KR102156866B1 - Apparatus for forecasting life cycle of battery based on AC impedance by using very low current - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 BMS(Battery Management System) 운용을 위한 기초 정보가 되는 배터리 수명 예측을 위한 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치에 관한 것이다. 본 발명은 교류 신호를 생성한 후 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩에 인가하는 교류 신호 생성부; 상기 복수 개의 배터리 셀 중 수명을 예측하고자 하는 배터리 셀을 선택하는 셀 선택부; 상기 교류 신호에 의해 상기 선택된 배터리 셀로부터 출력되는 교류 전압을 이용하여 상기 선택된 배터리 셀의 교류 임피던스를 산출하는 임피던스 산출부; 및 상기 교류 임피던스를 이용하여 상기 선택된 배터리 셀의 SOH(State Of Charge)를 산출하고, 상기 SOH를 이용하여 상기 선택된 배터리 셀의 수명을 예측하는 SOH 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 단일 주파수를 갖는 교류 신호를 인가하여 배터리 팩을 구성하는 각 베터리 셀의 교류 임피던스를 측정하고, 이를 이용하여 각 배터리 셀의 수명을 예측하므로 간단한 장치 구성으로 장비 가격을 크게 낮출 수 있는 배터리 수명 예측 장치를 제공할 수 있게 된다.The present invention relates to an apparatus for predicting battery life based on an AC impedance using a minute current. In more detail, it relates to an AC impedance-based battery life prediction apparatus using a minute current for battery life prediction, which becomes basic information for operation of a battery management system (BMS). The present invention provides an AC signal generator for generating an AC signal and then applying it to a battery pack including a plurality of battery cells; A cell selection unit for selecting a battery cell for predicting a lifetime among the plurality of battery cells; An impedance calculator configured to calculate an AC impedance of the selected battery cell by using an AC voltage output from the selected battery cell by the AC signal; And an SOH calculator configured to calculate a state of charge (SOH) of the selected battery cell using the alternating current impedance, and predict a lifespan of the selected battery cell using the SOH. According to the present invention, since the AC impedance of each battery cell constituting the battery pack is measured by applying an AC signal having a single frequency, and the lifespan of each battery cell is predicted using this, the equipment cost can be greatly reduced with a simple device configuration. It is possible to provide a battery life prediction device.

Figure R1020140158642
Figure R1020140158642

Description

미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치 {Apparatus for forecasting life cycle of battery based on AC impedance by using very low current}{Apparatus for forecasting life cycle of battery based on AC impedance by using very low current}

본 발명은 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 BMS(Battery Management System) 운용을 위한 기초 정보가 되는 배터리 수명 예측을 위한 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for predicting battery life based on an AC impedance using a minute current. In more detail, it relates to an AC impedance-based battery life prediction apparatus using a minute current for battery life prediction, which becomes basic information for operation of a battery management system (BMS).

일반적으로, 전기 자동차, 하이브리드(Hybrid) 자동차, 및 전기 오토바이(E-Scooter) 등을 구동하기 위하여 대용량의 전력을 발생할 수 있는 대용량의 배터리(배터리 팩)가 사용될 수 있다.In general, a large-capacity battery (battery pack) capable of generating large-capacity power may be used to drive an electric vehicle, a hybrid vehicle, and an electric motorcycle (E-Scooter).

배터리 팩(Battery Pack)은 예를 들어 대용량(350(V), 10(AH))의 3kW급 가정용(주택용) 에너지 저장장치로서 모듈화(50(V), 5(AH))된 단위 배터리 셀(5(V) 또는 3.7(V), 5(AH))들을 직렬 혹은 병렬로 연결하여 만들어져 있다. 상기 배터리팩은 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있는 PCS(Power Conditioning System)를 통해 전력 계통에 연계된다.The battery pack is, for example, a large capacity (350 (V), 10 (AH)) 3kW class household (house) energy storage device and a modular (50 (V), 5 (AH)) unit battery cell ( It is made by connecting 5(V) or 3.7(V), 5(AH)) in series or parallel. The battery pack is connected to the power system through a PCS (Power Conditioning System) capable of converting DC power into AC power.

여기에서, PCS는 양방향 PCS이며 전력계통의 교류전력을 직류전력으로 변환하여 상기 변환된 직류전력이 배터리 팩과 연결되며 배터리 팩의 관리를 위한 BMS(Battery Management System)를 통해 배터리 팩에 제공되도록 할 수 있다.Here, PCS is a two-way PCS and converts AC power of the power system into DC power so that the converted DC power is connected to the battery pack and provided to the battery pack through BMS (Battery Management System) for managing the battery pack. I can.

