KR102472161B1 - Secondary battery performance estimation apparatus and method - Google Patents

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KR102472161B1
KR102472161B1 KR1020170113477A KR20170113477A KR102472161B1 KR 102472161 B1 KR102472161 B1 KR 102472161B1 KR 1020170113477 A KR1020170113477 A KR 1020170113477A KR 20170113477 A KR20170113477 A KR 20170113477A KR 102472161 B1 KR102472161 B1 KR 102472161B1
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Abstract

본 발명은, 전지의 기 결정된 위치의 전기적 특성을 회로 모델화 하는 회로 모델링부; 상기 전지의 충전 또는 방전 전류를 측정하는 전류 측정부; 상기 전지의 외부 온도를 측정하는 외부 온도 측정부; 및 상기 전류 측정부를 통해 측정된 측정전류 및 상기 외부 온도 측정부를 통해 측정된 외부 온도를 통해 상기 회로 모델 및 상기 기 결정된 위치의 냉각 특성을 이용하여 상기 기 결정된 위치의 온도를 예측하는 온도 추정부;를 포함하는, 전지 성능 추정 장치에 관한 것이다.The present invention, a circuit modeling unit for circuit modeling the electrical characteristics of the predetermined position of the battery; a current measuring unit for measuring a charging or discharging current of the battery; an external temperature measurement unit for measuring an external temperature of the battery; and a temperature estimating unit predicting a temperature of the predetermined location using the circuit model and cooling characteristics of the predetermined location based on the measured current measured through the current measurement unit and the external temperature measured through the external temperature measurement unit. It relates to a battery performance estimation device comprising a.

Description

이차 전지 성능 추정 장치 및 방법{SECONDARY BATTERY PERFORMANCE ESTIMATION APPARATUS AND METHOD}Secondary battery performance estimation apparatus and method {SECONDARY BATTERY PERFORMANCE ESTIMATION APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 이차 전지 성능 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for estimating secondary battery performance.

최근 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 휴대폰 등에 대한 기술 개발과 수요의 증가로 이차 전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 각국이 배터리 개발 및 생산에 박차를 가하고 있다.Recently, demand for secondary batteries is also rapidly increasing due to technological development and increased demand for electric vehicles, hybrid electric vehicles, mobile phones, etc., and countries are accelerating the development and production of batteries.

이러한 이차 전지는 전극 조립체를 포함하며, 전극 조립체의 양극판에는 양극 탭이 돌출되고 음극판에는 음극 탭이 돌출된 형태로 구비되는데, 상기 전극 탭은 외부 장치와 접촉을 통해 전기적으로 연결되고, 이차 전지는 이러한 전극 탭을 통해 외부 장치에 전력을 공급하거나 공급받게 된다.Such a secondary battery includes an electrode assembly, and a positive electrode tab protrudes from the positive plate of the electrode assembly and a negative electrode tab protrudes from the negative plate. The electrode tab is electrically connected to an external device through contact, and the secondary battery Power is supplied to or received from an external device through these electrode tabs.

위와 같은 전지의 성능을 평가하기 위해서는, 전지 열 해석이 필수적인데, 종래의 배터리 열 해석의 경우 배터리의 3D CAD모델을 생성하여 3D 해석 프로그램으로 냉각 성능을 해석하였는 바, 배터리의 전기적 구동 특성을 반영하지 못하고 제한적인 전류 온도 조건에서만 해석이 가능한 문제가 존재하였다.In order to evaluate the performance of the battery as above, battery thermal analysis is essential. In the case of conventional battery thermal analysis, a 3D CAD model of the battery was created and the cooling performance was analyzed with a 3D analysis program, reflecting the electrical driving characteristics of the battery However, there was a problem in which analysis was possible only under limited current temperature conditions.

또한, 상술한 종래 배터리 열 해석의 경우 해석 시간이 오래 걸려 다양한 케이스를 해석하는데 한계가 있었다. In addition, in the case of the conventional battery thermal analysis described above, there is a limit in analyzing various cases because the analysis time is long.

한국등록특허 제10-1609076호(2016.04.04)Korean Patent Registration No. 10-1609076 (2016.04.04)

본 발명의 실시예들은, 전지의 전기적 성능 및 냉각 성능을 등가 회로 모델화 하여, 다양한 배터리 동작 환경 및 전류구동에 따른 열 구동을 실시간으로 해석할 수 있는 전지 성능 추정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.Embodiments of the present invention are to provide an apparatus and method for estimating battery performance capable of real-time analysis of thermal drive according to various battery operating environments and current driving by modeling electrical performance and cooling performance of a battery as equivalent circuits.

또한, 본 발명의 실시예들은, 추정 온도와 실제 측정 온도의 오차를 계산하여, 전지상의 기 결정된 위치의 열전달계수를 보정함으로써 추정 온도의 정확도를 높일 수 있는 전지 성능 추정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, embodiments of the present invention are to provide an apparatus and method for estimating battery performance capable of increasing the accuracy of the estimated temperature by calculating an error between the estimated temperature and the actual measured temperature and correcting the heat transfer coefficient at a predetermined location on the battery. will be.

또한, 본 발명의 실시예들은, 회로 모델의 구성을 달리하여 온도 추정에 대한 정확도를 높일 수 있는 전지 성능 추정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, embodiments of the present invention are to provide an apparatus and method for estimating battery performance capable of increasing the accuracy of temperature estimation by changing the configuration of a circuit model.

