KR102016715B1 - Method, apparatus and computer program for estimating state of battery charge - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 상태를 추정하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전류적산법(Ampere-hour Counting Method) 및 칼만 필터(Kalman Filter)를 결합(하이브리드형 칼만 필터 방법)하여 배터리 상태 추정의 정확성을 향상시킬 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 배터리 등가회로를 구성하는 단계; 상기 배터리의 SOC 및 상기 배터리 등가회로의 분극용량을 상태 변수로 포함하는 시스템 방정식을 산출하는 단계; 상기 배터리의 SOC 관측값을 출력 변수로 포함하는 측정 방정식을 산출하는 단계; 및 상기 측정 전압, 측정 전류, 시스템 방정식 및 측정 방정식을 칼만 필터(Kalman Filter) 알고리즘에 적용하여 기 설정된 주기로 배터리의 SOC를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 방법을 개시한다.
The present invention relates to a method and apparatus for estimating a battery state, and more specifically, to the accuracy of battery state estimation by combining an ampere-hour counting method and a Kalman filter (hybrid type Kalman filter method). It relates to a method and apparatus that can improve the.
The present invention comprises the steps of constructing a battery equivalent circuit; Calculating a system equation including the SOC of the battery and the polarization capacity of the battery equivalent circuit as state variables; Calculating a measurement equation including an SOC observation value of the battery as an output variable; And estimating the SOC of the battery at a predetermined period by applying the measured voltage, the measured current, the system equation, and the measured equation to a Kalman Filter algorithm.

Figure 112016114762608-pat00049
Figure 112016114762608-pat00049

Description

배터리 상태 추정 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 컴퓨터 프로그램{METHOD, APPARATUS AND COMPUTER PROGRAM FOR ESTIMATING STATE OF BATTERY CHARGE} Battery status estimation method, apparatus and computer program performing the method {METHOD, APPARATUS AND COMPUTER PROGRAM FOR ESTIMATING STATE OF BATTERY CHARGE}

본 발명은 배터리 상태를 추정하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전류적산법(Ampere-hour Counting Method) 및 칼만 필터(Kalman Filter)를 결합(하이브리드형 칼만 필터 방법)하여 배터리 상태 추정의 정확성을 향상시킬 수 있는 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.The present invention relates to a method for estimating a battery state, and more particularly, by combining an ampere-hour counting method and a Kalman filter (hybrid type Kalman filter method) to improve the accuracy of battery state estimation. The present invention relates to a method that can be used, an apparatus for performing the method, and a computer program.

근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In recent years, as the demand for portable electronic products such as laptops, video cameras, portable telephones, etc. is rapidly increased, and development of energy storage batteries, robots, satellites, etc. is in earnest, high-performance secondary batteries capable of repeating charging and discharging are possible. Research is actively being conducted.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.Commercially available secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, and thus are free of charge and discharge. The self-discharge rate is very low and the energy density is high.

배터리는 전력을 이용해 구동되는 각종 전자기기, 특히 노트북이나 자동차와 같은 이동성 장치에 사용되는 것으로, 사용 시간에 한계가 있기 때문에 배터리의 SOC에 대한 정확한 정보를 파악하는 것이 중요하다. 이러한 SOC는 배터리가 어느 정도의 시간만큼 사용 가능한지 가늠하는 척도가 되므로 사용자가 해당 장치를 사용하는데 있어서 매우 중요한 정보이다. 때문에 노트북이나 휴대폰, 자동차 등의 일반적인 배터리 장착 장치들은 배터리의 SOC를 추정하고 그로부터 배터리의 사용 가능 시간이나 사용 가능량 등의 정보를 파악하여 사용자에게 제공한다.Batteries are used in various electronic devices powered by electric power, especially mobile devices such as laptops and automobiles. Because of the limited use time, it is important to obtain accurate information about the SOC of the battery. This SOC is a measure of how much time a battery can be used, which is very important information for the user to use the device. As a result, general battery-mounted devices such as laptops, mobile phones, and automobiles estimate the SOC of the battery and provide the user with information such as the available time or the amount of available battery.

배터리의 SOC는 배터리의 만충전 용량(FCC, Full Charge Capacity)에 대한 잔량을 백분율로 표시하는 형태가 일반적이다. 배터리의 SOC를 추정하는 방법으로는 다양한 방식이 이용될 수 있는데, 대표적인 방식은 전류적산법을 이용하여 SOC를 추정하는 방식으로서 배터리의 입출력 전류를 적산하고 초기 용량에서 가감함으로써 SOC를 구하는 형태이다.The SOC of a battery is a form of displaying a percentage of the remaining charge of the battery (FCC, Full Charge Capacity). Various methods may be used for estimating the SOC of the battery. A representative method is a method of estimating the SOC by using a current integration method, in which the SOC is obtained by integrating the input / output current of the battery and adding or subtracting the initial capacity.