또한, BMS의 경우 배터리 팩의 다양한 상태를 모니터링 하며, 모니터링 결과에 따라 배터리 보호를 위한 다양한 제어(예를 들어, 충방전 제어 또는 셀 밸런싱(cell balancing))를 수행하는데, 배터리 팩을 구성하는 각 배터리 셀의 경우 사용 환경이나 사용 기간에 따라서 생산 초기보다 그 성능이 퇴화되어 가용 용량이 감소하거나 저항이 증가하게 된다.In addition, the BMS monitors various states of the battery pack, and performs various controls (for example, charge/discharge control or cell balancing) for battery protection according to the monitoring result. In the case of a battery cell, its performance deteriorates from the initial stage of production depending on the usage environment or period of use, and the usable capacity decreases or resistance increases.

따라서, 각 배터리 셀의 퇴화 정도에 따른 수명 예측 정보가 BMS의 효율적인 운용을 위한 기초 정보로 제공되어야 하며, 이를 위해 각 배터리 셀의 수명을 예측할 수 있는 장비가 필수적으로 요구된다. 종래 장비의 경우 단순히 직류 임피던스를 측정하거나 또는 1Hz ~ 20kHz 주파수 범위를 갖는 다수의 신호를 여러번 인가하여 교류 임피던스를 측정하는 방식으로 각 배터리 셀의 수명을 예측하였다.Therefore, life prediction information according to the degree of deterioration of each battery cell must be provided as basic information for efficient operation of the BMS, and for this purpose, an equipment capable of predicting the life of each battery cell is required. In the case of conventional equipment, the lifetime of each battery cell was predicted by simply measuring the DC impedance or measuring the AC impedance by applying multiple signals having a frequency range of 1Hz to 20kHz several times.

그러나, 상기와 같이 직류 임피던스를 측정하는 방식의 경우 배터리의 충방전 과정에 따른 전압 변동에 의해 측정 오차가 커지는 문제점이 있었고, 다수의 주파수를 갖는 신호를 인가하여 교류 임피던스를 측정하는 방식의 경우 장비의 가격이 고가인 문제점이 있었다.However, in the case of the method of measuring DC impedance as described above, there is a problem that the measurement error increases due to voltage fluctuations according to the charging/discharging process of the battery, and in the case of measuring the AC impedance by applying signals having multiple frequencies, the equipment There was a problem that the price of is expensive.

이에 따라, 측정 오차를 최소화하고, 간단히 측정이 가능하여 장비 가격을 크게 낮추면서도, 측정 과정에서 배터리 셀에 대한 기계적 및 전기화학적 손상을 최소화할 수 있는 장비의 필요성이 요구된다.Accordingly, there is a need for an equipment capable of minimizing measurement errors and minimizing mechanical and electrochemical damage to a battery cell during a measurement process while significantly lowering equipment cost by enabling simple measurement.

(선행문헌1) 한국특허공개번호 제2013-123851호(Prior Document 1) Korean Patent Publication No. 2013-123851 (선행문헌2) 한국특허공개번호 제2014-41977호(Prior Document 2) Korean Patent Publication No. 2014-41977 (선행문헌3) 한국특허공개번호 제2014-104893호(Prior Document 3) Korean Patent Publication No. 2014-104893

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서 배터리 팩을 구성하는 각 배터리 셀의 교류 임피던스를 기반으로 각 배터리 셀에 대한 수명 예측이 가능한 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the above problems, and provides an AC impedance-based battery life prediction apparatus using a minute current capable of predicting the life of each battery cell based on the AC impedance of each battery cell constituting a battery pack. It aims to do.

또한, 본 발명은 단일 주파수를 갖는 교류 신호를 인가하여 교류 임피던스를 측정함으로써 장치 가격을 크게 낮출 수 있는 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide an AC impedance-based battery life prediction apparatus using a minute current capable of significantly lowering the cost of a device by measuring an AC impedance by applying an AC signal having a single frequency.