또한, 본 발명의 실시예들은, 전지상의 복수개 위치에 대한 온도를 추정할 수 있는 전지 성능 추정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, embodiments of the present invention are to provide a battery performance estimation apparatus and method capable of estimating temperatures of a plurality of locations on a battery.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전지의 기 결정된 위치의 전기적 특성을 회로 모델화 하는 회로 모델링부; 상기 전지의 충전 또는 방전 전류를 측정하는 전류 측정부; 상기 전지의 외부 온도를 측정하는 외부 온도 측정부; 및 상기 전류 측정부를 통해 측정된 측정전류 및 상기 외부 온도 측정부를 통해 측정된 외부 온도를 통해 상기 회로 모델 및 상기 기 결정된 위치의 냉각 특성을 이용하여 상기 기 결정된 위치의 온도를 예측하는 온도 추정부;를 포함하는, 전지 성능 추정 장치를 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a circuit modeling unit for circuit modeling electrical characteristics of a predetermined position of the battery; a current measuring unit for measuring a charging or discharging current of the battery; an external temperature measurement unit for measuring an external temperature of the battery; and a temperature estimating unit predicting a temperature of the predetermined location using the circuit model and cooling characteristics of the predetermined location based on the measured current measured through the current measurement unit and the external temperature measured through the external temperature measurement unit. Including, it is possible to provide a battery performance estimation device.

상기 냉각 특성은 상기 기 결정된 위치의 열전달계수일 수 있다.The cooling characteristic may be a heat transfer coefficient of the predetermined position.

상기 기 결정된 위치의 온도를 측정하는 온도 실측부;를 더 포함할 수 있다.It may further include a temperature measurement unit for measuring the temperature of the predetermined position.

상기 온도 실측부를 통해 측정된 측정온도 및 상기 온도 추정부를 통해 예측된 예측온도의 오차에 따라 상기 예측온도 값을 보정하는 온도 보정부;를 더 포함할 수 있다.The temperature correction unit may further include a temperature correction unit correcting the predicted temperature value according to an error between the measured temperature measured through the temperature measurement unit and the predicted temperature predicted through the temperature estimation unit.

상기 온도 보정부는 상기 오차 값에 따라 상기 기 결정된 위치의 열전달계수를 보정할 수 있다.The temperature correction unit may correct the heat transfer coefficient of the predetermined position according to the error value.

상기 온도 보정부는 상기 오차 값이 기 설정된 크기 이상인 경우, 측정 오류를 통보하는 알람부를 포함할 수 있다.The temperature correcting unit may include an alarm unit notifying a measurement error when the error value is greater than or equal to a predetermined size.

상기 온도 추정부는 하기 수학식을 통해 예측할 수 있다.The temperature estimator may estimate through the following equation.

Figure 112017086258898-pat00001
Figure 112017086258898-pat00001

(여기서, U는 상기 기 결정된 위치의 열전달계수(

Figure 112017086258898-pat00002
), A는 상기 기 결정된 위치의 냉각 표면적(
Figure 112017086258898-pat00003
), Tb는 상기 기 결정된 위치의 온도(K), Tair는 상기 위부 온도 측정부를 통해 측정된 전지의 외부 온도(K), c는 상기 전지의 비열(cal/gC), m은 상기 전지의 질량,
Figure 112017086258898-pat00004
는 시간 변화에 따른 상기 기 결정된 위치의 온도 변화(K/s), I는 상기 전류 측정부를 통해 측정된 전류(A), R은 상기 기 결정된 위치의 저항())(Where U is the heat transfer coefficient of the predetermined position (
Figure 112017086258898-pat00002
), A is the cooling surface area at the predetermined location (
Figure 112017086258898-pat00003
), T b is the temperature (K) of the predetermined position, T air is the external temperature (K) of the battery measured through the upper temperature measuring unit, c is the specific heat (cal/gC) of the battery, and m is the battery the mass of
Figure 112017086258898-pat00004
Is the temperature change (K/s) of the predetermined position over time, I is the current (A) measured through the current measuring unit, R is the resistance ( ) of the predetermined position)

상기 회로 모델링부는 상기 전지의 복수개 위치의 전기적 특성을 회로 모델화 하고, 상기 온도 추정부는 상기 복수개 위치의 온도를 예측할 수 있다.The circuit modeling unit may model electrical characteristics of a plurality of locations of the battery, and the temperature estimating unit may predict temperatures of the plurality of locations.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전지의 기 결정된 위치의 전기적 특성이 회로 모델화 되고, 상기 전지의 충전 또는 방전 전류가 측정되고, 상기 전지의 외부 온도가 측정되며, 상기 측정전류 및 상기 외부 온도를 통해 상기 회로 모델 및 상기 기 결정된 위치의 냉각 특성을 이용하여 상기 기 결정된 위치의 온도가 예측될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the electrical characteristics of a predetermined position of the battery are modeled as a circuit, the charging or discharging current of the battery is measured, the external temperature of the battery is measured, and the measured current and the external temperature are measured. Through this, the temperature of the predetermined location may be predicted using the circuit model and the cooling characteristics of the predetermined location.

상기 기 결정된 위치의 열전달계수를 통해 온도가 예측될 수 있다.The temperature may be predicted through the heat transfer coefficient of the predetermined position.

상기 기 결정된 위치의 온도가 측정되고, 상기 측정온도 및 상기 예측온도의 오차에 따라 예측온도 값이 보정될 수 있다.The temperature of the predetermined location may be measured, and the predicted temperature value may be corrected according to an error between the measured temperature and the predicted temperature.

상기 오차 값에 따라 상기 기 결정된 위치의 열전달계수가 보정될 수 있다.The heat transfer coefficient of the predetermined position may be corrected according to the error value.

상기 오차 값이 기 설정된 크기 이상인 경우, 측정 오류가 통보될 수 있다.When the error value is greater than or equal to a predetermined size, a measurement error may be notified.