이러한 전류 적산 방식의 경우 배터리의 충방전 경로에 설치된 전류 센서를 통해 측정된 전류에 의해 SOC가 추정되기 때문에, 전류 센서의 정확한 센싱이 매우 중요하다고 할 수 있다. 하지만, 전류 센서의 경우 퇴화 등의 원인으로 인해 실제 전류와 전류 측정값에 차이가 있는 전류 오프셋(offset)이 발생하게 되고, 전류 오프셋의 누적으로 인하여 실제 SOC와 추정된 SOC 사이의 오차가 시간이 지날수록 점차 커지는 문제점이 있었다.In this current integration method, since the SOC is estimated by the current measured by the current sensor installed in the charge / discharge path of the battery, accurate sensing of the current sensor is very important. However, in the case of the current sensor, a current offset occurs that is different from the actual current and the current measured value due to degradation, and an error between the actual SOC and the estimated SOC may be delayed due to the accumulation of the current offset. There was a problem that gradually increases.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 전류적산법(Ampere-hour Counting Method) 및 칼만 필터(Kalman Filter)를 결합(하이브리드형 칼만 필터 방법)하여 배터리의 상태 추정의 정확성을 향상시킬 수 있는 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was devised to solve the above problems, by combining an ampere-hour counting method and a Kalman filter (hybrid type Kalman filter method) to improve the accuracy of battery state estimation. It is an object of the present invention to provide a method, an apparatus and a computer program for performing the method.

본 발명에 따른 배터리 상태 추정 방법은,Battery state estimation method according to the invention,

배터리 등가회로를 구성하는 단계; 상기 배터리의 SOC 및 상기 배터리 등가회로의 분극용량을 상태 변수로 포함하는 시스템 방정식을 산출하는 단계; 상기 배터리의 SOC 관측값을 출력 변수로 포함하는 측정 방정식을 산출하는 단계; 및 상기 배터리에 대한 측정 전류, 상기 시스템 방정식 및 측정 방정식을 칼만 필터(Kalman Filter) 알고리즘에 적용하여 기 설정된 주기로 배터리의 SOC를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.Configuring a battery equivalent circuit; Calculating a system equation including the SOC of the battery and the polarization capacity of the battery equivalent circuit as state variables; Calculating a measurement equation including an SOC observation value of the battery as an output variable; And applying the measured current, the system equation, and the measured equation for the battery to a Kalman Filter algorithm to estimate the SOC of the battery at a predetermined period.

여기서, 상기 시스템 방정식을 산출하는 단계는, 아래의 수학식 8을 산출할 수 있다.Here, in the calculating of the system equation, Equation 8 may be calculated.

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112016114762608-pat00001
Figure 112016114762608-pat00001

여기서, S(k+1)u c (k+1)은 각각 현 단계의 SOC 및 배터리의 분극용량, 즉 SOC 및 배터리의 분극용량의 예측값이고, S(k)u c (k)은 각각 이전 단계의 SOC 및 배터리 분극용량이고, I(k)는 배터리 전류이고, w 1 (k)w 2 (k)는 시스템의 잡음이고, R 1 , R 2 C는 각각 상기 배터리 등가회로의 내부저항, 분극저항 및 분극용량임.Where S (k + 1) and u c (k + 1) are the estimated values of the polarization capacities of the SOC and the battery, that is, the SOC and the battery, respectively, and S (k) and u c (k) are Respectively, the SOC and battery polarization capacity of the previous stage, I (k) is the battery current, w 1 (k) and w 2 (k) are the noise of the system, and R 1 , R 2 and C are the battery equivalent circuits respectively. Internal resistance, polarization resistance and polarization capacity.

또한, 상기 측정 방정식을 산출하는 단계는, 측정 전류에 대한 적류적산법을 적용할 수 있다.In the calculating of the measurement equation, a cumulative integration method for the measurement current may be applied.

나아가, 상기 측정 방정식을 산출하는 단계는, 상기 측정 전류에 전류 관측 잡음을 더 포함하여 적산할 수 있다.In addition, the calculating of the measurement equation may further include the current observation noise to the measurement current.

또한, 상기 측정 방정식을 산출하는 단계는, 아래의 수학식 11을 산출할 수 있다.In the calculating of the measurement equation, Equation 11 below may be calculated.

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112016114762608-pat00002
Figure 112016114762608-pat00002

여기서,

Figure 112016114762608-pat00003
는 측정 방정식, S(t 0 )는 SOC 초기값, Q n 은 배터리 공칭용량, H(k)는 전류 측정 잡음임.here,
Figure 112016114762608-pat00003
Is the measurement equation, S (t 0 ) is the initial SOC value, Q n is the nominal battery capacity, and H (k) is the current measurement noise.

본 발명에 따른 배터리 상태 추정 장치는,Battery state estimation apparatus according to the present invention,

배터리의 전압 및 전류를 측정하는 센서부; 및 측정된 전압 및 전류를 이용하여 배터리의 SOC를 추정하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 배터리 등가회로를 구성하고, 상기 배터리의 SOC 및 상기 배터리 등가회로의 분극용량을 상태 변수로 포함하는 시스템 방정식 및 상기 배터리의 SOC 관측값을 출력 변수로 포함하는 측정 방정식을 산출하여, 측정 전압, 측정 전류, 상기 시스템 방정식 및 측정 방정식을 칼만 필터(Kalman Filter) 알고리즘에 적용하여 기 설정된 주기로 배터리의 SOC를 추정할 수 있다.Sensor unit for measuring the voltage and current of the battery; And a controller for estimating the SOC of the battery using the measured voltage and current, wherein the controller comprises the battery equivalent circuit, and includes the polarization capacity of the battery SOC and the battery equivalent circuit as state variables. A measurement equation including a system equation and an SOC observation value of the battery as an output variable is calculated, and the measured voltage, measurement current, the system equation, and the measurement equation are applied to a Kalman Filter algorithm to set the SOC of the battery at predetermined intervals. Can be estimated.