또한, 본 발명은 미소 전류를 갖는 교류 신호를 인가하여 배터리 셀의 기계적 및 전기화학적 손상을 최소화할 수 있는 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide an apparatus for predicting battery life based on AC impedance using a micro current capable of minimizing mechanical and electrochemical damage to a battery cell by applying an AC signal having a micro current.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 교류 신호를 생성한 후 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩에 인가하는 교류 신호 생성부; 상기 복수 개의 배터리 셀 중 수명을 예측하고자 하는 배터리 셀을 선택하는 셀 선택부; 상기 교류 신호에 의해 상기 선택된 배터리 셀로부터 출력되는 교류 전압을 이용하여 상기 선택된 배터리 셀의 교류 임피던스를 산출하는 임피던스 산출부; 및 상기 교류 임피던스를 이용하여 상기 선택된 배터리 셀의 SOH(State Of Charge)를 산출하고, 상기 SOH를 이용하여 상기 선택된 배터리 셀의 수명을 예측하는 SOH 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides an AC signal generator for generating an AC signal and then applying it to a battery pack including a plurality of battery cells; A cell selection unit for selecting a battery cell for predicting a lifetime among the plurality of battery cells; An impedance calculator configured to calculate an AC impedance of the selected battery cell by using an AC voltage output from the selected battery cell by the AC signal; And an SOH calculator configured to calculate a state of charge (SOH) of the selected battery cell by using the AC impedance, and predict a lifetime of the selected battery cell by using the SOH.

또한, 상기 SOH 산출부는 상기 교류 임피던스를 미리 결정된 교류 임피던스특성 곡선에 대입하여 상기 SOH를 산출하는 것일 수 있다.In addition, the SOH calculator may calculate the SOH by substituting the AC impedance into a predetermined AC impedance characteristic curve.

또한, 상기 SOH 산출부는 상기 선택된 배터리 셀의 SOH 및 예측된 수명을 외부의 BMS(Battery Management System)로 전송할 수 있다.In addition, the SOH calculator may transmit the SOH and the predicted life of the selected battery cell to an external BMS (Battery Management System).

또한, 상기 선택된 배터리 셀의 SOH를 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 디스플레이부는 외부의 BMS(Battery Management System)로부터 상기 복수 개의 배터리 셀 각각의 온도, 전압, 또는 SOC(State of Charge) 정보를 전송받은 후 이를 더 디스플레이할 수 있다.In addition, it may further include a display unit for displaying the SOH of the selected battery cell. In this case, the display unit may further display temperature, voltage, or SOC (State of Charge) information of each of the plurality of battery cells from an external battery management system (BMS).

또한, 상기 임피던스 산출부는 상기 선택된 배터리 셀로부터 출력되는 교류 전압을 증폭하는 증폭 회로부, 및 상기 증폭된 교류 전압에 대한 노이즈를 제거하는 노이즈 제거 회로부를 더 포함할 수 있다.In addition, the impedance calculating unit may further include an amplifying circuit unit for amplifying the AC voltage output from the selected battery cell, and a noise removing circuit unit for removing noise from the amplified AC voltage.

또한, 상기 교류 신호는 미리 결정된 전류 및 주파수 값을 가질 수 있다.In addition, the AC signal may have a predetermined current and frequency value.

본 발명에 따르면, 단일 주파수를 갖는 교류 신호를 인가하여 배터리 팩을 구성하는 각 베터리 셀의 교류 임피던스를 측정하고, 이를 이용하여 각 배터리 셀의 수명을 예측하므로 간단한 장치 구성으로 장비 가격을 크게 낮출 수 있는 배터리 수명 예측 장치를 제공할 수 있게 된다. According to the present invention, since the AC impedance of each battery cell constituting the battery pack is measured by applying an AC signal having a single frequency, and the lifespan of each battery cell is predicted using this, the equipment cost can be greatly reduced with a simple device configuration. It is possible to provide a battery life prediction device.

또한, 본 발명은 미소 전류를 갖는 교류 신호를 인가하여 각 배터리 셀의 교류 임피던스를 측정하고, 이를 이용하여 각 배터리 셀의 수명을 예측하므로 측정 과정에서 발생가능한 배터리 셀의 기계적 및 전기화학적 손상을 최소화할 수 있는 배터리 수명 예측 장치를 제공할 수 있게 된다.In addition, the present invention measures the AC impedance of each battery cell by applying an AC signal having a small current, and predicts the life of each battery cell using this, thereby minimizing mechanical and electrochemical damage to the battery cell that may occur during the measurement process. It is possible to provide a device for predicting battery life that is capable of.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치를 구성하는 셀 선택부의 동작 과정을 설명한 참고도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 교류 임피던스 특성 곡선의 그래프를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치를 구성하는 디스플레이부의 표시 화면을 예시적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically showing an apparatus for predicting battery life based on AC impedance using a minute current according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a reference diagram illustrating an operation process of a cell selector constituting an apparatus for predicting battery life based on AC impedance using a minute current according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a graph of an AC impedance characteristic curve according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a display screen of a display unit configuring an AC impedance-based battery life prediction apparatus using a minute current according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to elements of each drawing, it should be noted that the same elements have the same numerals as possible even if they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, a preferred embodiment of the present invention will be described below, but the technical idea of the present invention is not limited thereto or is not limited thereto, and may be implemented by a person skilled in the art.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치를 모식적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically showing an apparatus for predicting battery life based on AC impedance using a minute current according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치(1)는 교류 신호 생성부(10), 셀 선택부(20), 임피던스 산출부(30), SOH 산출부(40), 및 디스플레이부(50)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, an AC impedance-based battery life prediction apparatus 1 using a minute current of the present invention includes an AC signal generation unit 10, a cell selection unit 20, an impedance calculation unit 30, and an SOH calculation unit. (40), and a display unit (50).