상기 기 결정된 위치의 온도는 하기 수학식을 통해 예측될 수 있다.The temperature of the predetermined position may be estimated through the following equation.

Figure 112017086258898-pat00005
Figure 112017086258898-pat00005

(여기서, U는 상기 기 결정된 위치의 열전달계수(

Figure 112017086258898-pat00006
), A는 상기 기 결정된 위치의 냉각 표면적(
Figure 112017086258898-pat00007
), Tb는 상기 기 결정된 위치의 온도(K), Tair는 상기 위부 온도 측정부를 통해 측정된 전지의 외부 온도(K), c는 상기 전지의 비열(cal/gC), m은 상기 전지의 질량,
Figure 112017086258898-pat00008
는 시간 변화에 따른 상기 기 결정된 위치의 온도 변화(K/s), I는 상기 전류 측정부를 통해 측정된 전류(A), R은 상기 기 결정된 위치의 저항())(Where U is the heat transfer coefficient of the predetermined position (
Figure 112017086258898-pat00006
), A is the cooling surface area at the predetermined location (
Figure 112017086258898-pat00007
), T b is the temperature (K) of the predetermined position, T air is the external temperature (K) of the battery measured through the upper temperature measuring unit, c is the specific heat (cal/gC) of the battery, and m is the battery the mass of
Figure 112017086258898-pat00008
Is the temperature change (K/s) of the predetermined position over time, I is the current (A) measured through the current measuring unit, R is the resistance ( ) of the predetermined position)

상기 기 결정된 위치가 복수개 설정되고, 상기 복수개 위치의 전기적 특성이 회로 모델화 되며, 상기 복수개 위치의 온도가 예측될 수 있다.A plurality of predetermined positions may be set, electrical characteristics of the plurality of positions may be modeled as circuits, and temperatures of the plurality of positions may be predicted.

본 발명의 실시예들에 의하면, 전지의 전기적 성능 및 냉각 성능을 등가 회로 모델화 하여, 다양한 배터리 동작 환경 및 전류구동에 따른 열 구동을 실시간으로 해석할 수 있다.According to embodiments of the present invention, by modeling the electrical performance and cooling performance of a battery as an equivalent circuit, it is possible to analyze various battery operating environments and thermal drive according to current drive in real time.

또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 추정 온도와 실제 측정 온도의 오차를 계산하여, 전지상의 기 결정된 위치의 열전달계수를 보정함으로써 추정 온도의 정확도를 높일 수 있다.In addition, according to embodiments of the present invention, the accuracy of the estimated temperature can be increased by calculating an error between the estimated temperature and the actual measured temperature and correcting the heat transfer coefficient at a predetermined location on the battery.

또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 회로 모델의 구성을 달리하여 온도 추정에 대한 정확도를 높일 수 있다.In addition, according to embodiments of the present invention, the accuracy of temperature estimation can be increased by changing the configuration of the circuit model.

또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 전지상의 복수개 위치에 대한 온도를 추정할 수 있다.In addition, according to the embodiments of the present invention, the temperature of a plurality of locations on the battery can be estimated.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 성능 추정 장치를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 전지의 전기적 성능 및 냉각 성능을 회로 모델화한 모습을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 추정의 정확도를 높이기 위해 전지의 전기적 성능의 회로 구성을 달리한 모습을 나타낸 도면
1 is a diagram showing an apparatus for estimating battery performance according to an embodiment of the present invention;
2 is a diagram showing circuit modeling of electrical performance and cooling performance of a battery according to another embodiment of the present invention;
3 is a view showing a state in which a circuit configuration of electrical performance of a battery is changed to increase estimation accuracy according to another embodiment of the present invention;

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, this is only an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명을 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. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.The technical spirit of the present invention is determined by the claims, and the following examples are only one means for efficiently explaining the technical spirit of the present invention to those skilled in the art to which the present invention belongs.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 성능 추정 장치(10)를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing an apparatus 10 for estimating battery performance according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 성능 추정 장치(10)는, 전지의 기 결정된 위치의 전기적 특성을 회로 모델화 하는 회로 모델링부(200), 전지의 충전 또는 방전 전류를 측정하는 전류 측정부(210), 전지의 외부 온도를 측정하는 외부 온도 측정부(100) 및 상기 전류 측정부(210)를 통해 측정된 측정전류 및 상기 외부 온도 측정부(100)를 통해 측정된 외부 온도를 통해 상기 회로 모델 및 상기 기 결정된 위치의 냉각 특성을 이용하여 상기 기 결정된 위치의 온도를 예측하는 온도 추정부(300);를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , an apparatus 10 for estimating battery performance according to an embodiment of the present invention includes a circuit modeling unit 200 that models electrical characteristics of a predetermined location of a battery as a circuit, and measures charging or discharging current of the battery. a current measuring unit 210 that measures the external temperature of the battery, and the measured current measured through the current measuring unit 210 and the external temperature measured through the external temperature measuring unit 100 and a temperature estimator 300 that predicts the temperature of the predetermined location using the circuit model and cooling characteristics of the predetermined location through temperature.