본 발명의 실시예에 따르면, 전류적산법(Ampere-hour Counting Method) 및 칼만 필터(Kalman Filter)를 이용하여 배터리 상태 추정의 정확성을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, accuracy of battery state estimation may be improved by using an ampere-hour counting method and a Kalman filter.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 전류적산법에 의한 배터리 SOC 추정값과 실제값의 그래프를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 방법의 순서를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 등가 회로를 도시한 것이다.
도 4는 칼만 필터(Kalman Filter) 방법을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 장치의 구성을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 방법을 실험적으로 검증하기 위한 BMS(Battery Management System)를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 방법을 실험적으로 검증하기 위하여 사용된 S18650 배터리 팩을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 방법을 실험적으로 검증하기 위한 BMS를 구동하기 위한 UI(User Interface)를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 방법을 실험적으로 검증한 결과를 그래프로 도시한 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, included as part of the detailed description in order to provide a thorough understanding of the present invention, provide examples of the present invention and together with the description, describe the technical idea of the present invention.
1 shows a graph of battery SOC estimated value and actual value by current integration method.
2 is a flowchart illustrating a battery state estimation method according to the present invention.
3 shows a battery equivalent circuit according to the invention.
4 shows a Kalman Filter method.
5 illustrates a configuration of a battery state estimating apparatus according to the present invention.
6 illustrates a battery management system (BMS) for experimentally verifying a battery state estimation method according to the present invention.
7 illustrates an S18650 battery pack used to experimentally verify a battery state estimation method according to the present invention.
8 illustrates a user interface (UI) for driving a BMS for experimentally verifying a battery state estimation method according to the present invention.
9 is a graph illustrating experimentally verified results of a battery state estimation method according to the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.The following examples are provided to assist in a comprehensive understanding of the methods, devices, and / or systems described herein. However, this is only an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다. In describing the embodiments of the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or an operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification. The terminology used in the description is for the purpose of describing particular embodiments only and should not be limiting. Unless expressly used otherwise, the singular forms “a,” “an,” and “the” include plural forms of meaning. In this description, expressions such as "comprises" or "equipment" are intended to indicate certain features, numbers, steps, actions, elements, portions or combinations thereof, and one or more than those described. It should not be construed to exclude the presence or possibility of other features, numbers, steps, actions, elements, portions or combinations thereof.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In addition, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are used to distinguish one component from another component. Only used as

이하에서는, 전류적산법(Ampere-hour Counting Method) 및 칼만 필터(Kalman Filter)를 결합(하이브리드형 칼만 필터 방법)하여 배터리의 상태 추정의 정확성을 향상시킬 수 있는 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 컴퓨터 프로그램을 예시적인 실시 형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the battery state estimation method according to the present invention, which can improve the accuracy of battery state estimation by combining an ampere-hour counting method and a Kalman filter (hybrid-type Kalman filter method), DETAILED DESCRIPTION An apparatus and a computer program for carrying out a method will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 방법에 이용되는 전류적산법(Ampere-hour Counting)에 대하여 살펴본다.First, an ampere-hour counting method used in the battery state estimation method according to the present invention will be described.

전류적산법은 아래의 수학식 1과 같이 Peukert 방정식을 이용하여 실제 전류값을 표준 전류값(standard current)으로 변환하고 그 값을 적산하는 방법으로 SOC(State Of Charge)를 측정하는 방법이다.The current integration method is a method of measuring a state of charge (SOC) by converting an actual current value into a standard current value and integrating the value using a Peukert equation as shown in Equation 1 below.

[수학식 1] [Equation 1]

Figure 112016114762608-pat00004
Figure 112016114762608-pat00004

여기서, SOC0는 배터리 초기 충전상태이며, Qn은 배터리의 공칭용량이며, I는 시각(t)에 따른 실시간으로 배터리에 흐르는 전류이며,

Figure 112016114762608-pat00005
는 Peukert 방정식에 의해 계산 및 추론하는 전류 효율 인자인데, 일반적인 경우는 1로 설정한다.Where SOC 0 is the initial charge state of the battery, Q n is the nominal capacity of the battery, I is the current flowing in the battery in real time according to time (t),
Figure 112016114762608-pat00005
Is the current efficiency factor calculated and inferred by the Peukert equation, which is set to 1 in the general case.

전류적산법은 구현하기는 쉬우나 초기치 문제와 센서 노이즈로 인한 SOC 추정 오차 누적의 문제점이 있어 배터리가 완전히 충전되는 경우 등에 SOC를 리셋하는 등의 정기적인 교정이 요구되었다.The current integration method is easy to implement, but there is a problem of accumulating SOC estimation errors due to initial value and sensor noise. Therefore, regular calibration such as resetting the SOC is required when the battery is fully charged.

