and accumulating a cell voltage during charging or discharging of at least one cell belonging to the battery; Allocating cells to any one group based on a cell voltage representing a different type of change for each group classified on the basis of a deterioration cause of the cell; Determining a relationship between a change range of a state of charge (SOC) of a cell and a use period for each group; And updating the initial predicted life span to a value obtained by averaging a use period when a change range of the state of charge of the cells becomes a predetermined reference range for each group.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 수명 예측장치의 일 예는, 배터리의 초기 예측수명을 설정하는 설정부; 상기 배터리에 속한 적어도 하나의 셀에 대한 충전 또는 방전시의 셀전압을 수신하여 누적 저장하는 저장부; 셀의 열화 원인을 기준으로 분류한 각 그룹별로 서로 상이한 변화 형태를 나타내는 셀전압을 기초로, 셀을 어느 하나의 그룹에 할당하는 그룹분류부; 및 각 그룹별로 셀의 충전상태(SOC)의 변화범위와 사용기간 사이의 관계를 파악하고, 각 그룹별로 셀의 충전상태의 변화범위가 기 설정된 기준범위가 될 때의 사용기간을 평균한 값을 산출하는 예측분석부;를 포함하고, 상기 설정부는 상기 평균한 값으로 상기 초기 예측수명을 갱신한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for predicting battery life, the apparatus comprising: a setting unit configured to set an initial predicted lifetime of a battery; A storage unit for receiving and accumulating a cell voltage during charging or discharging of at least one cell belonging to the battery; A grouping unit for assigning cells to any one group based on a cell voltage indicating a different type of change for each group classified based on a cause of deterioration of the cell; (SOC) of each cell and the usage period, and calculates a value obtained by averaging the usage period when the variation range of the charging state of the cell becomes the preset reference range for each group And the setting unit updates the initial predicted life span with the averaged value.
본 발명에 따르면, 배터리 수명을 정확하게 예측할 수 있다. 또한, 배터리 수명에 영향을 미치는 열화 원인을 파악하고 그에 따른 적절할 조치를 취하여 배터리 수명을 연장할 수 있다. According to the present invention, battery life can be predicted accurately. In addition, it is possible to identify the cause of deterioration that affects battery life and take appropriate action accordingly to prolong battery life.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 수명 예측 대상이 되는 배터리의 일 예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 수명 예측을 위한 전체 시스템의 개략적인 구조를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 수명 예측 방법을 도시한 도면,
도 5 내지 도 10은 리튬이온 배터리의 열화 원인에 따른 셀 전압 등을 도시한 그래프,
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 각 그룹별 평균사용기간을 기초로 배터리 수명을 예측하는 방법의 일 예를 도시한 도면,
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 열화 원인의 그룹과 배터리 사용환경의 상관관계를 분석하는 방법의 예를 도시한 도면, 그리고,
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리수명예측장치의 구성의 일 예를 도시한 도면이다.FIG. 1 and FIG. 2 are views showing an example of a battery to be a battery life predicting target according to an embodiment of the present invention; FIG.
3 illustrates a schematic structure of an overall system for battery life prediction according to an embodiment of the present invention;
FIG. 4 illustrates a battery life predicting method according to an embodiment of the present invention. FIG.
5 to 10 are graphs showing the cell voltage and the like according to the deterioration cause of the lithium ion battery,
11 is a diagram illustrating an example of a method of predicting battery life based on an average usage period of each group according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating an example of a method of analyzing a correlation between a group of causes of battery deterioration and a battery use environment according to an embodiment of the present invention,
13 is a diagram illustrating an example of a configuration of a battery life predicting apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 수명 예측 방법 및 그 장치에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a battery life predicting method and apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 수명 예측 대상이 되는 배터리의 일 예를 도시한 도면이다.FIG. 1 and FIG. 2 are views showing an example of a battery as a battery life predicting target according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리는 하나의 배터리 모듈(100,200)로 구성되거나 복수 개의 배터리 모듈로 구성될 수 있다. 배터리 모듈(100,200)은 적어도 하나 이상의 셀(110,21,212)과 BMS(Battery Management System)(120,220)으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 고용량의 배터리 모듈(100)은 하나의 셀(110)로 구성될 수 있다. 또는 배터리 모듈(200)은 복수의 셀(210,212)을 직렬 또는 병렬로 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2, the battery may be composed of one
각 배터리 모듈(100,200)의 BMS(120,220)는 배터리 모듈에 속한 적어도 하나 이상의 셀(100,210,212)의 셀 전압, 충방전량 등의 충전상태(SOC, State of Charge), 충전속도, 방전속도, 온도 등 다양한 정보를 파악할 수 있다. 이 외에도, 실시 예에 따라 도 5 내지 도 10과 같이 셀의 양극과 리듐 금속과의 전위차인 PE 전압, 셀의 음극과 리듐 금속과의 전위차인 NE 전압 등이 파악될 수 있다. The
