KR20160063070A - Apparatus and method for estimating battery state - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for estimating a battery state. In particular, the present invention relates to the technology of estimating the state of charging of battery of an electric automobile by using changes in a curved type of charging voltage. The present invention comprises: a feature extraction unit which extracts the feature of a change in a curve type of voltage corresponding to the time of charging a battery and sets up a feature vector; a classification unit which classifies a category pertaining to the feature vector extracted by the feature extraction unit through an ex post facto probability; and a battery state estimation unit which calculates an estimation for the state of charging of battery in response to the output of a classification unit and estimates the state of battery by comparing the estimation with the detected estimation. The present invention is designed to accurately estimate the deterioration degree (reduction in capacity) of battery by using the configuration change of a voltage curve which compares with the time at the time of charging battery.

Description

배터리 상태 추정 장치 및 방법{Apparatus and method for estimating battery state}[0001] Apparatus and method for estimating battery state [0002]

본 발명은 배터리 상태 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 충전 전압의 커브 형태 변화를 이용하여 전기 자동차의 배터리 잔존 용량을 추정할 수 있도록 하는 기술이다. The present invention relates to an apparatus and method for estimating a battery state, and more particularly, to a battery state estimation apparatus capable of estimating a battery remaining capacity of an electric vehicle using a curve shape change of a charging voltage.

오늘날 고유가와 이산화탄소 규제 등으로 인해 기존의 내연기관 자동차를 대체할 수 있는 친환경자동차의 개발이 활발히 진행되고 있다. 최근, 전기모터를 구동시켜 주행하는 순수 전기자동차나 내연기관과 전기모터를 구동원으로 함께 사용하는 하이브리드 자동차가 자동차 제조사에 따라 이미 상용화되어 출시되고 있거나 상용화를 앞두고 있는 상황이다. Today, due to high oil prices and carbon dioxide regulations, the development of environmentally friendly vehicles capable of replacing conventional internal combustion engine vehicles is actively under way. In recent years, pure electric vehicles that drive electric motors, hybrid electric vehicles that use an internal combustion engine and electric motors as driving sources have already been commercialized according to automobile manufacturers, or are in the process of being commercialized.

전기자동차나 하이브리드 자동차는 구동원이 되는 전기모터(Traction Motor)에 전력을 공급하기 위한 주 동력원으로 고전압 배터리(메인 배터리)를 탑재하고 있다. 더불어 배터리 충전을 위한 충전장치, 전기모터를 구동시키기 위한 인버터 등을 구비하고 있다. Electric vehicles and hybrid vehicles are equipped with a high-voltage battery (main battery) as a main power source for supplying power to an electric motor (traction motor) serving as a driving source. A charging device for charging the battery, an inverter for driving the electric motor, and the like.

또한, 배터리의 상태를 감시하는 배터리 제어기(Battery Management System, BMS)가 탑재된다. 이 배터리 제어기는 배터리의 온도, 전압, 충/방전 전류, 배터리 SOC(State Of Charge) 등에 관한 배터리 상태 정보를 수집한다. 그리고, 배터리 제어기는 수집되는 배터리 상태 정보를 차량 제어에 이용될 수 있도록 차량 내 타 제어기에 제공한다.In addition, a battery management system (BMS) for monitoring the state of the battery is mounted. This battery controller collects battery status information regarding battery temperature, voltage, charge / discharge current, battery state of charge (SOC), and the like. Then, the battery controller provides the collected battery state information to another controller in the vehicle so that it can be used for vehicle control.

특히, 배터리 제어기는 배터리 상태를 확인하여 배터리 상태가 일정한 수준 이상을 유지하도록 관리하며, 배터리 내구성 저하에 따른 수명 단축을 방지한다. 그리고, 배터리 제어기는 총합제어를 수행하는 차량 제어기에 배터리 SOC 정보를 알려줌으로써 배터리 상태를 고려한 차량 주행이 이루어질 수 있도록 한다.Particularly, the battery controller checks the state of the battery to manage the state of the battery to a predetermined level or higher, and prevents the life span of the battery due to deterioration of battery durability. Then, the battery controller informs the vehicle controller performing the total control of the battery SOC information so that the vehicle running can be performed considering the battery state.