교류 신호 생성부(10)는 배터리 수명 예측을 위한 기준 신호인 교류 신호를 생성한 후 이를 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩(BP)에 인가한다. 이때, 교류 신호 생성부(10)는 상기 교류 신호에 포함된 직류 바이어스 성분을 제거한 후 이를 배터리 팩(BP)에 인가할 수 있다.The AC signal generator 10 generates an AC signal, which is a reference signal for predicting battery life, and then applies it to a battery pack BP including a plurality of battery cells. In this case, the AC signal generator 10 may remove the DC bias component included in the AC signal and apply it to the battery pack BP.

또한, 상기 교류 신호는 미리 결정된 전류 및 주파수 값을 가질 수 있고, 상기 전류 및 주파수 값의 경우 바람직하게는 1mA 및 1kHz의 실효 값을 가질 수 있으며, 특히 상기 주파수 값의 경우 배터리 셀의 종류에 따라 서로 다른 값을 가질 수 있다. In addition, the AC signal may have a predetermined current and frequency value, and in the case of the current and frequency value, it may preferably have an effective value of 1 mA and 1 kHz, and in particular, in the case of the frequency value, depending on the type of battery cell. They can have different values.

따라서, 본 발명의 경우 상기와 같이 상기 교류 신호가 미소 전류 및 단일 주파수 값을 가지므로, 교류 임피던스 측정 과정에서 각 배터리 셀의 기계적 및 전기화학적 손상을 최소화할 수 있고, 간단한 구성으로 장치 가격을 크게 낮출 수 있는 장점을 갖는다.Therefore, in the case of the present invention, since the AC signal has a small current and a single frequency value as described above, mechanical and electrochemical damage to each battery cell can be minimized in the AC impedance measurement process, and the device cost can be greatly increased with a simple configuration. It has an advantage that can be lowered.

셀 선택부(20)는 상기 복수 개의 배터리 셀 중 수명을 예측하고자 하는 배터리 셀을 선택한다. 이때, 셀 선택부(20)의 상세 동작 과정은 이하 도 2를 참조하여 후술한다.The cell selector 20 selects a battery cell for which a lifetime is to be predicted from among the plurality of battery cells. In this case, a detailed operation process of the cell selection unit 20 will be described later with reference to FIG. 2.

임피던스 산출부(30)는 상기 교류 신호에 의해 상기 선택된 배터리 셀로부터 출력되는 교류 전압을 이용하여 상기 선택된 배터리 셀의 교류 임피던스(AC IR)을 산출한다. 여기에서, 교류 임피던스란 배터리 셀 내부의 옴(Ohm) 저항을 의미하며 배터리 셀의 노화 현상으로 인해 배터리 셀의 성능이 저하될수록 값이 상승하는 특성을 갖는다. The impedance calculator 30 calculates an AC impedance (AC IR) of the selected battery cell by using an AC voltage output from the selected battery cell by the AC signal. Here, the AC impedance means Ohm resistance inside the battery cell, and has a characteristic that the value increases as the performance of the battery cell decreases due to aging of the battery cell.

이때, 임피던스 산출부(30)는 상기 교류 임피던스 산출에 앞서 임피던스 산출부(30)로 유입되는 상기 교류 전압에 대한 증폭 및 노이즈 제거를 수행하기 위한 증폭 회로부 및 노이즈 제거 회로부(미도시)를 더 포함할 수 있다.In this case, the impedance calculating unit 30 further includes an amplifying circuit unit and a noise removing circuit unit (not shown) for amplifying the AC voltage flowing into the impedance calculating unit 30 and removing noise prior to calculating the AC impedance. can do.