본 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 하나의 예일 뿐 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 실시 예에 따라 배터리 모듈(100,200)은 종래의 다양한 형태로 변형 가능하다.The present embodiment is only one example for facilitating understanding of the present invention, and the present invention is not limited thereto, and
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 수명 예측을 위한 전체 시스템의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a schematic structure of an overall system for battery life prediction according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 배터리수명예측장치(310)는 유무선 통신망을 통해 적어도 하나 이상의 BMS(300,302)와 연결된다. 배터리수명예측장치(310)는 하나 또는 복수의 물리적인 서버로 구현되거나 클라우드 시스템으로 구현될 수 있다. Referring to FIG. 3, the battery
배터리수명예측장치(310)는 복수의 BMS(300,302)로부터 배터리 셀에 대한 정보를 수신하여 저장한다. 저장되는 정보의 양이 많은 경우에 배터리수명예측장치(310)는 하둡(Hadoop) 등과 같은 빅데이터 저장 시스템을 통해 정보를 저장하고 분석할 수 있다. 또한, 배터리수명예측장치(310)는 도 4의 방법 등을 수행을 위한 머신 러닝(machine learnging) 기법이 적용될수 있다. The battery
배터리수명예측장치(310)는 동일 종류(즉, 제조사, 모델, 용량 등이 동일)의 배터리별로 배터리 수명 예측을 수행한다. 예를 들어, 배터리 종류가 복수인 경우에, 배터리수명예측장치(310)는 BMS(300,302)로부터 배터리 종류에 관한 정보를 수신하여 셀 전압 등의 정보와 함께 저장한다. The battery
본 실시 예는 BMS(300,302)가 배터리수명예측장치(310)와 통신을 수행하고 각종 정보를 파악하여 전송하는 것으로 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. BMS(300,302)가 통신 모듈이나 이하의 실시 예를 위한 각종 정보의 센싱 또는 제어 등을 위한 구성을 포함하고 있지 않다면 이를 위한 별도의 구성을 포함할 수 있다. 다만, 본 실시 예를 포함한 이하의 실시 예에서는 설명의 편의를 위하여 BMS(300,302)로 도시하고 설명한다. Although the BMS 300 or 302 communicates with the battery
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 수명 예측 방법을 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a battery life predicting method according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 배터리수명예측장치는 배터리의 초기 예측수명을 설정한다(S400). 예를 들어, 배터리수명예측장치는 배터리 제조사가 제시한 배터리 수명(예를 들어, 10년)을 사용자로부터 입력받아 초기 예측수명으로 설정한다. 초기 예측수명은 신규 배터리에 대해 최초 한 번만 설정되면 되고, 이후는 다음의 과정을 통해 갱신된다. Referring to FIG. 4, the battery life predicting device sets an initial predicted life time of the battery (S400). For example, the battery life predicting device receives the battery life (for example, 10 years) proposed by the battery manufacturer from the user and sets the battery life to an initial predicted life. The initial predicted life time is set only once for the new battery, and then it is updated through the following process.
먼저, 배터리수명예측장치는 배터리를 구성하는 적어도 하나 이상의 셀에 대한 충전 또는 방전시의 셀 전압 등을 수신하여 저장한다(S410). 예를 들어, 배터리수명예측장치는 1시간 등과 같이 미리 설정된 주기에 따라 배터리의 BMS를 통해 셀 전압 등을 수신하거나, 셀 전압이 일정 간격(예를 들어, 1V)으로 변화할 때마다 BMS를 통해 셀 전압 등을 수신할 수 있는 등 셀 전압 등을 수신하는 다양한 방법이 사용될 수 있다. First, the battery life predicting device receives and stores a cell voltage at the time of charging or discharging at least one or more cells constituting the battery (S410). For example, the battery life predicting device receives a cell voltage or the like through a BMS of the battery according to a predetermined period such as 1 hour, or whenever the cell voltage changes to a predetermined interval (for example, 1 V) Various methods of receiving a cell voltage and the like such as receiving a cell voltage and the like can be used.
다른 예로, 배터리수명예측장치는 각 배터리를 구분하기 위한 배터리식별정보, 각 배터리의 종류를 구분하기 위한 배터리종류 식별정보를 셀 전압과 함께 수신하여 저장할 수 있다. 예를 들어, ESS에서 100개의 배터리가 사용되며, 100개의 배터리 중 50개의 배터리는 A 종류의 배터리이고 나머지는 B 종류의 배터리라고 한다면, 배터리수명예측장치는 A 종류 및 B 종류를 구분하는 배터리종류 식별정보와 100개의 배터리에 각각 고유하게 부여된 배터리식별정보를 셀 전압 등과 함께 저장한다.As another example, the battery life predicting device may receive and store battery identification information for identifying each battery, and battery type identification information for identifying the type of each battery together with the cell voltage. For example, if ESS uses 100 batteries, 50 out of 100 batteries are type A batteries and the rest are type B batteries, the battery life predicting device is classified into battery types A and B The identification information and battery identification information uniquely assigned to each of the 100 batteries are stored together with the cell voltage and the like.
또 다른 예로, 배터리수명예측장치는 셀 전압과 함께 충방전 등의 충전상태(SOC), 충전속도, 방전속도, 셀 온도, 배터리 내외부 온도 등 다양한 정보를 함께 수신하여 저장할 수 있다. 또 다른 예로, 배터리수명예측장치는 셀 전압의 수신 일자를 함께 저장할 수 있다. As another example, the battery life predicting device may receive and store various information such as charge state (SOC), charge rate, discharge rate, cell temperature, temperature inside and outside the battery together with the cell voltage. As another example, the battery life predicting device may store the reception date of the cell voltage together.