그런데, 이러한 종래의 차량용 배터리 팩은 대부분 배터리 용량, 전압 및 온도 등을 이용하여 배터리 열화도를 추정하게 된다. 이에 따라, 배터리 팩의 열화도를 정확하게 추정할 수 없게 된다. However, most of the conventional battery packs for vehicles use battery capacity, voltage, and temperature to estimate battery deterioration. As a result, the degree of deterioration of the battery pack can not be accurately estimated.

또한, 종래의 차량용 배터리 팩은 충방전 반복에 따른 배터리 용량 감소를 BMS가 직접 인지하지 못한다. 즉, SOC 추정을 위한 분극 전압 계산시 용량 변화를 간접적으로 반영하게 된다. In addition, the conventional vehicle battery pack does not directly recognize the battery capacity decrease due to charge / discharge repetition. That is, the capacitance variation is indirectly reflected in the calculation of the polarization voltage for SOC estimation.

이에 따라, 파워 제한, 잔존주행 가능거리 예측 등을 정확하게 파악할 수 없다. 이러한 경우 전기 자동차용 배터리의 장기 사용시 용량 기반으로 설계된 BMS 기능에 대한 신뢰성이 하락하게 된다. Thus, it is impossible to accurately grasp the power limitation, the remaining travelable distance prediction, and the like. In such a case, the reliability of the BMS function designed based on the capacity in the long-term use of the electric vehicle battery will be reduced.

본 발명은 배터리의 충전시 시간에 대비되는 전압 커브의 형태 변화를 이용하여 배터리의 열화도(용량 감소)를 정확하게 추정할 수 있도록 하는 특징을 갖는다. The present invention is characterized in that the deterioration degree (capacity reduction) of the battery can be accurately estimated by using a change in shape of a voltage curve compared with a charging time of the battery.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치는, 배터리의 충전시 시간에 대응하는 전압 커브 형태의 변화에서 특징을 추출하여 특징 벡터를 설정하는 특징 추출부; 특징 추출부에서 추출된 특징 벡터가 속하는 부류를 사후 확률을 통해 분류하는 분류부; 및 분류부의 출력에 대응하여 배터리의 잔존용량에 대한 추정치를 산출하고, 추정치를 기 검출된 측정치와 비교하여 배터리의 상태를 추정하는 배터리 상태 추정부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The apparatus for estimating battery condition according to an embodiment of the present invention includes a feature extraction unit for extracting a feature from a change in a shape of a voltage curve corresponding to a time when a battery is charged and setting a feature vector; A classifier for classifying a class to which the feature vector extracted by the feature extractor belongs through a posterior probability; And a battery state estimation unit for calculating an estimated value for the remaining capacity of the battery in correspondence with the output of the classification unit and for comparing the estimated value with the previously measured value to estimate the state of the battery.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법은, 배터리의 충전시 특정 전압의 범위에서 시간에 대응하는 전압 커브 형태의 데이터를 검출하는 단계; 전압 커브 형태의 변화에서 특징을 추출하여 특징 벡터를 설정하는 단계; 설정된 특징 벡터가 속하는 부류를 사후 확률을 통해 분류하는 단계; 및 분류 결과에 대응하여 배터리의 잔존용량에 대한 추정치를 산출하고, 추정치를 기 검출된 측정치와 비교하여 배터리의 상태를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. A method of estimating a battery state according to an embodiment of the present invention includes: detecting data of a voltage curve shape corresponding to a time in a range of a specific voltage at the time of charging the battery; Extracting a feature from a change in a voltage curve shape and setting a feature vector; Classifying a class to which a set feature vector belongs through a posterior probability; And estimating the state of the battery by calculating an estimated value of the remaining capacity of the battery corresponding to the classification result and comparing the estimated value with the previously measured value.