이와 같이, 임피던스 산출부(30)가 상기 증폭 및 노이즈 제거 회로를 더 포함하는 이유는 전술한 바와 같이 교류 신호 생성부(10)로부터 배터리 팩(BP)으로 인가되는 상기 교류 신호가 미소 전류(예를 들어, 1mA) 이므로, 상기 선택된 배터리 셀로부터 출력되는 교류 전압 또한 미소 전압(예를 들어, 수 mV)를 가지게 되어 상기 교류 임피던스에 대한 정상적인 측정이 용이하지 못하게 된다.As described above, the reason why the impedance calculation unit 30 further includes the amplification and noise removal circuit is that the AC signal applied from the AC signal generation unit 10 to the battery pack BP is a minute current (eg For example, 1mA), the AC voltage output from the selected battery cell also has a minute voltage (for example, several mV), making it difficult to measure the AC impedance normally.

따라서, 임피던스 산출부(30)에 포함되는 상기 증폭 회로부 및 노이즈 제거 회로부에 의해 증폭 및 노이즈 제거되는 교류 전압을 이용하여 상기 교류 임피던스를 용이하게 측정하기 위함이다.Accordingly, this is to easily measure the AC impedance by using the AC voltage amplified and noise removed by the amplifying circuit unit and the noise removing circuit unit included in the impedance calculating unit 30.

또한, 임피던스 산출부(30)의 경우 상기 복수 개의 배터리 셀 각각의 용량 정보가 미리 저장될 수 있고, 이에 따라 임피던스 산출부(30)는 상기 교류 전압 및 상기 선택된 배터리 셀에 대응되는 용량 정보를 이용하여 상기 선택된 배터리 셀의 교류 임피던스를 산출할 수 있게 된다.In addition, in the case of the impedance calculating unit 30, capacity information of each of the plurality of battery cells may be stored in advance, and accordingly, the impedance calculating unit 30 uses the AC voltage and capacity information corresponding to the selected battery cell. Thus, it is possible to calculate the AC impedance of the selected battery cell.

SOH 산출부(40)는 상기 교류 임피던스를 이용하여 상기 선택된 배터리 셀의 SOH(State Of Health)를 산출하고, 상기 산출된 SOH를 이용하여 상기 선택된 배터리 셀의 수명을 예측한다. 보다 구체적으로, SOH 산출부(40)는 상기 교류 임피던스를 미리 결정된 교류 임피던스 특성 곡선에 대입하는 방식으로 상기 선택된 배터리 셀의 SOH를 산출할 수 있으며, 상기 교류 임피던스 특성 곡선의 상세 구성 및 상기 선택된 배터리 셀의 수명 예측 방법의 경우 이하 도 3을 참조하여 후술한다.The SOH calculation unit 40 calculates SOH (State Of Health) of the selected battery cell using the AC impedance, and predicts the lifespan of the selected battery cell using the calculated SOH. More specifically, the SOH calculator 40 may calculate the SOH of the selected battery cell by substituting the AC impedance into a predetermined AC impedance characteristic curve, and a detailed configuration of the AC impedance characteristic curve and the selected battery In the case of the cell life prediction method, it will be described later with reference to FIG. 3.

또한, SOH 산출부(40)는 상기 선택된 배터리 셀의 SOH 및 예측 수명을 디스플레이부(50) 및 배터리 팩(BS)과 연결되어 배터리 팩(BS)의 다양한 상태를 모니터링(측정 또는 감지)하며, 상기 복수 개의 배터리 셀의 온도, 주변 온도, 전압, 및 SOC(State of Charge) 등에 따라 상기 복수 개의 배터리 셀의 보호를 위한 다양한 제어를 수행하는 BMS(Battery Management System)(미도시)로 전송할 수 있다.In addition, the SOH calculation unit 40 monitors (measures or detects) various states of the battery pack BS by connecting the SOH and the predicted life of the selected battery cell to the display unit 50 and the battery pack BS, It can be transmitted to a battery management system (BMS) (not shown) that performs various controls for protecting the plurality of battery cells according to the temperature, ambient temperature, voltage, and state of charge (SOC) of the plurality of battery cells. .

또한, SOH 산출부(40)는 상기 교류 임피던스를 이용하여 상기 선택된 배터리 셀의 불량 여부를 판단하는 것이 가능한데, 예컨대 상기 교류 임피던스를 SOH 산출부(40)에 배터리 셀의 불량 판단을 위해 미리 저장되는 교류 임피던스 임계값과 비교하여 상기 교류 임피던스가 상기 임계값을 초과하는 경우 상기 선택된 배터리 셀이 불량인 것으로 판단할 수 있게 된다.In addition, the SOH calculation unit 40 may determine whether the selected battery cell is defective using the AC impedance. For example, the AC impedance is stored in the SOH calculation unit 40 in advance to determine the defect of the battery cell. Compared with an AC impedance threshold value, when the AC impedance exceeds the threshold value, it is possible to determine that the selected battery cell is defective.