배터리수명예측장치는 각 셀의 전압의 변화 상태를 기초로 각 셀을 미리 정의된 복수 개의 그룹 중 어느 하나의 그룹에 할당한다(S420). 복수의 그룹은 셀의 열화 원인에 따라 다양하게 정의될 수 있다. 예를 들어, 복수의 그룹은 리튬이온의 감소(도 6)의 그룹, 애노드 활물질 손실(도 7,8)의 그룹, 캐소드 활물질 손실(도 9,10)의 그룹일 수 있다. 각 그룹별로 셀 전압의 변화 상태가 서로 상이하다. 따라서 배터리수명예측장치는 BMS로부터 수신한 배터리 셀의 전압 변화 상태를 기초로 셀을 세 그룹 중 어느 하나의 그룹에 할당할 수 있다. The battery life predicting device allocates each cell to any one of a plurality of predefined groups based on the change state of the voltage of each cell (S420). The plurality of groups may be variously defined depending on the cause of deterioration of the cell. For example, the plurality of groups may be a group of the reduction of lithium ions (Fig. 6), a group of anode active material losses (Figs. 7 and 8), and a group of cathode active material losses (Figs. 9 and 10). The change states of the cell voltages of the respective groups are different from each other. Therefore, the battery life predicting device can assign the cell to any one of the three groups based on the voltage change state of the battery cell received from the BMS.
도 5 내지 도 10에서 다시 살펴보겠지만, 리튬이온의 감소 그룹(도 6)에서 셀 전압은 최소값 부위가 도 5의 기준 그래프와 비교하여 변화되고, 애노드 활물질 손실 그룹(도 7, 8)은 충전시에는 셀 전압의 최대값 부위가 변화하고 방전시에는 셀 전압의 최소값 부위가 변화한다. 또한 캐소드 활물질 손실 그룹(도 9, 10)은 방전시 셀 전압의 최대값 부위가 변화하고 충전시에는 셀 전압의 최소값 부위가 변화한다. 이 외에도 실시 예에 따라 배터리 열화 원인을 기준으로 그룹의 종류나 개수는 다양하게 변형 가능하다.5 to 10, the cell voltage in the lithium ion reduction group (FIG. 6) is changed in comparison with the reference graph in FIG. 5, and the anode active material loss group (FIGS. 7 and 8) The maximum value portion of the cell voltage changes and the minimum value portion of the cell voltage changes at the time of discharging. In the cathode active material loss group (FIGS. 9 and 10), the maximum value portion of the cell voltage changes during discharging and the minimum value portion of the cell voltage changes during charging. In addition, the type and the number of the groups can be variously modified based on the cause of the battery deterioration according to the embodiment.
배터리수명예측장치는 각 그룹별로 각 셀의 충전상태(SOC)의 변화범위와 사용기간 사이의 관계를 파악한다(S430). 예를 들어, 배터리는 도 5 내지 도 10와 같이 사용기간이 증가함에 따라 셀의 충전상태(SOC)가 초기 0%~100% 변화범위에서 점점 더 줄어듦을 알 수 있다. 배터리수명예측장치는 셀의 충전상태(SOC)의 변화범위와 일자정보를 맵핑하여 누적 저장하여 관리함으로써 각 그룹별로 각 셀의 충전상태의 변화범위가 기 설정된 기준범위가 될 때까지 소요된 기간(즉, 사용기간)을 파악할 수 있다. The battery life predicting device grasps the relationship between the range of change of the state of charge (SOC) of each cell and the use period for each group (S430). For example, as shown in FIGS. 5 to 10, it can be seen that as the use period increases, the state of charge (SOC) of the cell gradually decreases in the initial 0% to 100% change range. The battery life predicting device maps the change range of the state of charge (SOC) of the cell and the date information, accumulates and manages them, and thereby, the period of time required until the change range of the charge state of each cell becomes a predetermined reference range That is, the period of use).
배터리수명예측장치는 각 그룹별로 셀의 충전상태의 변화범위가 기 설정된 기준범위가 될 때까지 걸린 사용기간을 평균한 값으로 초기 예측수명을 갱신한다(S440). 예를 들어, 기준범위가 80이라고 가정하면, 배터리수명예측장치는 각 그룹별로 각 셀의 충전상태의 변화범위가 80이 될 때까지의 사용기간을 파악하여 평균한다. 충전상태의 변화범위가 80이 될 때까지 제1 배터리의 사용기간이 9.6년이고, 제2 배터리의 사용기간이 8.6년이라면, 그 평균인 9.1년((9.6+8.6)/2)이 새로운 초기 예측수명이 된다. 각 그룹별 사용기간을 평균하여 초기 예측수명을 갱신하는 방법과 관련하여 도 11에서 다시 살펴보도록 한다.In step S440, the battery life predicting unit updates the initial predicted lifetime to a value obtained by averaging the usage period until the variation range of the charged state of the cell becomes a predetermined reference range for each group. For example, assuming that the reference range is 80, the battery life predicting device averages the use period until the change range of the charge state of each cell is 80 for each group. If the duration of use of the first battery is 9.6 years and the duration of use of the second battery is 8.6 years, the average of 9.1 years ((9.6 + 8.6) / 2) Life expectancy. A method for updating the initial predicted life span by averaging the usage period of each group will be described again with reference to FIG.