본 발명은 SOH 추정을 통해 배터리 용량이 감소되는 것을 실차상 실시간으로 인지할 수 있도록 한다. The present invention makes it possible to recognize in real time on the actual vehicle that the battery capacity is reduced through the SOH estimation.

또한, 본 발명은 용량 기반으로 설계된 배터리 제어기(BMS) 기능의 장기적인 신뢰성을 개선할 수 있도록 하는 효과를 제공한다. In addition, the present invention provides the effect of improving the long-term reliability of the capacity-based designed battery controller (BMS) function.

아울러 본 발명의 실시예는 예시를 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에서 충전전압 커브를 설명하기 위한 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에서 배터리 잔존용량을 설명하기 위한 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에서 배터리의 충전시 전압 변화 곡선을 설명하기 위한 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에서 배터리의 충전시 전압 변화 커브 형태들을 설명하기 위한 그래프.
도 6 내지 도 10은 도 1의 분류부 및 배터리 상태 추정부에 관한 동작을 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 효과를 설명하기 위한 도면.
1 is a configuration diagram of a battery state estimation apparatus according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a graph for explaining a charge voltage curve in an embodiment of the present invention; FIG.
3 is a graph for explaining the battery remaining capacity in the embodiment of the present invention.
4 is a graph for explaining a voltage change curve when the battery is charged in an embodiment of the present invention.
5 is a graph for explaining voltage change curve shapes when charging a battery in an embodiment of the present invention.
FIGS. 6 to 10 are views for explaining operations relating to the classifying unit and the battery state estimating unit of FIG. 1;
11 is a view for explaining an effect according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치의 구성도이다. 1 is a configuration diagram of a battery state estimation apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예는 특징 추출부(100), 분류부(200) 및 배터리 상태 추정부(300)를 포함한다.The embodiment of the present invention includes a feature extraction unit 100, a classification unit 200, and a battery state estimation unit 300.

먼저, 특징 추출부(100)는 배터리의 충전시 시간에 대응하는 전압 커브 형태의 변화에서 특징을 추출한다. First, the feature extraction unit 100 extracts a feature from a change in the shape of a voltage curve corresponding to a time when the battery is charged.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치는 배터리의 충전 및 방전의 반복에 따라 배터리의 용량 변화가 나타난다. The battery state estimating apparatus according to the embodiment of the present invention exhibits a capacity change of the battery according to repetition of charging and discharging of the battery.

예를 들어, 특징 추출부(100)는 정전류 충전 중 특정 전압 구간, 3.6~4V 구간에서 전압 커브의 특징을 추출하게 된다. 그리고, 특정 전압 레벨(예를 들면, 전압 0.1V)의 변화에 따른 시간 소요(Δt/ΔV=0.1)를 특징 벡터(x)로 설정한다. For example, the feature extraction unit 100 extracts characteristics of a voltage curve in a specific voltage section, 3.6 to 4 V, during constant current charging. Then, the time period (? T /? V = 0.1) corresponding to the change of the specific voltage level (for example, the voltage 0.1V) is set to the feature vector x.

그리고, 분류부(200)는 특징 추출부(100)에서 추출된 특징 벡터(x)가 속할 부류(ω)를 사후 확률을 통해 분류한다. 즉, 특징 벡터 x가 특정 부류ωi(1≤in≤n)에 속할 확률 P(ωi│x)을 구한다. The classifying unit 200 classifies the class (ω) to which the feature vector x extracted by the feature extracting unit 100 belongs through the posterior probability. That is, the probability P (? I | x) that the feature vector x belongs to the specific class? I (1? In? N) is found.

예를 들어, ω1은 0~5%, ω2는 5~10%,..., ω6은 25~30%가 된다. For example, ω1 is 0 to 5%, ω2 is 5 to 10%, ω6 is 25 to 30%.