구체적으로, 상기 전지의 기 결정된 위치는, 복수의 전지가 연결되어 형성된 전지 모듈에서 전지 상호간을 전기적으로 연결하는 버스바, 각 전지에서 돌출된 전극 탭 또는 전지 바디 등 전지 모듈 전체를 기준으로 자유롭게 결정될 수 있다.Specifically, the predetermined position of the battery may be freely determined based on the entire battery module, such as a bus bar electrically connecting the batteries to each other in a battery module formed by connecting a plurality of batteries, an electrode tab protruding from each battery, or a battery body. can

또한, 전지의 기 결정된 위치에 따라 상기 기 결정된 위치에서 전지의 전기적 특성 역시 달라지는 바, 상기 회로 모델링부(200)의 회로 모델 역시 달라질 수 있다. 예를 들어, 후술할 도 2 및 도 3에 도시된 전기적 성능 모델(500)과 같이 회로 모델화 될 수 있는데, 도 3의 회로 구성(520)과 같이 모델링 되는 경우, 온도 추정의 정확도가 더 높을 수 있다.In addition, since electrical characteristics of the battery at the predetermined position also vary according to the predetermined position of the battery, the circuit model of the circuit modeling unit 200 may also vary. For example, the circuit may be modeled like the electrical performance model 500 shown in FIGS. 2 and 3 to be described later. When modeled as the circuit configuration 520 of FIG. 3 , the temperature estimation accuracy may be higher. have.

또한, 상술한 바와 같이 상기 온도 추정부(300)는 전류 측정부(210)를 통해 측정된 측정전류 및 외부 온도 측정부(100)를 통해 측정된 외부 온도를 통해 회로 모델 및 기 결정된 위치의 냉각 특성을 이용하여 상기 기 결정된 위치의 온도를 예측할 수 있는데, 이 때, 상술한 전지의 냉각 특성은 전지의 기 결정된 위치의 열전달계수일 수 있다.In addition, as described above, the temperature estimator 300 cools the circuit model and the predetermined position through the measured current measured through the current measurer 210 and the external temperature measured through the external temperature measurer 100. The temperature of the predetermined position can be predicted using the characteristic. In this case, the cooling characteristic of the battery described above may be the heat transfer coefficient of the predetermined position of the battery.

또한, 앞서 서술한 바와 같이 전지의 기 결정된 위치는 전지 모듈에 있어서 버스바, 전극 탭 또는 전지 바디 등 자유롭게 결정될 수 있는 바, 상기 열전달계수 역시 결정된 위치에 따라 달라질 수 있다.In addition, as described above, a predetermined position of a battery may be freely determined in a battery module, such as a bus bar, an electrode tab, or a battery body, and the heat transfer coefficient may also vary according to the determined position.

나아가, 상기 온도 추정부(300)는 하기 수학식 1을 통해 전지 기 결정된 위치의 온도를 예측할 수 있다.Furthermore, the temperature estimating unit 300 may predict the temperature of the battery predetermined location through Equation 1 below.

Figure 112017086258898-pat00009
Figure 112017086258898-pat00009

여기서, U는 상기 기 결정된 위치의 열전달계수(

Figure 112017086258898-pat00010
), A는 상기 기 결정된 위치의 냉각 표면적(
Figure 112017086258898-pat00011
)을 나타내며, Tb는 상기 기 결정된 위치의 온도(K), Tair는 상기 위부 온도 측정부(100)를 통해 측정된 전지의 외부 온도(K)이고, c는 상기 전지의 비열(cal/gC)을, m은 상기 전지의 질량을,
Figure 112017086258898-pat00012
는 시간 변화에 따른 상기 기 결정된 위치의 온도 변화(K/s)를 나타낸다. 또한, I는 상기 전류 측정부(210)를 통해 측정된 전류(A)를, R은 상기 기 결정된 위치의 저항()을 나타낸다.Here, U is the heat transfer coefficient of the predetermined position (
Figure 112017086258898-pat00010
), A is the cooling surface area at the predetermined location (
Figure 112017086258898-pat00011
), T b is the temperature (K) of the predetermined position, T air is the external temperature (K) of the battery measured through the upper temperature measuring unit 100, and c is the specific heat (cal/ gC), m is the mass of the battery,
Figure 112017086258898-pat00012
Represents the temperature change (K/s) of the predetermined position with time change. In addition, I represents the current (A) measured through the current measurement unit 210, and R represents the resistance ( ) of the predetermined position.

또한, 상기

Figure 112017086258898-pat00013
은 전지의 전기적 특성에 의한 발열량을 의미하는 것으로, 온도 추정부(300)의 전지 기 결정된 위치의 온도를 예측하는 과정에서 상기 수학식 2를 이용함으로써 전지의 전기적 성능 및 냉각 성능을 동시에 고려할 수 있다.Also, the above
Figure 112017086258898-pat00013
denotes the calorific value due to the electrical characteristics of the battery, and by using Equation 2 above in the process of estimating the temperature at the predetermined location of the battery in the temperature estimating unit 300, the electrical performance and cooling performance of the battery can be considered at the same time. .

또한, 위와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 성능 추정 장치(10)는 전지의 전기적 성능 및 냉각 성능을 동시에 고려할 수 있는 바, 제한적인 전류, 환경 온도 조건에서만 해석 가능하던 종래 기술과 달리 전류에 따른 온도 구동을 실시간으로 확인 할 수 있고, 계산 시간을 감소시킬 수 있다.In addition, as described above, the battery performance estimation apparatus 10 according to an embodiment of the present invention can simultaneously consider the electrical performance and cooling performance of the battery, unlike the prior art that can be analyzed only under limited current and environmental temperature conditions, current The temperature drive according to can be checked in real time, and the calculation time can be reduced.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 성능 추정 장치(10)는 전지 기 결정된 위치에서 상기 위치의 실제 온도를 측정하는 온도 실측부(410) 및 온도 추정부(300)를 통해 추정된 예측온도 값을 보정하는 온도 보정부(400)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, in the battery performance estimation apparatus 10 according to an embodiment of the present invention, the predicted temperature estimated through the temperature measuring unit 410 and the temperature estimating unit 300 for measuring the actual temperature of the battery at a predetermined location. A temperature correction unit 400 for correcting the value may be further included.