디스플레이부(50)는 상기 선택된 배터리 셀의 SOH 및 예측 수명을 화면상에 디스플레이한다. 이때, 디스플레이부(50)는 상기 SOH 및 예측 수명 외에도 상기 BMS로부터 상기 복수 개의 배터리 셀의 온도, 주변 온도, 전압, 및 SOC(State of Charge) 등을 전송받아 이를 더 디스플레이할 수도 있다.The display unit 50 displays the SOH and predicted life of the selected battery cell on the screen. In this case, in addition to the SOH and the predicted life, the display unit 50 may receive the temperature, ambient temperature, voltage, and state of charge (SOC) of the plurality of battery cells from the BMS and further display them.

또한, 상기와 같은 표시 항목을 갖는 디스플레이부(50) 표시 화면의 일 예를 이하 도 4를 참조하여 후술한다.In addition, an example of a display screen of the display unit 50 having the above display items will be described later with reference to FIG. 4.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치를 구성하는 셀 선택부의 동작 과정을 설명한 참고도이다.FIG. 2 is a reference diagram illustrating an operation process of a cell selector constituting an apparatus for predicting battery life based on AC impedance using a minute current according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 셀 선택부(20)는 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있는 상기 복수 개의 배터리 셀(BS1~BS5)중 수명을 예측하고자 하는 배터리 셀(BS3)을 선택한 후 이에 따른 제어 신호를 배터리 팩(BP)으로 전송하며, 배터리 팩(BP)은 상기 제어 신호에 따라 동작하여 상기 교류 신호에 의해 상기 선택된 배터리 셀(BS3)로부터 출력되는 교류 전압이 임피던스 산출부(30)로 전송되도록 한다.Referring to FIG. 2, the cell selection unit 20 selects a battery cell BS3 for predicting the life of the plurality of battery cells BS1 to BS5 that can be connected in series or parallel, and then transmits a control signal according to the battery cell. It is transmitted to the pack BP, and the battery pack BP operates according to the control signal so that the AC voltage output from the selected battery cell BS3 is transmitted to the impedance calculator 30 by the AC signal.

보다 구체적으로, 배터리 팩(BP)은 상기 제어 신호에 따라 상기 복수 개의 배터리 셀(BS1~BS5) 각각과 직렬 연결되어 있는 복수 개의 스위치(S1~S5) 중 상기 선택된 배터리 셀(BS3)과 직렬 연결된 스위치(S3)를 제외한 나머지 스위치들을 오픈시키게 되며, 이에 따라 상기 선택된 배터리 셀(BS3)로부터 출력되는 교류 전압만이 임피던스 산출부(30)로 전송될 수 있게 된다.More specifically, the battery pack BP is connected in series with the selected battery cell BS3 among a plurality of switches S1 to S5 connected in series with each of the plurality of battery cells BS1 to BS5 according to the control signal. The other switches except for the switch S3 are opened, and thus only the AC voltage output from the selected battery cell BS3 can be transmitted to the impedance calculating unit 30.

또한, 배터리 팩(BP)은 각 배터리 셀의 직렬 연결 구간의 일 지점(다시 말해서, 배터리 셀 마이너스 단자와 플러스 단자 사이의 일 지점)에 각각 추가 스위치(미도시)가 더 구비될 수 있으며, 셀 선택부(20)로부터 추가로 전송될 수 있는 제어 신호에 의해 상기 추가 스위치가 동작하여 직렬로 연결된 상기 복수 개의 배터리 셀(BS1~BS5)을 각각 분리하는 것이 가능하다.In addition, the battery pack BP may further include an additional switch (not shown) at a point in the series connection section of each battery cell (that is, a point between the negative terminal and the positive terminal of the battery cell). It is possible to separate the plurality of battery cells BS1 to BS5 connected in series by operating the additional switch by a control signal that may be additionally transmitted from the selection unit 20.