이때, 용량 열화도는 5% 단위로 설정할 수 있으며, 가장 큰 확률을 가진 부류로 분류하게 된다. At this time, the capacity deterioration degree can be set in units of 5%, and classified into the class having the greatest probability.

이후에, 배터리 상태 추정부(300)는 분류부(200)의 출력에 대응하여 전압 커브의 형태만으로 배터리 잔존용량 SOC(State Of Charge)를 추정하게 된다. Thereafter, the battery state estimating unit 300 estimates the battery remaining capacity SOC (State Of Charge) only in the form of a voltage curve corresponding to the output of the classifying unit 200.

즉, 배터리 건강상태(State of Health, SOH)의 추정 오차 요건에 따라 분류부(200)에서 분류된 부류를 전체적으로 세분화시킨다. 여기서, SOH의 추정 오차 요건은 2% 이하로 설정될 수 있다. In other words, the classifications classified in the classifying unit 200 are classified as a whole according to the estimation error requirement of the state of health (SOH). Here, the estimation error requirement of SOH can be set to 2% or less.

예를 들어, ω1은 0~2%, ω2는 2~4%, ω3은 4~6%,..., ω15은 28~30%가 된다. 이때, 용량 열화도는 2% 단위로 설정할 수 있다. For example, omega 1 is 0 to 2%, omega 2 is 2 to 4%, omega 3 is 4 to 6%, ..., omega 15 is 28 to 30%. At this time, the capacity deterioration degree can be set in units of 2%.

그리고, 배터리 상태 추정부(300)는 위의 부류를 부분적으로 세분화시킨다. 즉, 전영역(용량 열화도 0~30%)에서 SOH 추정 정확도를 확보하기 위해 추정오차 요건을 차등적으로 부여하게 된다. Then, the battery condition estimating unit 300 partially subdivides the above class. That is, the estimation error requirement is differentially assigned to secure the SOH estimation accuracy in the entire region (capacity deterioration is 0 to 30%).

예를 들어, ω1은 0~2%,..., ω5는 8~10%, ω6은 10~15%,...가 된다. For example, ω1 is 0 to 2%, ω5 is 8 to 10%, ω6 is 10 to 15%, and so on.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 추정 방법의 동작 과정을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. The operation of the battery state estimation method according to an embodiment of the present invention having such a configuration will be described with reference to FIGS. 2 to 4. FIG.

도 2의 그래프에서와 같이, 배터리의 충전 중 시간의 변화에 따라 전압의 커브 형태가 변화된다. 이때, 전압의 커브 형태는 충방전 사이클(Cycle) 수에 따라 다르게 나타날 수 있다. As shown in the graph of FIG. 2, the curve shape of the voltage is changed in accordance with the change of the time during charging of the battery. At this time, the curve shape of the voltage may be different depending on the number of charge / discharge cycles.

그리고, 도 3의 그래프에서와 같이, 사이클의 변화에 따라 배터리의 잔존용량(Capacity)이 감소하게 된다. 이러한 전압 커브 형태와 배터리의 잔존용량 감소 특성은 열화도 특성 시험(Bench test)에 의해 획득할 수 있다. Then, as shown in the graph of FIG. 3, the remaining capacity of the battery decreases in accordance with the change of the cycle. The shape of the voltage curve and the remaining capacity of the battery can be obtained by a deterioration characteristic test (Bench test).

그리고, 열화도 추정 대상 배터리(Test cell)를 충전하게 된다. 배터리는 도 4의 그래프에서와 같이 시간의 변화에 따라 전압이 충전되어 전압 커브 형태가 나타나게 된다. Then, the deterioration degree estimation target battery (Test cell) is charged. As shown in the graph of FIG. 4, the voltage of the battery is charged according to the change of time, and a voltage curve shape is displayed.

이와 같이, 열화도 특성 시험에 따라 사이클 변화에 대응하는 부류 ωi의 각 값을 아래의 [표 1]과 같이 얻을 수 있다. Thus, according to the deterioration degree characteristic test, each value of the class ωi corresponding to the cycle change can be obtained as shown in Table 1 below.