배터리수명예측장치가 배터리의 각 셀의 전압 등을 포함한 각종 정보를 계속하여 누적 저장하면서 각 그룹별 충전상태의 변화범위가 기 설정된 기준범위가 될 때까지의 사용기간을 평균하므로, 누적 저장한 셀 정보가 많아질수록 배터리에 대한 초기 예측수명이 더 정확해질 수 있다. Since the battery life predicting device continuously accumulates various information including the voltage of each cell of the battery and averages the usage period until the change range of the charge state of each group becomes the preset reference range, The more information available, the more accurate the initial predicted life of the battery.
예를 들어, 제1 배터리에 대해 최초 제조사가 제공한 초기 예측수명이 10년인 경우에, 배터리수명예측장치는 제1 배터리에 대한 초기 예측수명으로 10년을 초기 설정한다. 이후 제1 배터리의 충전상태(SOC)의 변화범위가 기 설정된 기준범위인 80이 될 때까지 소요된 기간이 9.6년으로 파악되면, 배터리수명예측장치는 초기 예측 수명을 10년에서 9.6년으로 변경한다. 그 이후 동일 종류의 제2 배터리에 대한 정보가 누적 저장되어 사용기간을 파악한 결과 8.6년이라면, 배터리수명예측장치는 제1 배터리의 9.6년과 제2 배터리의 8.6년을 평균한 9.1년으로 해당 종류의 배터리의 초기 예측수명을 갱신한다.For example, if the initial predicted life time provided by the first manufacturer for the first battery is 10 years, the battery life predicting device initializes 10 years with the initial predicted life time for the first battery. If the period of time required for the change range of the state of charge (SOC) of the first battery to reach the predetermined reference range of 80 is 9.6 years, the battery life predicting device changes the initial predicted life from 10 years to 9.6 years do. If the information on the second battery of the same type is cumulatively accumulated and the usage period is determined to be 8.6 years, the battery life predicting device calculates the average of 9.6 years of the first battery and 8.6 years of the second battery, Lt; RTI ID = 0.0 > of the battery < / RTI >
배터리수명예측장치는 초기 예측수명을 이용하여 배터리의 잔여 수명을 예측할 수 있다(S450). 본 실시 예는 설명의 편의를 위해 잔여 수명의 예측(S450)이 초기 예측수명 갱신(S440) 이후에 수행되는 것으로 도시하고 있으나, 잔여 수명의 예측(S450)은 초기 예측수명 설정(S400) 이후 아무 때나 가능하다.The battery life predicting device can predict the remaining life of the battery using the initial predicted life time (S450). Although the present embodiment shows that the prediction of the remaining life (S450) is performed after the initial predicted life duration update (S440), the prediction of the remaining life (S450) It is possible at times.
예를 들어, 충전상태의 변화범위가 기 설정된 기준범위인 80이 될 때까지를 배터리 수명이고, 초기 예측수명이 10년이고 이라고 가정하면, 충전상태의 변화범위가 '1' 감소할 때마다 배터리의 잔여 수명은 182.5(10년*365일 / 20)일씩 감소한다고 예측한다. 따라서 배터리 충전상태의 변화범위가 '3' 감소했다면, 배터리수명예측장치는 해당 배터리의 잔여 수명으로 대략 8.5년(10년 - 0.5년 *3)을 예측한다. 다른 예로, 초기 예측수명이 9.1년으로 갱신되었다면, 배터리수명예측장치는 충전상태의 변화범위가 '1' 감소할 때마다 대략 166(9.1년*365일 / 20)일씨 감소한다고 예측한다.For example, assuming that the range of change in the state of charge is 80, which is a predetermined reference range, and the initial predicted life is 10 years, every time the change range of the state of charge is decreased by 1, (10 years * 365 days / 20) days. Therefore, if the change range of the battery charge state is reduced by 3, the battery life predicting device predicts the remaining battery life of about 8.5 years (10 years - 0.5 years * 3). As another example, if the initial predicted life is updated to 9.1 years, the battery life predicting device predicts that the change range of the charge state is reduced by about 166 (9.1 years * 365 days / 20) every 1 time decrease.
도 5 내지 도 10은 리튬이온 배터리의 열화 원인에 따른 셀 전압 등을 도시한 그래프이다. 본 실시 예는 리튬이온 배터리에 대한 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 종류의 배터리의 열화 원인별로 셀 전압 등의 그래프를 파악할 수 있으며 이 경우 그래프의 모양은 도 5 내지 도 10과 달라질 수 있다.FIGS. 5 to 10 are graphs showing cell voltages and the like according to deterioration causes of a lithium ion battery. Although the present embodiment shows a lithium ion battery, it is not limited thereto. It is possible to grasp the graph of the cell voltage and the like depending on the deterioration cause of the other kinds of batteries. In this case, the shape of the graph may be different from that of FIG. 5 to FIG.