도 1은 전류적산법에 의한 배터리 SOC 추정값 및 실제값의 그래프로서, S18650 배터리 팩에 대하여 1C를 충전 및 방전하는 경우를 나타낸 것이다. 충전(도 1(a)) 또는 방전(도 1(b)) 시간이 지남에 따라 적류적산법에 의한 배터리 SOC 추정값과 실제값과의 오차가 점차 증가함을 확인할 수 있다.FIG. 1 is a graph of battery SOC estimated values and actual values by the current integration method, and illustrates a case of charging and discharging 1C with respect to an S18650 battery pack. It can be seen that as the charge (FIG. 1 (a)) or discharge (FIG. 1 (b)) time passes, the error between the battery SOC estimated value and the actual value by the cumulative integration method gradually increases.

도 2는 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 방법의 순서를 도시한 것이다.2 is a flowchart illustrating a battery state estimation method according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 방법은 배터리 등가회로 구성 단계(S110), 시스템 방정식 산출 단계(S120), 측정 방정식 산출 단계(S130), 배터리의 SOC 추정 단계(S140)를 포함할 수 있다.2, the battery state estimation method according to the present invention includes a battery equivalent circuit configuration step (S110), a system equation calculation step (S120), a measurement equation calculation step (S130), the SOC estimation step of the battery (S140). can do.

우선, S110 단계에서, 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리의 전기화학적 특성을 반영하여 등가회로로 모델링할 수 있다. E(t)는 개방 회로 전압(OCV: Open Circuit Voltage), I(t)는 전류, R1은 배터리의 내부저항, R2는 분극저항, C는 분극용량을 의미한다.First, in step S110, the battery state estimating apparatus 100 according to the present invention may be modeled as an equivalent circuit by reflecting the electrochemical characteristics of the battery. E (t) is the open circuit voltage (OCV: Open Circuit Voltage), I (t) is the current, R 1 is the internal resistance of the battery, R 2 is the polarization resistance, C refers to the polarization capacity.

배터리의 등가회로에 대하여 키르히호프 법칙 및 전류적산법을 적용하여 아래의 수학식 2 내지 수학식 5를 얻을 수 있다.The following equations (2) to (5) can be obtained by applying the Kirchhoff's law and the current integration method to the equivalent circuit of the battery.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112016114762608-pat00006
Figure 112016114762608-pat00006

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112016114762608-pat00007
Figure 112016114762608-pat00007

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112016114762608-pat00008
Figure 112016114762608-pat00008

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112016114762608-pat00009
Figure 112016114762608-pat00009

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

다음으로, S120 단계에서는 칼만 필터(Kalman Filter) 방법을 적용하기 위하여 시스템 방정식을 산출할 수 있다.Next, in step S120 it is possible to calculate a system equation to apply the Kalman Filter (Kalman Filter) method.

우선, 칼만 필터(Kalman Filter)에 대하여 살펴본다.First, the Kalman Filter will be described.

칼만 필터 방법은 1960년대초 Rudolf E. Kalman에 의하여 고안된 것으로, 대상 시스템의 확률적인 모델과 측정값을 이용하여 재귀적으로 잡음이 포함된 선형 상태변수를 찾아내는 최적 추정 기법이다. 칼만 필터는 컴퓨터 비전, 로봇 공학, 레이더 등의 여러 분야에 널리 사용되고 있다.The Kalman filter method was devised by Rudolf E. Kalman in the early 1960s and is an optimal estimation technique for recursively detecting noise-containing linear state variables using stochastic models and measurements of the target system. Kalman filters are widely used in many fields such as computer vision, robotics and radar.

칼만 필터의 알고리즘은 아래의 시스템 방정식(또는 시스템 모델)(수학식 6) 및 측정 방정식(또는 측정 모델)(수학식 7)을 이용한다.The algorithm of the Kalman filter uses the following system equation (or system model) (Equation 6) and measurement equation (or measurement model) (Equation 7).

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112016114762608-pat00010
Figure 112016114762608-pat00010

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112016114762608-pat00011
Figure 112016114762608-pat00011

도 4를 참조하면, 칼만 필터의 알고리즘은 크게 예측 과정과 업데이트 과정으로 구분될 수 있다. 예측 과정은 현재 상태의 예측을 의미하고, 업데이트는 현재 상태에서 관측된 측정까지 포함한 값을 통해서 더 정확한 예측을 하는 것을 의미한다. Referring to FIG. 4, an algorithm of the Kalman filter may be classified into a prediction process and an update process. The prediction process means the prediction of the current state, and the update means the more accurate prediction through the value including the observed measurement in the current state.

보다 구체적으로, 칼만 필터 알고리즘은 초기값 결정, 추정값 및 오차 공분산 예측, 추정값 계산, 오차 공분산 계산의 과정을 거치며 설정된 주기에 따라 반복 수행된다. 여기서,