부류Bracket ω1ω1 ω2ω2 ω3ω3 ω4ω4 ω5ω5 ω6ω6 CycleCycle 00 400400 800800 12001200 16001600 20002000 capacity[Ah]capacity [Ah] 38.3538.35 36.6636.66 35.4235.42 34.1534.15 32.8732.87 31.2031.20 capacity[norm]capacity [norm] 100100 95.695.6 92.492.4 8989 65.765.7 81.481.4

그리고, 도 5의 그래프에서와 같이, 배터리의 충전 중 사이클의 변화에 따라 각 사이클 구간에서 전압의 커브 형태가 변화되는 것을 알 수 있다. 이러한 전압 커브의 형태 변화를 각 부류 ω1~ω6에 따라 나타내면 아래의 [표 2]와 같다. As shown in the graph of FIG. 5, it can be seen that the shape of the voltage curve changes in each cycle according to the cycle change of the battery during charging. The change of shape of the voltage curve according to each class ω1 to ω6 is shown in [Table 2] below.

부류/Cycle/전압범위(V)Class / Cycle / Voltage Range (V) ω1ω1 ω2ω2 ω3ω3 ω4ω4 ω5ω5 ω6ω6 00 400400 800800 12001200 16001600 20002000 3.6~3.73.6 to 3.7 230230 210210 190190 170170 150150 130130 3.7~3.83.7 ~ 3.8 290290 250250 240240 230230 220220 200200 3.8~3.93.8 to 3.9 190190 180180 170170 160160 150150 160160 3.9~4.03.9 to 4.0 190190 190190 180180 170170 170170 150150

위의 [표 2]에서와 같이 열화도 특성 시험을 통해서 얻은 기존 전압 커브들에 대해서도 미리 특징을 추출할 수 있다. As shown in [Table 2] above, the characteristics of the existing voltage curves obtained through the degradation characteristic test can be extracted in advance.

이후에, 특징 추출부(100)는 추정 대상 배터리의 충전 중 시간에 대응하는 전압 커브 형태의 변화에서 특징을 추출한다.Thereafter, the feature extraction unit 100 extracts the feature from the change of the voltage curve shape corresponding to the charging time of the estimation target battery.

즉, 정전류의 충전 중 전압 3.6V~4.0V 구간에서 전압 커브의 특징을 추출한다. 이때, 특정 전압 레벨(예를 들면, 전압 0.1V)의 변화에 따른 시간 소요(Δt/ΔV=0.1)를 특징 벡터(x)로 설정한다. 각각의 전압 범위에서 벡터 x=(180, 230, 170, 170) 구간으로 세분화될 수 있다. That is, the characteristic of the voltage curve is extracted in the 3.6V to 4.0V voltage during charging of the constant current. At this time, the time period (? T /? V = 0.1) according to the change of the specific voltage level (for example, the voltage 0.1V) is set as the feature vector (x). Can be subdivided into vectors x = (180, 230, 170, 170) in each voltage range.

다음에, 분류부(200)는 특징 추출부(100)에서 추출된 특징을 가장 큰 확률을 가진 부류로 분류하게 된다. 이때, 분류부(200)는 도 6과 같이 특징 벡터 x를 분류하여 확률이 가장 높은 부류를 검출하게 된다. Next, the classifying unit 200 classifies the features extracted by the feature extracting unit 100 as a class having the largest probability. At this time, the classifier 200 classifies the feature vector x as shown in FIG. 6 and detects the class having the highest probability.

예를 들어, 분류부(200)는 특징 벡터 x가 특정 부류에 속할 확률 P(ωi│x)을 구하고, 확률이 가장 큰 두 개의 부류 P(ω3│x), P(ω4│x)를 구한다. 여기서, 분류부(200)는 베이지안 분류기를 적용하여 특정 벡터 x를 분류하게 된다. For example, the classifying unit 200 obtains the probability P (? I | x) that the feature vector x belongs to a specific class, and obtains the two classes P (? 3 | x) and P (? 4 | . Here, the classifier 200 classifies the specific vector x by applying a Bayesian classifier.