구체적으로, 온도 실측부(410)는 전지의 기 결정된 위치의 실제 온도를 측정할 수 있고, 온도 추정부(300)는 상술한 바와 같이 전지의 기 결정된 위치의 온도를 추정할 수 있는데, 상기 온도 보정부(400)는 측정온도 및 예측온도의 오차에 따라 온도 측정부(100)의 예측온도 값을 보정함으로써 전지 성능 추정 장치(10)의 온도 추정 정확도를 높일 수 있다.Specifically, the temperature measurement unit 410 may measure the actual temperature of the predetermined location of the battery, and the temperature estimation unit 300 may estimate the temperature of the predetermined location of the battery as described above. The correction unit 400 can improve temperature estimation accuracy of the battery performance estimation apparatus 10 by correcting the predicted temperature value of the temperature measuring unit 100 according to the error between the measured temperature and the predicted temperature.

또한, 온도 보정부(400)는 측정온도 및 예측온도의 오차에 따라 상기 전지 기 결정된 위치의 열전달계수를 보정함으로써 온도 측정부(100)의 예측온도 값을 보정할 수 있다.In addition, the temperature correction unit 400 may correct the predicted temperature value of the temperature measuring unit 100 by correcting the heat transfer coefficient of the predetermined position of the battery according to the error between the measured temperature and the predicted temperature.

예를 들어, 상기 측정온도 및 예측온도의 오차가 3°C 이하인 경우, 기존 열전달계수를 그대로 이용하여 온도 추정부(300)의 예측온도 값을 보정하지 않을 수 있고, 상기 측정온도 및 예측온도의 오차가 3°C이상인 경우, 온도 추정부(300)의 전지 온도 추정 시 기존 열전달계수에 보정계수를 곱하여 보정된 열전달계수를 이용함으로써 온도 추정부(300)의 예측온도 값을 보정할 수 있다. For example, when the error between the measured temperature and the predicted temperature is 3 ° C or less, the predicted temperature value of the temperature estimator 300 may not be corrected using the existing heat transfer coefficient as it is, and the measured temperature and predicted temperature When the error is greater than 3°C, the predicted temperature value of the temperature estimating unit 300 may be corrected by using the corrected heat transfer coefficient by multiplying the existing heat transfer coefficient by the correction coefficient when estimating the temperature of the battery by the temperature estimating unit 300 .

나아가, 전지의 기 결정된 위치상의 온도를 측정하는 과정에서 측정 간 오차가 발생할 수 있는 바, 온도 보정부(400)는 측정온도 및 예측온도의 오차 값이 기 설정된 크기 이상인 경우, 측정 오류를 통보하는 알람부(420)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 알람부(420)의 알림 기준 값이 6°C로 설정되고, 상기 측정온도 및 예측온도의 오차 크기가 6°C 이상인 경우, 상기 알람부(420)는 사용자에게 측정 오류를 통보할 수 있다. 이를 통해, 사용자는 전지 온도 측정 간 오류를 인지할 수 있게 되고, 불필요한 예측온도 보정 등을 방지하여 전지 성능 추정 장치(10)의 신뢰도를 높일 수 있다.Furthermore, an error may occur between measurements in the process of measuring the temperature at a predetermined position of the battery, and the temperature compensator 400 notifies the measurement error when the error value of the measured temperature and the predicted temperature exceeds a predetermined size. An alarm unit 420 may be included. For example, when the notification reference value of the alarm unit 420 is set to 6°C and the error size between the measured temperature and the predicted temperature is 6°C or more, the alarm unit 420 notifies the user of a measurement error. can notify Through this, the user can recognize an error between battery temperature measurements, and can prevent unnecessary predicted temperature correction, etc., thereby increasing the reliability of the battery performance estimating device 10 .

온도 보정 및 알림에 관한 구체적인 예시는 하기 표 1 및 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.Specific examples of temperature correction and notification may be shown in Table 1 and Equation 2 below.

측정온도 - 예측온도Measured temperature - predicted temperature w(보정계수)w (correction factor) 6°C 이상above 6°C 측정 오류 알림Measurement error notification 3°C 이상, 6°C 미만Above 3°C, below 6°C 1.051.05 -3°C 이상, 3°C 미만Above -3°C, below 3°C 1One -6°C 이상, -3°C 미만Above -6°C, below -3°C 0.950.95 -6°C 미만Below -6°C 측정 오류 알림Measurement error notification

Figure 112017086258898-pat00014
Figure 112017086258898-pat00014

이 때, 상기 U는 전지 기 결정된 위치의 보정된 열전달계수(

Figure 112017086258898-pat00015
), Ui는 기존 열전달계수(
Figure 112017086258898-pat00016
), w는 온도 보정부(400)의 열전달계수 보정을 위한 보정계수일 수 있다.At this time, U is the corrected heat transfer coefficient of the predetermined position of the battery (
Figure 112017086258898-pat00015
), U i is the conventional heat transfer coefficient (
Figure 112017086258898-pat00016
), w may be a correction coefficient for correcting the heat transfer coefficient of the temperature correction unit 400.