Figure 112016114762608-pat00012
는 추정값,
Figure 112016114762608-pat00013
는 예측값,
Figure 112016114762608-pat00014
는 측정값,
Figure 112016114762608-pat00015
는 입력 변수,
Figure 112016114762608-pat00016
는 오차 공분산,
Figure 112016114762608-pat00017
는 이전 추정치 기반 상태 전이 행렬,
Figure 112016114762608-pat00018
는 입력 변수기반 상태 전이행렬,
Figure 112016114762608-pat00019
는 관측모델,
Figure 112016114762608-pat00020
는 칼만이득,
Figure 112016114762608-pat00021
는 시스템 모델의 오차 공분산,
Figure 112016114762608-pat00022
은 관측값의 오차 공분산을 의미한다.More specifically, the Kalman filter algorithm is repeatedly performed at predetermined intervals through the process of initial value determination, estimated value and error covariance prediction, estimated value calculation, and error covariance calculation. here,
Figure 112016114762608-pat00012
Is an estimate,
Figure 112016114762608-pat00013
Is the predicted value,
Figure 112016114762608-pat00014
Is the measure,
Figure 112016114762608-pat00015
Is an input variable,
Figure 112016114762608-pat00016
Is the error covariance,
Figure 112016114762608-pat00017
Is the state estimate matrix based on the previous estimate,
Figure 112016114762608-pat00018
Is an input variable-based state transition matrix,
Figure 112016114762608-pat00019
Is an observation model,
Figure 112016114762608-pat00020
Is full of swords,
Figure 112016114762608-pat00021
Is the error covariance of the system model,
Figure 112016114762608-pat00022
Is the error covariance of the observations.

초기값 결정 과정은, 처음에 입력될

Figure 112016114762608-pat00023
Figure 112016114762608-pat00024
가 가질 오차 공분산을 예측하여 입력해준다. 이 과정은 최초에 한번만 수행된다.The initial value determination process, initially
Figure 112016114762608-pat00023
Wow
Figure 112016114762608-pat00024
It estimates and inputs the error covariance that will have. This process is performed only once at the beginning.

추정값 및 오차 공분산의 예측 과정은, 추정값은 전체적인 시스템 방정식과 밀접하게 관련되어 있으며, 예측된 오차 공분산(

Figure 112016114762608-pat00025
)은 이전에 계산된 오차 공분산(
Figure 112016114762608-pat00026
), 이전 추정치 기반 상태 전이 행렬(
Figure 112016114762608-pat00027
) 그리고 오차 공분산(
Figure 112016114762608-pat00028
)를 이용하여 예측하며, 이렇게 획득된 오차 공분산(
Figure 112016114762608-pat00029
)를 이용하여 칼만 이득(
Figure 112016114762608-pat00030
)값을 계산할 수 있다.In the process of estimating estimates and error covariances, the estimates are closely related to the overall system equation, and the predicted error covariance (
Figure 112016114762608-pat00025
) Is the previously calculated error covariance (
Figure 112016114762608-pat00026
), Previous estimate based state transition matrix (
Figure 112016114762608-pat00027
) And error covariance (
Figure 112016114762608-pat00028
) And predicted error covariance (
Figure 112016114762608-pat00029
) To gain Kalman gain (
Figure 112016114762608-pat00030
) Value can be calculated.

추정값 계산 과정은, 현재 측정값(

Figure 112016114762608-pat00031
)과 예측값(
Figure 112016114762608-pat00032
)의 차이를 칼만 이득(
Figure 112016114762608-pat00033
)으로 곱해주고 거기에 예측값(
Figure 112016114762608-pat00034
)을 더해주어 최종 추정값(
Figure 112016114762608-pat00035
)을 계산한다.The process of calculating the estimates is based on the current measurements (
Figure 112016114762608-pat00031
) And the predicted value (
Figure 112016114762608-pat00032
Kalman gain () difference
Figure 112016114762608-pat00033
) And multiply it by the predicted value (
Figure 112016114762608-pat00034
) To add the final estimate (
Figure 112016114762608-pat00035
Calculate

오차 공분산 계산 과정에서, 오차 공분산은 추정값(

Figure 112016114762608-pat00036
)이 얼마나 정확한지를 보여주는 척도이며, 이 오차 공분산에 대한 기준값을 설정하여 최종 추정값(
Figure 112016114762608-pat00037
)을 사용할 것인지 버릴 것인지를 판단할 수 있다.In calculating the error covariance, the error covariance is estimated (
Figure 112016114762608-pat00036
Is a measure of how accurate) is, and by setting a reference value for this error covariance,
Figure 112016114762608-pat00037
) Can be used to decide whether or not to use

결론적으로, 칼만 필터는 시스템 방정식을 기초로 하여 다음 시점의 상태와 오차 공분산이 어떤 값이 될 것인지를 예측한 후, 측정값과 예측값의 차이를 보상하여 새로운 추정값을 계산하게 되고, 이 추정값이 칼만 필터의 최종 결과물이 되는 것이다.In conclusion, the Kalman filter predicts what the next state and error covariance will be based on the system equation, and then computes a new estimate by compensating for the difference between the measured and predicted values. The end result of the filter.

상기 전 단계(S110)에서 구성된 배터리 등가회로에 대한 시스템 방정식을 구하기 위하여 수학식 2 내지 수학식 5를 이용하면,

Figure 112016114762608-pat00038
,
Figure 112016114762608-pat00039
Figure 112016114762608-pat00040
를 얻을 수 있고, 최종적으로 시스템 방정식 및 측정 방정식은 각각 아래의 수학식 8 및 수학식 9와 같이 산출할 수 있다.Using Equation 2 to Equation 5 to obtain a system equation for the battery equivalent circuit configured in the previous step (S110),
Figure 112016114762608-pat00038
,
Figure 112016114762608-pat00039
And
Figure 112016114762608-pat00040
And finally, the system equation and the measurement equation can be calculated as shown in Equations 8 and 9, respectively.