이때, 분류부(200)는 부류 P(ω1│x) > P(ω2│x)이면 벡터 x를 ω1로 분류한다. 그리고, 분류부(200)는 부류 P(ω1│x) < P(ω2│x)이면 벡터 x를 ω2로 분류한다. At this time, the classifying unit 200 classifies the vector x as? 1 if the class P (? 1 | x)> P (? 2 | x). Then, the classifying section 200 classifies the vector x as? 2 if the class P (? 1 | x) <P (? 2 | x).

그리고, 분류부(200)는 사후 확률 P(ωi│x)을 베이스 정리를 이용하여 계산할 수 있다. 사후 확률 P(ωi│x)을 구하는 방식은 아래의 [수학식 1]과 같다. Then, the classifying unit 200 can calculate the posterior probability P ([omega] i | x) using the base theorem. The method of obtaining the posterior probability P (? Ix) is shown in the following Equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

위의 [수학식 1]에서 우도 p(x│ωi)는 부류가 주어진 조건 하의 조건부 확률(Likelihood=class-conditional probability)를 나타낸다. In the above equation (1), the likelihood p (x | omega i) represents a Likelihood (class-conditional probability) under a given condition.

이때, 우도가 정규분포를 따른다고 가정하면 도 7에서와 같이 1차원 정규 분포와 2차원 정규 분포로 나타낼 수 있으며, 우도 p(x│ωi)는 아래의 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다. Assuming that the likelihoods follow the normal distribution, it can be expressed as a one-dimensional normal distribution and a two-dimensional normal distribution as shown in FIG. 7, and the likelihood p (x|ωi) can be expressed by the following Equation 2 .

Figure pat00002
Figure pat00002

그리고, 사전확률 P(ωi)는 훈련 집합에 있는 샘플 중에 ωi에 속하는 개수를 ni라 하면, 사전확률 P(ωi)는 ni/N로 추정이 가능하다. 이때, N이 충분히 크면 이값은 실제 확률 값에 아주 가깝게 된다. 그리고, 분류 문제에서 p(x)는 계산이 불필요하다. The prior probability P (? I) can be estimated as ni / N, where ni is the number belonging to? I among the samples in the training set. At this time, if N is sufficiently large, this value is very close to the actual probability value. And, in the classification problem, p (x) does not need to be computed.

그리고, 분류 문제에서는 사후 확률 P(ωi│x) 값 자체가 아니라, 두 사후 확률 값을 비교하는 과정이 필요하다. 이에 따라, 사후 확률 p(x│ω1)P(ω1)>p(x│ω2)P(ω2)이면 벡터 x를 ω1로 분류한다. 그리고, 분류부(200)는 사후 확률 p(x│ω1)P(ω1)<p(x│ω2)P(ω2)이면 벡터 x를 ω2로 분류한다. And, in the classification problem, it is necessary to compare the posterior probability values, not the posterior probability P (ωi | x) values themselves. Accordingly, if the posterior probability p (x |? 1) P (? 1)> p (x |? 2) P (? 2), classify vector x as? 1. The classifying unit 200 classifies the vector x as? 2 if the posterior probability p (x |? 1) P (? 1) <p (x |? 2) P (?

이를 최소 오류 베이지안 분류기라 하고 도 8과 같이 나타낼 수 있다. 분류기(200)는 이진 분류를 M 분류로 확장하여 벡터를 분류한다. 즉, 벡터 x를 k=argmax P(ω1│x)로 하여 벡터 x를 ωk로 분류하거나, 벡터 x를 k=argmax P(x│ωi)P(ωi)로 하여 벡터 x를 ωk로 분류하게 된다. 여기서, P(x│ωi)P(ωi)는 분별 함수를 나타낸다. This can be expressed as a minimum error Bayesian classifier as shown in FIG. The classifier 200 classifies the vectors by extending the binary classifications into M classifications. That is, the vector x is classified as? K, and the vector x is classified as k = argmax P (x |? I) P (? I) with the vector x being k = argmax P . Here, P (x | oi) P (omega i) represents a fractional function.