도 5는 배터리 초기 상태의 셀의 전압 등을 도시한 기준 그래프이다. 5 is a reference graph showing the voltage of the cell in the initial state of the battery.
도 5를 참조하면, 배터리 초기 상태에서 셀의 충전상태(SOC)는 0%에서 100%의 변화범위를 가진다. 셀 전압(500)은 충전상태(SOC) 0%에서 최소값을 가지고, 충전상태(SOC) 100%에서 최대값을 가진다. 또한, PE 전압(510) 및 NE 전압(520)에 대한 변화 형태도 함께 정의되어 있다.Referring to FIG. 5, the state of charge (SOC) of the cell in the initial state of the battery has a variation range of 0% to 100%. The
도 6은 배터리의 리튬이온 상실의 경우에 나타나는 셀 전압 등을 도시한 그래프이다. 도 6의 그래프는 충전시 또는 방전시에 모두 동일하게 나타난다. FIG. 6 is a graph showing the cell voltage and the like in the case of the lithium ion loss of the battery. The graph of FIG. 6 is the same at charging or discharging.
도 6을 참조하면, 셀에 리튬 이온의 총량이 대략 30% 감소했을 때의 그래프이다. 도 5의 기준 그래프와 비교하면 셀 전압(600)의 최소값 부위가 오른쪽에서 왼쪽으로 이동하였음을 알 수 있다. PE 전압(610)은 큰 변화가 없으나, NE 전압(620)은 기준 NE 전압(520)과 비교하여 왼쪽으로 이동하였다. 셀 전압(600)의 최소값은 충전상태(SOC) 0%보다 더 큰 값에 위치한다. 셀의 열화에 따라 충전상태(SOC) 변화범위가 30%~100% 사이로 변화하므로 기준 그래프 대비 용량이 대략 30% 정도 감소하였다. 이는 충방전 역할을 해야 할 리튬이온이 30% 상실됨에 따라 SEI(solvent co-intercalcation), Li플레이팅 현상이 나타나기 때문이다.Referring to FIG. 6, there is shown a graph when the total amount of lithium ions in the cell is reduced by about 30%. Compared with the reference graph of FIG. 5, it can be seen that the minimum value portion of the
도 7 및 도 8은 배터리의 애노드 활물질 손실의 경우에 나타나는 셀 전압 등을 도시한 그래프이다. 도 7은 충전시 그래프이고 도 8은 방전시 그래프이다.FIG. 7 and FIG. 8 are graphs showing cell voltages and the like that appear in the case of the anode active material loss of the battery. FIG. 7 is a graph at charging and FIG. 8 is a graph at discharge.
도 7을 참조하면, 애노드 활물질이 대략 30% 감소했을 때 충전 그래프의 셀 전압(700)은 최소값 부위가 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하였음을 알 수 있다. 즉, 충전시 셀 전압(700)의 최소값은 충전상태(SOC) 0%에 위치하는 것이 아니라 애노드 활물질이 감소함에 따라 그래프의 왼쪽으로 이동한다. PE 전압(710)은 큰 변화는 없으나, NE 전압(720)은 기준 그래프와 비교하여 오른쪽으로 이동하였다. 충전상태(SOC)의 변화범위의 오른쪽이 줄어듦에 따라 용량이 30% 정도 감소한다. 이는 애노드 활물질이 상실되어 활물질 입자 균열, 전기적 절연/접촉 상실, 저항막 형성 등이 나타나기 때문이다.Referring to FIG. 7, when the anode active material is reduced by about 30%, it can be seen that the
도 8을 참조하면, 애노드 활물질이 대략 30% 감소했을 때의 방전 그래프의 셀 전압(800)은 최대값이 기준 셀 전압에 비해 약간 낮아진다. 또한 셀 전압의 최대값이 충전상태(SOC) 100%에 위치하는 것이 아니라 애노드 활물질이 감소함에 따라 그래프의 오른쪽으로 이동한다. PE 전압(810)은 별다른 변화가 없으나, NE 전압(820)은 기준 NE 전압(520)과 비교하여 오른쪽으로 이동한다. 충전상태(SOC)의 최대 위치가 오른쪽으로 이동함에 따라 충전상태(SOC)의 변화범위는 0~88% 정도로 기준 그래프 대비 용량이 12% 정도 감소한다. 이는 도 7과 같이 애노드 활물질이 상실되어 활물질 입자 균열, 전기적 절연/접촉 상실, 저항막 형성 등이 나타나기 때문이다.Referring to FIG. 8, the maximum value of the cell voltage 800 of the discharge graph when the anode active material is reduced by about 30% is slightly lower than the reference cell voltage. Also, the maximum value of the cell voltage is not located at 100% of the state of charge (SOC) but moves to the right of the graph as the anode active material decreases. The
도 9 및 도 10은 배터리의 캐소드 활물질 손실의 경우에 나타나는 셀 전압 등을 도시한 그래프이다. 도 9는 방전시 그래프이고 도 10은 충전시 그래프이다.FIG. 9 and FIG. 10 are graphs showing cell voltages and the like in the case of the cathode active material loss of the battery. Figure 9 is a graph at discharge and Figure 10 is graph at charge.