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112016114762608-pat00041
Figure 112016114762608-pat00041

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112016114762608-pat00042
Figure 112016114762608-pat00042

여기서, S(k+1)u c (k+1)은 각각 현 단계의 SOC 및 배터리의 분극용량, 즉 SOC 및 배터리의 분극용량의 예측값이고, S(k)u c (k)은 각각 이전 단계의 SOC 및 배터리 분극용량이다. 또한, I(k)는 이전의 배터리 전류를 나타내고, w 1 (k)w 2 (k)는 시스템의 잡음, v(k)는 전압 측정 잡음이다.Where S (k + 1) and u c (k + 1) are the estimated values of the polarization capacities of the SOC and the battery, that is, the SOC and the battery, respectively, and S (k) and u c (k) are Each is the SOC and battery polarization capacity of the previous stage. In addition, I (k) represents the previous battery current, w 1 (k) and w 2 (k) are the noise of the system, and v (k) is the voltage measurement noise.

S130 단계에서는 칼만 필터 방법을 적용하기 위하여 측정 방정식을 산출할 수 있다. 종래의 배터리 SOC 추정 방법에서는 측정 방정식으로 수학식 9을 이용하였으나, 본 발명에서는 아래의 수학식 10을 이용한다.In operation S130, a measurement equation may be calculated to apply the Kalman filter method. In the conventional battery SOC estimation method, Equation 9 is used as a measurement equation, but the following Equation 10 is used in the present invention.

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112016114762608-pat00043
Figure 112016114762608-pat00043

여기서, S(k)는 SOC 관측값, S(t 0 )는 SOC 초기값, Q n 은 배터리 공칭용량이며, H(k)는 전류 측정 잡음을 의미한다.Here, S (k) is an SOC observation value, S (t 0 ) is an initial SOC value, Q n is a battery nominal capacity, and H (k) is current measurement noise.

상기, 수학식 10은 상기 수학식 2에 대응되는 측정 방정식으로서, 궁극적으로 아래의 측정 방정식(수학식 11)으로 변형될 수 있다.Equation 10 is a measurement equation corresponding to Equation 2, and may ultimately be transformed into the following measurement equation (Equation 11).

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112016114762608-pat00044
Figure 112016114762608-pat00044

측정 센서를 이용하여 샘플링 타임 간격으로 배터리의 전압 및 전류를 실시간으로 측정할 수 있고, 측정된 값을 수학식 10에 적용함으로써, 배터리의 SOC를 산출할 수 있다. 종래 전류적산법에서 측정 전류값에 전류 측정 잡음을 반영하여 추정의 정확성을 향상시킬 수 있다.The measurement sensor may measure the voltage and current of the battery at sampling time intervals in real time, and by applying the measured value to Equation 10, the SOC of the battery may be calculated. In the conventional current integration method, current measurement noise may be reflected in the measured current value to improve the accuracy of the estimation.

마지막으로, S140 단계에서는 배터리에 대한 측정 전류, 상기 시스템 방정식(수학식 8) 및 측정 방정식(수학식 11)을 칼만 필터 알고리즘(도 4 및 관련 설명 참조)에 적용하여 배터리의 SOC를 추정할 수 있다.Finally, in step S140, the SOC of the battery may be estimated by applying the measured current for the battery, the system equation (Equation 8) and the measurement equation (Equation 11) to the Kalman filter algorithm (see FIG. 4 and related description). have.

도 5는 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)의 구성을 도시한 것이다.5 illustrates a configuration of a battery state estimating apparatus 100 according to the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 센서부(110) 및 제어부(120)를 포함하여 구성될 수 있다. 도시하지는 않았으나, 추정된 배터리 SOC 값을 숫자, 그래프 등으로 표시하는 표시부를 더 포함하여 구성될 수도 있다.Referring to FIG. 5, the battery state estimating apparatus 100 according to the present invention may include a sensor unit 110 and a controller 120. Although not shown, the display unit may further include a display unit for displaying the estimated battery SOC value as a number or a graph.

센서부(110)는 배터리의 전압 및 전류를 측정할 수 있다.The sensor unit 110 may measure the voltage and current of the battery.

제어부(120)는 상기 배터리 등가회로를 구성하고, 상기 배터리의 SOC 및 상기 배터리 등가회로의 분극용량을 상태 변수로 포함하는 시스템 방정식 및 상기 배터리의 SOC 관측값을 출력 변수로 포함하는 측정 방정식을 산출하여, 측정 전압, 측정 전류, 시스템 방정식 및 측정 방정식을 칼만 필터(Kalman Filter) 알고리즘에 적용하여 기 설정된 주기로 배터리의 SOC를 추정할 수 있다.The controller 120 configures the battery equivalent circuit, and calculates a system equation including the SOC of the battery and the polarization capacity of the battery equivalent circuit as a state variable, and a measurement equation including the SOC observation value of the battery as an output variable. In this way, the measured voltage, the measured current, the system equation, and the measured equation may be applied to the Kalman Filter algorithm to estimate the SOC of the battery at a predetermined period.

도 6 ~ 도 9를 통하여 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 방법을 검증하기 위한 실험 및 그 결과를 설명한다.6 to 9, an experiment for verifying a battery state estimation method according to the present invention and a result thereof will be described.