한편, 상기 회로 모델링부(200)는 전지의 복수개 위치의 전기적 특성을 회로 모델화 하고, 상기 온도 측정부(100)는 상기 복수개의 위치의 온도를 예측함으로써 전지 상의 다 위치의 온도분포를 추정할 수 있다.Meanwhile, the circuit modeling unit 200 may model electrical characteristics of a plurality of locations of the battery as circuit models, and the temperature measuring unit 100 may estimate temperature distributions at multiple locations on the battery by predicting temperatures of the plurality of locations. have.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 성능 추정 장치(10)는 전지의 기 결정된 위치에 대한 전기적 특성을 회로 모델화 하고, 상기 기 결정된 위치에 대한 냉각 특성을 함께 고려하여 상기 위치의 온도를 예측할 수 있는데, 위 전지의 복수개 위치에 대한 전기적 특성을 각각 회로 모델화 하여 복수개의 회로 모델을 이용함으로써 상기 전지의 복수개 위치에 대한 온도분포를 추정할 수 있다.As described above, the apparatus 10 for estimating battery performance according to an embodiment of the present invention models the electric characteristics of a predetermined location of the battery as a circuit model and considers the cooling characteristics of the predetermined location to determine the location of the battery. The temperature can be predicted, and the temperature distribution at the plurality of positions of the battery can be estimated by modeling the electrical characteristics of the plurality of positions of the battery as circuit models, respectively, and using the plurality of circuit models.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 전지의 전기적 성능 및 냉각 성능을 회로 모델화한 모습을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 추정의 정확도를 높이기 위해 전지의 전기적 성능의 회로 구성(510, 520)을 달리한 모습을 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing circuit modeling of electrical performance and cooling performance of a battery according to another embodiment of the present invention, and FIG. It is a diagram showing a different circuit configuration (510, 520).

도 2 및 3을 참조하면, 전지의 외부 온도가 측정되고(S100), 전지의 기 결정된 위치의 전기적 특성이 회로 모델화 되며, 상기 전지의 충전 또는 방전 전류가 측정되어 전지의 측정전류에 대한 전지 발열량이 계산되고(S200), 상기 측정전류 및 상기 회로 모델을 통해 계산된 전지 발열량, 상기 외부 온도 및 전지의 기 결정된 위치의 냉각 특성을 통해 전지의 기 결정된 위치의 온도가 예측될 수 있다(S300). 이 때, 상기 전지의 기 결정된 위치의 냉각 특성은 상기 기 결정된 위치의 열전달계수를 통해 반영될 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3, the external temperature of the battery is measured (S100), the electrical characteristics of a predetermined position of the battery are modeled as a circuit, and the charging or discharging current of the battery is measured, and the battery calorific value for the measured current of the battery is calculated (S200), and the temperature of the predetermined position of the battery may be predicted through the calorific value of the battery calculated through the measured current and the circuit model, the external temperature, and the cooling characteristics of the predetermined position of the battery (S300). . In this case, the cooling characteristics of the predetermined location of the battery may be reflected through the heat transfer coefficient of the predetermined location.

위와 같이, 전지의 전기적 성능 모델(500) 및 냉각 성능 모델(600)을 등가 회로 모델로 모사 함으로써 전지의 전기적 성능 및 냉각 성능을 동시에 고려할 수 있는 바, 제한적인 전류, 환경 온도 조건에서만 해석 가능하던 종래 기술과 달리 전류에 따른 온도 구동을 실시간으로 확인 할 수 있고, 계산 시간을 감소시킬 수 있다.As described above, by simulating the electrical performance model 500 and the cooling performance model 600 of the battery as an equivalent circuit model, the electrical performance and cooling performance of the battery can be considered at the same time, which can be analyzed only under limited current and environmental temperature conditions. Unlike the prior art, the temperature drive according to the current can be checked in real time, and the calculation time can be reduced.

한편, 상기 기 결정된 위치의 온도 예측에 관한 구체적인 계산식은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 성능 추정 장치(10)의 수학식 1과 동일한 바, 자세한 설명은 생략한다.Meanwhile, a specific calculation formula for predicting the temperature of the predetermined position is the same as Equation 1 of the battery performance estimation apparatus 10 according to an embodiment of the present invention described above, and thus a detailed description thereof will be omitted.

또한, 전지의 기 결정된 위치의 온도가 측정될 수 있고(S410), 실제 측정된 측정온도 및 예측온도의 오차 값에 따라 상기 예측온도가 보정됨으로써 전지 성능 추정의 정확도가 높아질 수 있다(S400). 구체적으로, 상기 측정온도 및 예측온도의 오차 값 크기에 따라 열전달계수값이 보정됨으로써 예측온도가 보정될 수 있고, 상기 오차 값이 기 설정된 크기보다 큰 경우, 사용자에게 측정오류를 통보함으로써 전지 성능 추정에 대한 신뢰도를 높일 수 있다.In addition, the temperature of a predetermined location of the battery may be measured (S410), and the predicted temperature may be corrected according to an error value between the actually measured measured temperature and the predicted temperature, thereby increasing the accuracy of battery performance estimation (S400). Specifically, the predicted temperature may be corrected by correcting the heat transfer coefficient value according to the size of the error value between the measured temperature and the predicted temperature, and if the error value is greater than a preset size, the battery performance is estimated by notifying the user of the measurement error. reliability can be increased.

이 때, 예측온도 보정에 대한 구체적인 내용은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 성능 추정 장치(10)의 온도 보정부(400)의 보정 방식과 동일한 바, 자세한 설명은 생략한다.In this case, specific details of the predicted temperature correction are the same as the correction method of the temperature corrector 400 of the battery performance estimation apparatus 10 according to an embodiment of the present invention described above, and thus detailed descriptions are omitted.

나아가, 전지의 기 결정된 위치가 복수개 설정되고, 상기 복수개 위치 각각에 대한 전기적 특성 각각이 회로 모델화 되어 복수개의 회로 모델을 이용함으로써 상기 전지의 복수개 위치에 대한 온도분포를 추정할 수 있다.Furthermore, a plurality of predetermined positions of the battery are set, electrical characteristics of each of the plurality of positions are modeled as circuits, and the temperature distribution at the plurality of positions of the battery may be estimated by using the plurality of circuit models.