도 9를 참조하면, 캐소드 활물질이 대략 30% 감소했을 때 방전 그래프의 셀 전압(900)은 최대값 부위가 왼쪽에서 오른쪽으로 이동함을 알 수 있다. 방전시 셀 전압(900)의 최대값이 충전상태(SOC)의 100%에 위치하는 것이 아니라 그 보다 낮은 충전상태(SOC)인 대략 70%에 위치한다. 따라서 충전상태(SOC)의 변화범위가 0~70% 사이로 용량이 30% 정도 감소한다. NE 전압(920)은 별다른 변화가 없으나, PE 전압(910)의 최대값 부위가 왼쪽에서 오른쪽으로 이동한다. Referring to FIG. 9, when the cathode active material is reduced by about 30%, it can be seen that the
도 10을 참조하면, 캐소드 활물질이 대략 30% 감소했을 때 충전 그래프의 셀 전압(1000)은 최소값 부위가 오른쪽에서 왼쪽으로 이동함을 알 수 있다. 충전시 셀 전압(1000)의 최소값은 충전상태(SOC) 0%에 위치하는 것이 아니라 그 보다 높은 충전상태(SOC)인 대략 24%에 위치한다. 충전상태(SOC)의 변화범위가 24~100%이므로, 용량이 대략 24% 정도 감소한다. NE 전압(1020)은 별다는 변화가 없으나, PE 전압(1010)의 최소값 부위가 오른쪽에서 왼쪽으로 이동한다. Referring to FIG. 10, when the cathode active material is reduced by about 30%, it can be seen that the
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 각 그룹별 평균사용기간을 기초로 배터리 수명을 예측하는 방법의 일 예를 도시한 도면이다.11 is a diagram illustrating an example of a method for predicting battery life based on an average usage period of each group according to an embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 배터리의 열화 원인에 따라 미리 복수 개의 그룹(1100,1102,1104)이 정의되어 있다. 예를 들어, 도 6 내지 도 10과 같이 리튬이온 상실, 애노드 활물질 손실, 캐소드 활물질 손실 등의 세 개의 그룹으로 정의할 수 있다.Referring to FIG. 11, a plurality of
배터리수명예측장치는 각 그룹별로 셀의 평균사용기간(1110,1112,1114)을 산출한다. 배터리수명예측장치는 이전에 누적 저장된 셀에 대한 정보와 현재 새롭게 수신한 셀에 대한 정보를 함께 고려하여 각 그룹별 평균사용기간(1100,1102,1104)을 산출할 수 있다. 실시 예에 따라 이전 누적 저장된 셀에 대한 정보가 매우 많다면 최근 일자 순으로 일정 기간 내(예를 들어, 최근 5년)의 정보만을 이용하거나 일정 개수(예를 들어, 10만 건)의 정보만을 이용하여 평균사용기간을 산출할 수 있다.The battery life predicting device calculates the
배터리수명예측장치는 각 그룹별 평균사용기간(1110,1112,1114)을 다시 평균한 값(1120)을 산출한다. 예를 들어, 동일 종류의 배터리의 셀 중 A 개는 제1 그룹에 속하고, B 개는 제2 그룹에 속하고, C 개는 제N 그룹에 속할 수 있다. 배터리수명예측장치는 각 그룹별 평균사용기간(1110,1112,1114)을 평균할 때 전체 셀 개수 대비 각 그룹에 속한 셀 개수를 고려한 가중 평균을 해당 배터리의 평균사용기간(1120)으로 산출할 수 있다.The battery life predicting device calculates a
배터리수명예측장치는 미리 정의된 충전상태(SOC) 기준범위(1130)를 평균사용기간(1120)으로 나누어 충전상태(SOC) 1% 감소에 따른 배터리 잔여 수명을 예측할 수 있다. 예를 들어, 충전상태(SOC) 기준범위가 80%이고, 평균사용기간이 9.1이면, 배터리수명예측장치는 충전상태가 '1' 감소할 때마다 대략 166(9.1년*365일 / 20)일씨 감소한다고 예측한다. The battery life predicting device can estimate the remaining battery life according to the 1% reduction in the state of charge (SOC) by dividing the predefined state of charge (SOC)
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 열화 원인의 그룹과 배터리 사용환경의 상관관계를 분석하는 방법의 예를 도시한 도면이다.12 is a diagram illustrating an example of a method of analyzing a correlation between a group of causes of battery deterioration and a battery use environment according to an embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 배터리 열화 원인에 따라 복수의 그룹(1200,1202,1204)이 정의될 수 있다. 배터리수명예측장치는 BMS로부터 충방전량(1210), 충방전속도(1212), 내외부온도91214) 등 BMS의 사용환경에 대한 정보를 수신할 수 있다. 본 실시 예에 도시된 사용환경에 대한 정보는 일 예일 뿐이며, 도 12에 도시된 정보의 일부를 배제하거나 다른 정보를 더 포함할 수 있는 등 실시 예에 따라 다양하게 변형 가능하다.Referring to FIG. 12, a plurality of
배터리수명예측장치는 각 그룹(1200,1202,1204)과 셀의 사용환경에 대한 정보(1210,1212,1214)를 기초로 둘 사이의 상관관계를 분석(1220)한다. 종래 상관관계를 분석하는 다양한 방법이 본 실시 예에 적용될 수 있다. 예를 들어, 상관관계의 분석 결과 제1 그룹(1200)의 열화 원인은 충전속도(1212)와 상관관계를 가지고, 제2 그룹(1202)의 열화 원인은 충전량(예를 들어, 과충전)(1210)과 상관관계를 가지는 것으로 파악될 수 있다. 이때, 배터리수명예측장치는 현재 사용중인 배터리의 셀 전압의 변화형태를 기초로 해당 배터리를 제1 그룹(1200)으로 분류하였다면, 해당 배터리의 BMS(1230)를 통해 충전속도를 제어하여 배터리의 열화 속도를 낮추어 배터리 수명을 연장할 수 있다.The battery life predicting device analyzes (1220) the correlation between the two groups based on the information (1210, 1212, 1214) about the usage environment of each group (1200, 1202, 1204) and the cell. Various methods for analyzing the conventional correlation can be applied to this embodiment. For example, as a result of the correlation analysis, the cause of deterioration of the