따라서, 본 발명은 분리된 특정 배터리 셀에 큰 전류값 및 단일 주파수 값을 갖는 교류 신호를 인가하는 방식으로 다른 배터리 셀에는 기계적 및 전기화학적 손상을 주지 않으면서 교류 임피던스를 산출할 수 있고, 이를 상기 선택된 배터리 셀의 교류 임피던스 산출 과정에서 참고를 위한 기준 임피던스로써 활용할 수 있게 되며, 이에 따라 장치 운용중에 정기적으로 상기 산출된 교류 임피던스를 보정할 수 있는 장점을 가지게 된다.Accordingly, the present invention can calculate the AC impedance without causing mechanical and electrochemical damage to other battery cells by applying an AC signal having a large current value and a single frequency value to the separated specific battery cell. In the process of calculating the AC impedance of the selected battery cell, it can be used as a reference impedance for reference, and thus the calculated AC impedance can be regularly corrected during operation of the device.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 교류 임피던스 특성 곡선의 그래프를 예시적으로 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a graph of an AC impedance characteristic curve according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기 교류 임피던스 특성 곡선의 경우 522 배터리 수명 cycle 동안 각 배터리 수명 cycle에서 측정되는 교류 임피던스 데이터를 기반으로 배터리 수명 cycle의 변화에 따른 교류 임피던스 변화량 수식(예를 들어, y=4E-0.8x2+0.00004x+3.1781)을 도출하고, 이를 최적의 예측 알고리즘인 외삽법(extrapolation)을 적용하여 3600 배터리 수명 cycle(약 10년) 까지 각 배터리 수명 cycle에서의 교류 임피던스 변화량을 예측한 곡선이며, SOH 산출부(40)는 임피던스 산출부(30)에서 산출되는 상기 선택된 배터리 셀의 교류 임피던스 값을 상기 교류 임피던스 특성 곡선에 대입하는 방식으로 상기 선택된 배터리 셀의 SOH(다시 말해서, 상기 선택된 배터리 셀의 배터리 수명 cycle)를 산출할 수 있게 된다.Referring to FIG. 3, in the case of the AC impedance characteristic curve, based on the AC impedance data measured in each battery life cycle during the 522 battery life cycle, the change amount equation of the AC impedance according to the change in the battery life cycle (for example, y=4E -0.8x2+0.00004x+3.1781), and applying the optimal prediction algorithm, extrapolation, to a curve that predicts the change in AC impedance in each battery life cycle up to 3600 battery life cycles (about 10 years) And the SOH calculation unit 40 substitutes the AC impedance value of the selected battery cell calculated by the impedance calculation unit 30 into the AC impedance characteristic curve, so that the SOH of the selected battery cell (that is, the selected battery The cell's battery life cycle) can be calculated.

또한, SOH 산출부(40)는 상기 SOH를 이용하여 상기 선택된 배터리 셀의 수명을 예측할 수 있는데, 보다 구체적으로는 SOH 산출부(40)에 미리 저장되어 있는 배터리 셀의 총 수명 사이클(예를 들어, 3600 cycle(약 10년))과 상기 선택된 배터리 셀 SOH(다시 말해서, 배터리 셀의 현재 수명 사이클)과의 차를 계산하여 상기 선택된 배터리 셀의 잔여 수명 사이클을 계산하고, 이를 이용하여 상기 선택된 배터리 셀의 수명을 예측할 수 있게 된다.In addition, the SOH calculation unit 40 may predict the lifespan of the selected battery cell using the SOH. More specifically, the total life cycle of the battery cells previously stored in the SOH calculation unit 40 (for example, , 3600 cycles (about 10 years)) and the selected battery cell SOH (that is, the current life cycle of the battery cell) by calculating the difference between the remaining life cycle of the selected battery cell, and using this, the selected battery It becomes possible to predict the life of the cell.

또한, SOH 산출부(40)는 상기 선택된 배터리 셀의 SOH, 잔여 수명 사이클, 및 예측된 수명 정보를 디스플레이부(50) 및 외부의 BMS로 전송할 수 있다.In addition, the SOH calculation unit 40 may transmit the SOH, the remaining life cycle, and the predicted life information of the selected battery cell to the display unit 50 and an external BMS.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치를 구성하는 디스플레이부의 표시 화면을 예시적으로 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a display screen of a display unit configuring an AC impedance-based battery life prediction apparatus using a minute current according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상기 표시 화면의 경우 좌측 부분에는 각 배터리 셀 별로 SOH 산출부(40)로부터 전송받은 SOH(예측 진행 사이클), 잔여 수명 사이클(예측 잔여 사이클), 및 예측 수명(예측 잔여 수명)이 표시될 수 있고, 상기 BMS로부터 전송되는 각 배터리 셀 별 전압, 온도, 및 SOC(State Of Charge)가 더 표시될 수 있다.Referring to FIG. 4, in the case of the display screen, the left portion of the display screen includes SOH (prediction progress cycle), remaining life cycle (prediction remaining cycle), and predicted life (prediction remaining life) transmitted from the SOH calculation unit 40 for each battery cell. ) May be displayed, and voltage, temperature, and state of charge (SOC) for each battery cell transmitted from the BMS may be further displayed.