한편, 본 명세서 도 2 및 3에 도시된 회로 모델은 예시적인 것으로 이에 한정되지 않고, 전지의 기 결정된 위치의 전기적 특성이 반영될 수 있는 회로 구성(510, 520)이면 충분하다.Meanwhile, the circuit models shown in FIGS. 2 and 3 of this specification are illustrative and not limited thereto, and circuit configurations 510 and 520 that can reflect electrical characteristics of predetermined positions of the battery are sufficient.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Although the present invention has been described in detail through representative examples above, those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. will understand Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should not be defined, and should be defined by not only the claims to be described later, but also those equivalent to these claims.

10 : 전지 성능 추정 장치
100 : 온도 측정부
200 : 회로 모델링부
210 : 전류 측정부
300 : 온도 추정부
400 : 온도 보정부
410 : 온도 실측부
420 : 알람부
500 : 전기적 성능 모델
510, 520 : 회로 구성
600 : 냉각 성능 모델10: battery performance estimation device
100: temperature measuring unit
200: circuit modeling unit
210: current measuring unit
300: temperature estimation unit
400: temperature correction unit
410: temperature measurement unit
420: alarm unit
500: electrical performance model
510, 520: circuit configuration
600: cooling performance model

Claims (15)

이차 전지의 기 결정된 위치의 전기적 특성을 회로 모델화 하는 회로 모델링부;
상기 이차 전지의 충전 또는 방전 전류를 측정하는 전류 측정부;
상기 이차 전지의 외부 온도를 측정하는 외부 온도 측정부; 및
상기 전류 측정부를 통해 측정된 측정전류 및 상기 외부 온도 측정부를 통해 측정된 외부 온도를 통해 상기 회로 모델 및 상기 기 결정된 위치의 냉각 특성을 이용하여 상기 기 결정된 위치의 온도를 예측하는 온도 추정부;를 포함하고,
상기 회로 모델은,
제1 저항과 제1 커패시터가 병렬 연결된 제1 회로; 및
상기 제1 회로에 직렬 연결되는 제2 저항을 포함하는,
이차 전지 성능 추정 장치.a circuit modeling unit for circuit modeling electrical characteristics of a predetermined location of the secondary battery;
a current measuring unit measuring a charging or discharging current of the secondary battery;
an external temperature measurement unit measuring an external temperature of the secondary battery; and
a temperature estimating unit that predicts the temperature of the predetermined position using the circuit model and cooling characteristics of the predetermined position through the measured current measured through the current measuring unit and the external temperature measured through the external temperature measuring unit; include,
The circuit model is
a first circuit in which a first resistor and a first capacitor are connected in parallel; and
Including a second resistor connected in series to the first circuit,
Secondary battery performance estimation device. 청구항 1에 있어서,
상기 냉각 특성은 상기 기 결정된 위치의 열전달계수인, 이차 전지 성능 추정 장치.The method of claim 1,
The cooling characteristic is a heat transfer coefficient of the predetermined position, the secondary battery performance estimating device. 청구항 1에 있어서,
상기 기 결정된 위치의 온도를 측정하는 온도 실측부;를 더 포함하는, 이차 전지 성능 추정 장치.The method of claim 1,
The apparatus for estimating secondary battery performance, further comprising: a temperature measuring unit configured to measure the temperature of the predetermined location. 청구항 3에 있어서,
상기 온도 실측부를 통해 측정된 측정온도 및 상기 온도 추정부를 통해 예측된 예측온도의 오차에 따라 상기 예측온도 값을 보정하는 온도 보정부;를 더 포함하는, 이차 전지 성능 추정 장치.The method of claim 3,
and a temperature correcting unit configured to correct the predicted temperature value according to an error between the measured temperature measured through the temperature measuring unit and the predicted temperature predicted through the temperature estimating unit. 청구항 4에 있어서,
상기 온도 보정부는,
상기 오차 값에 따라 상기 기 결정된 위치의 열전달계수를 보정하는, 이차 전지 성능 추정 장치.The method of claim 4,
The temperature correction unit,
The apparatus for estimating secondary battery performance, which corrects the heat transfer coefficient at the predetermined position according to the error value. 청구항 4에 있어서,
상기 온도 보정부는,
상기 오차 값이 기 설정된 크기 이상인 경우, 측정 오류를 통보하는 알람부를 포함하는, 이차 전지 성능 추정 장치.The method of claim 4,
The temperature correction unit,
and an alarm unit notifying a measurement error when the error value is equal to or greater than a predetermined size. 청구항 1에 있어서,
상기 온도 추정부는 하기 수학식을 통해 예측하는, 이차 전지 성능 추정 장치.
Figure 112022043197866-pat00017

(여기서, U는 상기 기 결정된 위치의 열전달계수(
Figure 112022043197866-pat00018
), A는 상기 기 결정된 위치의 냉각 표면적(
Figure 112022043197866-pat00019
), Tb는 상기 기 결정된 위치의 온도(K), Tair는 상기 외부 온도 측정부를 통해 측정된 이차 전지의 외부 온도(K), c는 상기 이차 전지의 비열(cal/g°C), m은 상기 이차 전지의 질량,
Figure 112022043197866-pat00020
는 시간 변화에 따른 상기 기 결정된 위치의 온도 변화(K/s), I는 상기 전류 측정부를 통해 측정된 전류(A), R은 상기 기 결정된 위치의 저항(Ω))
The method of claim 1,
The temperature estimator predicts through the following equation, the secondary battery performance estimation device.
Figure 112022043197866-pat00017