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리수명예측장치의 구성의 일 예를 도시한 도면이다.13 is a diagram illustrating an example of a configuration of a battery life predicting apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 13을 참조하면, 배터리수명예측장치(310)는 설정부(1300), 저장부(1310), 그룹분류부(1320), 예측분석부(1330), 상관분석부(1340), 제어부(1350), 정보제공부(1360)를 포함한다.13, the battery
설정부(1300)는 배터리의 초기 예측수명을 설정하고 갱신한다. 예를 들어, 설정부(1300)는 새로운 종류의 배터리인 경우에 사용자로부터 신규 배터리의 초기 예측수명을 입력받아 등록한다. 이후 설정부(1300)는 도 4에서 살핀 방법 등을 통해 초기 예측수명을 자동 갱신한다.The
저장부(1310)는 적어도 하나 이상의 BMS로부터 배터리에 속한 적어도 하나의 셀에 대한 충전 또는 방전시의 셀 전압 등을 수신하여 누적 저장한다. 저장부(1310)는 셀 전압 외에 충방전량의 충전상태(SOC), 충전속도, 셀의 내외부 온도 등의 정보를 BMS로부터 수신하여 누적 저장할 수 있다. The
그룹분류부(1320)는 셀의 열화 원인을 기준으로 분류한 각 그룹별로 서로 상이한 변화 형태를 나타내는 셀전압을 기초로, 셀을 어느 하나의 그룹에 할당한다. 예를 들어, 그룹분류부(1320)는 셀 전압의 최대값 부위 또는 최소값 부위의 변화 형태를 기초로 셀을 복수의 그룹 중 어느 하나의 그룹으로 분류할 수 있다.The
예측분석부(1330)는 각 그룹별로 셀의 충전상태(SOC)의 변화범위와 사용기간 사이의 관계를 파악하고, 각 그룹별로 셀의 충전상태의 변화범위가 기 설정된 기준범위가 될 때의 사용기간을 평균한 값을 산출한다. 설정부(1300)는 예측분석부(1330)가 산출한 평균 값으로 초기 예측수명을 갱신한다. The
상관분석부(1340)는 각 그룹과 셀의 사용환경(충방전량, 충전속도, 온도 등)의 상관관계를 분석하여 각 그룹의 열화 원인과 관련된 사용환경을 파악한다. 상관분석의 방법은 도 12에 도시되어 있다.The
제어부(1350)는 현재 사용중인 배터리가 속한 그룹의 열화 원인에 관련된 사용환경을 제어하여 해당 배터리의 수명을 연장할 수 있도록 한다. 예를 들어, 도 12를 참조하면, 배터리가 제1 그룹(1200)에 속하고, 제1 그룹(1200)의 열화 원인에 충전속도(1212)가 상관관계를 가지면, 제어부(1350)는 해당 배터리의 BMS에게 충전속도의 제어를 명령할 수 있다.The
정보제공부(1360)는 배터리가 속한 그룹을 사용자에게 알려주어 배터리의 열화 원인이 무엇인지 파악할 수 있도록 한다. 또한 상관분석부(1340)에 의해 상관관계가 분석되었다면, 정보제공부(1360)는 배터리가 속한 그룹의 열화 원인에 영향을 미치는 사용환경을 사용자에게 알려줄 수 있다.The
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The present invention can also be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like. The computer-readable recording medium may also be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
Claims (9)
상기 배터리에 속한 적어도 하나의 셀에 대한 충전 또는 방전시의 셀 전압을 수신하여 누 저장하는 단계;
리튬이온의 감소, 애노드 활물질 감소 또는 캐소드 활물질 감소를 포함하는 셀의 열화 원인을 기준으로 정의된 복수의 그룹에서 나타나는 셀 전압의 변화 형태를 기초로, 셀을 어느 하나의 그룹에 할당하는 단계;
셀이 속한 그룹이 나타내는 충전상태(SOC)의 변화범위와 사용기간 사이의 관계를 기초로 셀의 충전상태의 변화범위가 기 설정된 기준범위가 될 때까지 걸린 사용시간을 파악하는 단계; 및
복수의 셀에 대해 각 그룹별로 파악된 상기 사용기간을 평균한 값으로 상기 초기 예측수명을 갱신하는 단계;를 포함하고,
상기 충전상태의 변화범위가 상기 기준범위가 될 때까지를 배터리 수명이라고 하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 방법.Setting an initial expected lifetime of the battery;
Receiving and storing a cell voltage during charging or discharging of at least one cell belonging to the battery;
Allocating cells to any one group based on a change in the cell voltage appearing in a plurality of groups defined on the basis of a deterioration cause of the cell including reduction in lithium ion, decrease in anode active material, or decrease in cathode active material;
Determining a use time until the change range of the charged state of the cell becomes the preset reference range based on the relationship between the change range of the state of charge (SOC) indicated by the group to which the cell belongs and the use period; And
And updating the initial predicted lifetime to a value obtained by averaging the usage periods of the plurality of cells for each group,
Wherein the battery life span is defined as the battery life span until the change range of the charge state becomes the reference range.