도 6의 BMS(Battery Management System)를 이용하여 실험을 진행하였고, 배터리 팩은 도 7의 S18650을 이용하였다. 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 방법을 검증하기 위해 마련된 시스템(BMS: Battery Management System)은 BMS platform 본체, 모니터링 시스템, 충방전시스템 및 배터리 팩을 포함하여 구성될 수 있고, 도 8은 사용자가 본 시스템을 구동하기 위한 실제 UI(User Interface)화면을 도시한 것이다.The experiment was conducted using the battery management system (BMS) of FIG. 6, and the battery pack S18650 of FIG. 7 was used. Referring to FIG. 6, a system (BMS) provided for verifying a battery state estimation method according to the present invention may include a BMS platform main body, a monitoring system, a charge / discharge system, and a battery pack. 8 shows an actual UI (User Interface) screen for the user to run the system.

도 9는 본 실험에 따른 결과를 도시한 그래프로서, 구체적으로 도 9(a) 및 도 9(b)는 상기 도 6의 시스템을 이용하여 S18650 배터리 팩을 충전하면서 본 발명에 따른 배터리 상태 추정값과 실제값의 오차를 도시한 그래프이다.9 is a graph showing the results of the present experiment. Specifically, FIGS. 9 (a) and 9 (b) show the battery state estimation value according to the present invention while charging the S18650 battery pack using the system of FIG. 6. It is a graph showing the error of the actual value.

도 9(a) 및 도 9(b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 상태 추정값은 실제 배터리 충방전량 대비 오차값이 계속적으로 증가하지 않고 보정되면서, 기존의 오차값이 계속적으로 증가하던 전류적산법(도 1 참조)에 비하여 보다 정확한 배터리 상태 추정이 가능함을 실험적으로 확인하였다. As can be seen in Figures 9 (a) and 9 (b), the battery state estimation value according to the present invention is corrected without continuously increasing the error value compared to the actual battery charge and discharge amount, while the existing error value continuously increases. Experimentally confirmed that more accurate battery state estimation is possible than the current integration method (see FIG. 1).

본 발명의 실시 예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.Embodiments of the present invention can be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium.

상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CDROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일 실시예들의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CDROMs, DVDs, and magnetic-optical such as floppy disks. Examples of medium-optical, and program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like, include high-level executables that can be executed by a computer using an interpreter as well as machine code such as that produced by a compiler. Contains the language code. The hardware device described above may be configured to operate as at least one software module to perform the operations of one embodiment of the present invention, and vice versa.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, but are not limited to these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas falling within the scope of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention.

100: 배터리 상태 추정 장치
110: 센서부
120: 제어부
100: battery state estimation device
110: sensor unit
120: control unit

Claims (7)

배터리 등가회로를 구성하는 단계;
상기 배터리의 SOC 및 상기 배터리 등가회로의 분극용량을 상태 변수로 포함하는 시스템 방정식을 산출하는 단계;
상기 배터리의 SOC 관측값을 출력 변수로 포함하고, 상기 시스템 방정식을 통해 계산된 상기 상태 변수를 이용하는 측정 방정식을 산출하는 단계; 및
상기 배터리에 대한 측정 전류, 상기 시스템 방정식 및 상기 출력 변수를 포함하는 측정 방정식을 칼만 필터(Kalman Filter) 알고리즘에 적용하여 기 설정된 주기로 배터리의 SOC를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 방법.
Configuring a battery equivalent circuit;
Calculating a system equation including the SOC of the battery and the polarization capacity of the battery equivalent circuit as state variables;
Calculating a measurement equation including the SOC observation value of the battery as an output variable and using the state variable calculated through the system equation; And
Estimating the SOC of the battery at a predetermined period by applying a measurement equation including the measured current for the battery, the system equation, and the output variable to a Kalman Filter algorithm. Way.
제1항에 있어서,
상기 시스템 방정식을 산출하는 단계는,
아래의 수학식 8을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 방법.
[수학식 8]
Figure 112016114762608-pat00045

여기서, S(k+1)u c (k+1)은 각각 현 단계의 SOC 및 배터리의 분극용량, 즉 SOC 및 배터리의 분극용량의 예측값이고, S(k)u c (k)은 각각 이전 단계의 SOC 및 배터리 분극용량이고, I(k)는 배터리 전류이고, w 1 (k)w 2 (k)는 시스템의 잡음이고, R 1 , R 2 C는 각각 상기 배터리 등가회로의 내부저항, 분극저항 및 분극용량임.
The method of claim 1,
Computing the system equation,
A method of estimating a battery state according to claim 8 is calculated.
[Equation 8]
Figure 112016114762608-pat00045

Where S (k + 1) and u c (k + 1) are the estimated values of the polarization capacities of the SOC and the battery, that is, the SOC and the battery, respectively, and S (k) and u c (k) are Respectively, the SOC and battery polarization capacity of the previous stage, I (k) is the battery current, w 1 (k) and w 2 (k) are the noise of the system, and R 1 , R 2 and C are the battery equivalent circuits respectively. Internal resistance, polarization resistance and polarization capacity.
제1항에 있어서,
상기 측정 방정식을 산출하는 단계는,
측정 전류에 대한 적류적산법을 적용하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 방법.
The method of claim 1,
Computing the measurement equation,
A method of estimating battery condition, characterized by applying a cumulative integration method to a measured current.
제3항에 있어서,
상기 측정 방정식을 산출하는 단계는,
상기 측정 전류에 전류 관측 잡음을 더 포함하여 적산하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 방법.
The method of claim 3,
Computing the measurement equation,
And integrating a current observation noise to the measured current.
제1항에 있어서,
상기 측정 방정식을 산출하는 단계는,
아래의 수학식 11을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 방법.
[수학식 11]
Figure 112016114762608-pat00046