(Where U is the heat transfer coefficient of the predetermined position (
Figure 112022043197866-pat00018
), A is the cooling surface area at the predetermined location (
Figure 112022043197866-pat00019
), T b is the temperature (K) of the predetermined position, T air is the external temperature (K) of the secondary battery measured through the external temperature measuring unit, c is the specific heat (cal/g°C) of the secondary battery, m is the mass of the secondary battery,
Figure 112022043197866-pat00020
Is the temperature change (K/s) of the predetermined position over time, I is the current (A) measured through the current measuring unit, R is the resistance (Ω) of the predetermined position)
 청구항 1에 있어서,
상기 회로 모델링부는 상기 이차 전지의 복수개 위치의 전기적 특성을 회로 모델화 하고,
상기 온도 추정부는 상기 복수개 위치의 온도를 예측하는, 이차 전지 성능 추정 장치.The method of claim 1,
The circuit modeling unit circuit models electrical characteristics of a plurality of positions of the secondary battery,
The secondary battery performance estimator of claim 1, wherein the temperature estimator predicts temperatures of the plurality of locations. 이차 전지의 기 결정된 위치의 전기적 특성이 회로 모델화 되고,
상기 이차 전지의 충전 또는 방전 전류가 측정되고,
상기 이차 전지의 외부 온도가 측정되며,
상기 측정전류 및 상기 외부 온도를 통해 상기 회로 모델 및 상기 기 결정된 위치의 냉각 특성을 이용하여 상기 기 결정된 위치의 온도가 예측되며,
상기 회로 모델은,
제1 저항과 제1 커패시터가 병렬 연결된 제1 회로; 및
상기 제1 회로에 직렬 연결되는 제2 저항을 포함하는,
이차 전지 성능 추정 방법.The electrical characteristics of the predetermined position of the secondary battery are modeled as a circuit,
The charge or discharge current of the secondary battery is measured,
The external temperature of the secondary battery is measured,
The temperature of the predetermined position is predicted using the circuit model and the cooling characteristics of the predetermined position through the measured current and the external temperature;
The circuit model is
a first circuit in which a first resistor and a first capacitor are connected in parallel; and
Including a second resistor connected in series to the first circuit,
Secondary battery performance estimation method. 청구항 9에 있어서,
상기 기 결정된 위치의 열전달계수를 통해 온도가 예측되는, 이차 전지 성능 추정 방법.The method of claim 9,
A method for estimating secondary battery performance, wherein the temperature is predicted through the heat transfer coefficient of the predetermined position. 청구항 9에 있어서,
상기 기 결정된 위치의 온도가 측정되고,
상기 측정온도 및 상기 예측온도의 오차에 따라 예측온도 값이 보정되는, 이차 전지 성능 추정 방법.The method of claim 9,
The temperature of the predetermined position is measured,
A method for estimating secondary battery performance, wherein a predicted temperature value is corrected according to an error between the measured temperature and the predicted temperature. 청구항 11에 있어서,
상기 오차 값에 따라 상기 기 결정된 위치의 열전달계수가 보정되는, 이차 전지 성능 추정 방법.The method of claim 11,
The method of estimating secondary battery performance, wherein the heat transfer coefficient of the predetermined position is corrected according to the error value. 청구항 11에 있어서,
상기 오차 값이 기 설정된 크기 이상인 경우, 측정 오류가 통보되는, 이차 전지 성능 추정 방법.The method of claim 11,
A method for estimating secondary battery performance, wherein a measurement error is notified when the error value is greater than or equal to a predetermined size. 청구항 9에 있어서,
상기 기 결정된 위치의 온도는 하기 수학식을 통해 예측되는, 이차 전지 성능 추정 방법.
Figure 112022043197866-pat00021

(여기서, U는 상기 기 결정된 위치의 열전달계수(
Figure 112022043197866-pat00022
), A는 상기 기 결정된 위치의 냉각 표면적(
Figure 112022043197866-pat00023
), Tb는 상기 기 결정된 위치의 온도(K), Tair는 상기 이차 전지의 외부 온도(K), c는 상기 이차 전지의 비열(cal/gC), m은 상기 이차 전지의 질량,
Figure 112022043197866-pat00024
는 시간 변화에 따른 상기 기 결정된 위치의 온도 변화(K/s), I는 상기 이차 전지의 전류(A), R은 상기 기 결정된 위치의 저항(Ω))
The method of claim 9,
The method of estimating secondary battery performance, wherein the temperature of the predetermined location is predicted through the following equation.
Figure 112022043197866-pat00021

(Where U is the heat transfer coefficient of the predetermined position (
Figure 112022043197866-pat00022
), A is the cooling surface area at the predetermined location (
Figure 112022043197866-pat00023
), T b is the temperature (K) of the predetermined position, T air is the external temperature (K) of the secondary battery, c is the specific heat (cal/gC) of the secondary battery, m is the mass of the secondary battery,
Figure 112022043197866-pat00024
is the change in temperature at the predetermined position over time (K/s), I is the current (A) of the secondary battery, R is the resistance (Ω) at the predetermined position)
 청구항 9에 있어서,
상기 기 결정된 위치가 복수개 설정되고,
상기 복수개 위치의 전기적 특성이 회로 모델화 되며,
상기 복수개 위치의 온도가 예측되는, 이차 전지 성능 추정 방법.The method of claim 9,
A plurality of the predetermined positions are set,
The electrical characteristics of the plurality of locations are modeled as a circuit,
A method for estimating secondary battery performance, wherein temperatures of the plurality of locations are predicted.
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