상기 초기 예측수명과 상기 기준범위의 비를 기초로 배터리의 충전상태의 변화범위에 따른 잔여수명을 예측하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 방법.The method according to claim 1,
And predicting a remaining lifetime in accordance with a variation range of the charged state of the battery based on the ratio of the initial predicted lifetime to the reference range.
셀 전압의 최대값 부위 또는 최소값 부위의 변화 형태를 기준으로 리튬이온 감소의 제1 그룹, 애노드 활물질 감소의 제2 그룹, 캐소드 활물질 감소의 제3 그룹 중 어느 하나에 셀을 할당하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 방법.2. The method of claim 1,
Allocating a cell to any one of a first group of lithium ion reduction, a second group of anode active material reduction, and a third group of cathode active material reduction based on a change form of a maximum value portion or a minimum value portion of the cell voltage And estimating the battery life.
셀이 속한 그룹별로 미리 정의된 열화 원인을 사용자에게 알려주는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 방법.The method of claim 3,
And notifying a user of a deterioration cause predefined for each group to which the cell belongs.
배터리의 충방전량, 충방전속도 또는 온도와 상기 각 그룹 사이의 상관관계를 분석하는 단계; 및
상기 상관관계에 따라 상기 충방전량, 충방전속도 또는 온도를 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측 방법.The method according to claim 1,
Analyzing a charge-discharge rate, a charge-discharge rate, or a temperature of the battery and a correlation between the respective groups; And
And controlling the charge discharge amount, the charge / discharge speed or the temperature according to the correlation.
상기 배터리에 속한 적어도 하나의 셀에 대한 충전 또는 방전시의 셀전압을 수신하여 누적 저장하는 저장부;
리튬이온의 감소, 애노드 활물질 감소 또는 캐소드 활물질 감소를 포함하는 셀의 열화 원인을 기준으로 정의된 복수의 그룹에서 나타나는 셀 전압의 변화 형태를 기초로, 셀을 어느 하나의 그룹에 할당하는 그룹분류부; 및
셀이 속한 그룹이 나타내는 충전상태(SOC)의 변화범위와 사용기간 사이의 관계를 기초로 셀의 충전상태의 변화범위가 기 설정된 기준범위가 될 때까지 걸린 사용기간을 파악하는 예측분석부;를 포함하고,
상기 설정부는, 복수의 셀에 대해 각 그룹별로 파악된 상기 사용기간을 평균한 값으로 상기 초기 예측수명을 갱신하고,
상기 충전상태의 변화범위가 상기 기준범위가 될 때까지를 배터리 수명이라고 하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측장치.A setting unit for setting an initial predicted life span of the battery;
A storage unit for receiving and accumulating a cell voltage during charging or discharging of at least one cell belonging to the battery;
A group classification unit for assigning cells to any one group based on a change form of a cell voltage appearing in a plurality of groups defined on the basis of a cause of deterioration of a cell including reduction in lithium ion, decrease in anode active material, ; And
A prediction analyzing unit that grasps the usage period until the change range of the charged state of the cell becomes the predetermined reference range based on the relationship between the change range of the state of charge (SOC) indicated by the group to which the cell belongs and the use period Including,
Wherein the setting unit renews the initial predicted life span by a value obtained by averaging the use period per group for a plurality of cells,
Wherein the battery life predicting means is referred to as a battery life time until the change range of the charged state becomes the reference range.
배터리의 충방전량, 충방전속도 또는 온도와 상기 각 그룹 사이의 상관관계를 분석하는 상관분석부; 및
상기 상관관계에 따라 상기 충방전량, 충방전속도 또는 온도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측장치.The method according to claim 6,
A correlation analyzer for analyzing the charge / discharge rate or temperature of the battery and the correlation between the groups; And
And controlling the charge / discharge amount, charge / discharge speed, or temperature according to the correlation.
셀이 속한 그룹에 따른 열화 원인을 사용자에게 알려주는 제공부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명 예측장치.The method according to claim 6,
And notifying the user of the deterioration cause according to the group to which the cell belongs.
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