여기서,
Figure 112016114762608-pat00047
는 측정 방정식, S(t 0 )는 SOC 초기값, Q n 은 배터리 공칭용량, H(k)는 전류 측정 잡음임.
The method of claim 1,
Computing the measurement equation,
A method of estimating a battery state according to claim 11 is calculated.
[Equation 11]
Figure 112016114762608-pat00046

here,
Figure 112016114762608-pat00047
Is the measurement equation, S (t 0 ) is the initial SOC value, Q n is the nominal battery capacity, and H (k) is the current measurement noise.
하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 배터리 상태 추정 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
A computer program stored in a medium in combination with hardware for executing the battery state estimation method of any one of claims 1 to 5.
배터리의 전압 및 전류를 측정하는 센서부; 및
측정된 전압 및 전류를 이용하여 배터리의 SOC를 추정하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는,
배터리 등가회로를 구성하고, 상기 배터리의 SOC 및 상기 배터리 등가회로의 분극용량을 상태 변수로 포함하는 시스템 방정식 및 상기 배터리의 SOC 관측값을 출력 변수로 포함하고 상기 시스템 방정식을 통해 계산된 상기 상태 변수를 이용하는 측정 방정식을 산출하여,
측정 전압, 측정 전류, 상기 시스템 방정식 및 상기 출력 변수를 포함하는 측정 방정식을 칼만 필터(Kalman Filter) 알고리즘에 적용하여 기 설정된 주기로 배터리의 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 장치.
Sensor unit for measuring the voltage and current of the battery; And
A control unit for estimating the SOC of the battery using the measured voltage and current,
The control unit,
A system equation including a battery equivalent circuit and including a SOC of the battery and a polarization capacity of the battery equivalent circuit as state variables and an SOC observation value of the battery as an output variable and the state variable calculated through the system equation To calculate the measurement equation,
And a measurement equation including a measurement voltage, a measurement current, the system equation, and the output variable is applied to a Kalman Filter algorithm to estimate the SOC of the battery at a predetermined period.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220006799A (en) 2020-07-09 2022-01-18 한국전기연구원 Smart battery management system for fire prevention
KR20220060809A (en) * 2020-11-05 2022-05-12 주식회사 스위브 electric assist device for wheelchairs
KR102412606B1 (en) * 2022-02-10 2022-06-22 이중휘 Apparatus and method for estimating soh of battery
KR102416009B1 (en) * 2022-02-10 2022-06-30 이중휘 Apparatus and method for estimating soc of battery
KR20220161981A (en) 2021-05-31 2022-12-07 한국전기연구원 Smart battery management system using artificial intelligence module

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102465373B1 (en) 2019-01-23 2022-11-08 주식회사 엘지에너지솔루션 Battery management appratus, battery management method and battery pack
KR102465294B1 (en) 2019-01-23 2022-11-08 주식회사 엘지에너지솔루션 Battery management appratus, battery management method and battery pack
KR20200097170A (en) 2019-02-07 2020-08-18 주식회사 엘지화학 Battery management appratus, battery management method and battery pack
KR102354112B1 (en) 2019-03-26 2022-01-24 서강대학교산학협력단 Apparatus and method for estimating status of battery based on artificial intelligence
CN112485680B (en) * 2020-11-27 2024-04-23 浙江零跑科技股份有限公司 Battery SOC estimation method
KR102634373B1 (en) * 2021-03-17 2024-02-06 성균관대학교산학협력단 Method for Detecting of Battery Abnormalities

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016147722A1 (en) 2015-03-19 2016-09-22 日本電気株式会社 Estimating device, estimating method and program

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101767635B1 (en) * 2014-10-24 2017-08-14 주식회사 엘지화학 Apparatus for estimating state of charge for secondary battery and Method thereof
KR101779941B1 (en) * 2014-12-29 2017-09-19 주식회사 엘지화학 Apparatus and method of measuring for a state of charge of a battery

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016147722A1 (en) 2015-03-19 2016-09-22 日本電気株式会社 Estimating device, estimating method and program

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
확장 칼만 필터를 이용한 전류 적산법 기반의 리튬 폴리머 배터리 SOC 추정, 전창윤외 2인, 전력전자학술대회논문집, 2012.7.31.*

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220006799A (en) 2020-07-09 2022-01-18 한국전기연구원 Smart battery management system for fire prevention
KR20220060809A (en) * 2020-11-05 2022-05-12 주식회사 스위브 electric assist device for wheelchairs
KR102543790B1 (en) * 2020-11-05 2023-06-20 주식회사 스위브 electric assist device for wheelchairs
KR20220161981A (en) 2021-05-31 2022-12-07 한국전기연구원 Smart battery management system using artificial intelligence module
KR102412606B1 (en) * 2022-02-10 2022-06-22 이중휘 Apparatus and method for estimating soh of battery
KR102416009B1 (en) * 2022-02-10 2022-06-30 이중휘 Apparatus and method for estimating soc of battery

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