또한, 우측 부분에는 상기 교류 임피던스 특성 곡선이 도시되어 측정된 교류 임피던스에 따른 수명 사이클을 확인 가능하며, 마우스와 같은 별도의 입력 장치로 상기 교류 임피던스 특성 곡선상의 원하는 지점을 클릭하면 상기 클릭된 지점의 수명 사이클에 대응되는 교류 임피던스 예측 값을 용이하게 확인할 수 있다.In addition, the AC impedance characteristic curve is shown in the right part to check the life cycle according to the measured AC impedance.If you click a desired point on the AC impedance characteristic curve with a separate input device such as a mouse, It is possible to easily check the predicted value of the AC impedance corresponding to the life cycle.

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 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains can make various modifications, changes, and substitutions within the scope not departing from the essential characteristics of the present invention. It will be possible. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to describe, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings. . The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

(1) : 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치
(10) : 교류 신호 생성부 (20) : 셀 선택부
(30) : 임피던스 산출부 (40) : SOH 산출부
(50) : 디스플레이부(1): Battery life prediction device based on AC impedance using microcurrent
(10): AC signal generation unit (20): Cell selection unit
(30): Impedance calculation unit 40: SOH calculation unit
(50): display

Claims (7)

단일 주파수 값을 갖는 교류 신호를 생성하고, 상기 생성된 교류 신호를 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩에 인가하는 교류 신호 생성부;
상기 복수 개의 배터리 셀 중 수명을 예측하고자 하는 배터리 셀을 선택하는 셀 선택부;
상기 교류 신호에 의해 상기 선택된 배터리 셀로부터 출력되는 교류 전압을 이용하여 상기 선택된 배터리 셀의 교류 임피던스를 산출하는 임피던스 산출부; 및
상기 교류 임피던스를 미리 결정된 교류 임피던스 특성 곡선에 대입하여 상기 선택된 배터리 셀의 SOH(State Of Charge)를 산출하고, 상기 SOH를 이용하여 상기 선택된 배터리 셀의 수명을 예측하는 SOH 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치.An AC signal generator for generating an AC signal having a single frequency value and applying the generated AC signal to a battery pack including a plurality of battery cells;
A cell selection unit for selecting a battery cell for predicting a lifetime among the plurality of battery cells;
An impedance calculator configured to calculate an AC impedance of the selected battery cell by using an AC voltage output from the selected battery cell by the AC signal; And
And an SOH calculator configured to calculate a state of charge (SOH) of the selected battery cell by substituting the AC impedance into a predetermined AC impedance characteristic curve, and predicting a lifespan of the selected battery cell using the SOH. A device for predicting battery life based on alternating current impedance using a small current. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 SOH 산출부는 상기 선택된 배터리 셀의 SOH 및 예측된 수명을 외부의 BMS(Battery Management System)로 전송하는 것을 특징으로 하는 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치.The method of claim 1,
The SOH calculator transmits the SOH and the predicted life of the selected battery cell to an external BMS (Battery Management System). 제 1항에 있어서,
상기 선택된 배터리 셀의 SOH 및 예측 수명을 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치.The method of claim 1,
An apparatus for predicting battery life based on alternating current impedance using a minute current, further comprising a display unit that displays the SOH and predicted life of the selected battery cell. 제 4항에 있어서,
상기 디스플레이부는 외부의 BMS(Battery Management System)로부터 상기 복수 개의 배터리 셀 각각의 온도, 전압, 또는 SOC(State of Charge) 정보를 전송받은 후 이를 더 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치.The method of claim 4,
The display unit receives temperature, voltage, or state of charge (SOC) information of each of the plurality of battery cells from an external BMS (Battery Management System) and then further displays the information. Battery life prediction device. 제 1항에 있어서,
상기 임피던스 산출부는 상기 선택된 배터리 셀로부터 출력되는 교류 전압을 증폭하는 증폭 회로부 및 상기 증폭된 교류 전압에 대한 노이즈를 제거하는 노이즈 제거 회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치.The method of claim 1,
The impedance calculator further comprises an amplifying circuit part for amplifying the AC voltage output from the selected battery cell, and a noise removing circuit part for removing noise from the amplified AC voltage. Life prediction device. 제 1항에 있어서,
상기 교류 신호는 미리 결정된 전류 및 주파수 값을 갖는 것을 특징으로 하는 미소 전류를 이용한 교류 임피던스 기반의 배터리 수명 예측 장치.The method of claim 1,
The AC impedance-based battery life prediction apparatus using a minute current, characterized in that the AC signal has a predetermined current and frequency value.
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WO2023033467A1 (en) * 2021-09-03 2023-03-09 주식회사 엘지에너지솔루션 Apparatus for inspecting welds of battery module

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