즉, 분류부(200)는 부류 P(ωi)=0.5로 설정하여 사전 확률이 동일하다는 가정을 한다. 그리고, 분류부(200)는 도 9에서와 같이, 특정 벡터 x에 대응하여 확률밀도함수(PDF; Proprobability density function)를 구한다. 여기서, 연속확률변수가 주어진 어떤 구간 내에 포함될 확률을 확률밀도라고 하며, 이를 함수 형태로 나타낸 것이 확률밀도함수이다.That is, the classifier 200 sets the class P (? I) = 0.5, and assumes that the prior probability is the same. 9, the classifying unit 200 obtains a probability density function (PDF) corresponding to the specific vector x. Here, the probability that a continuous random variable is included in a given interval is called a probability density, and the probability density function is expressed as a function form.

이후에, 배터리 상태 추정부(300)는 분류부(200)에서 측정된 두 부류 값 P(ω3│x)=0.54, P(ω4│x)=0.46에 따라 배터리의 SOH를 추정한다. Thereafter, the battery state estimating unit 300 estimates the SOH of the battery according to the two class values P (? 3 | x) = 0.54 and P (? 4 | x) = 0.46 measured by the classifying unit 200.

예를 들어, SOH는 아래의 [수학식 3]와 같이 계산될 수 있다. For example, SOH can be calculated as shown in Equation (3) below.

Figure pat00003
Figure pat00003

다음에, 배터리 상태 추정부(300)는 위의 [수학식 3]에서 계산된 추정치를 용량 측정치와 비교하여 검증하게 된다. 여기서, [수학식 3]에서 계산된 추정치는 34.83[Ah] 이고, 실제 용량 측정치는 34.81[Ah]가 된다. Next, the battery state estimating unit 300 compares the estimated value calculated in the above equation (3) with the capacity measurement value and verifies it. Here, the estimated value calculated in Equation (3) is 34.83 [Ah] and the actual capacity measurement value is 34.81 [Ah].

이어서, 배터리 상태 추정부(300)는 미리 측정된 측정치와 위에서 계산된 추정치를 비교하여 검증 데이터를 생성한다. 이때, 배터리 상태 추정부(300)에서 생성된 검증 데이터는 도 10의 그래프와 같이 표현될 수 있다. Then, the battery condition estimating unit 300 compares the previously measured measurement value with the above calculated estimate to generate verification data. At this time, the verification data generated by the battery state estimation unit 300 may be expressed as shown in the graph of FIG.

배터리 상태 추정부(300)에서 측정치와 추정치를 통해 생성된 검증 데이터는 아래의 [표 3]과 같다. The verification data generated from the measured values and the estimated values in the battery state estimating unit 300 are shown in Table 3 below.

검증 데이터Verification data 측정치Measure 추정치Estimate X12X12 37.3937.39 36.236.2 X23X23 36.0536.05 35.9735.97 X34(=X)X34 (= X) 34.8134.81 34.8334.83 X45X45 33.5133.51 33.633.6 X56X56 32.132.1 32.1532.15

위와 같이, 본 발명의 실시예를 구현하는 경우 도 11에서와 같이, 배터리 제어기(Battery Management System, BMS)가 SOH 정확히 추정하여 배터리 용량이 감소되는 것을 실차상 실시간으로 인지할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명의 실시예는 용량 기반으로 설계된 배터리 제어기(BMS) 기능의 장기적인 신뢰성을 개선할 수 있도록 하는 효과를 제공한다. As described above, when the embodiment of the present invention is implemented, the battery management system (BMS) correctly estimates the SOH and the battery capacity is reduced in real time on the real vehicle, as shown in FIG. Furthermore, embodiments of the present invention provide the effect of improving the long-term reliability of the capacity-based designed battery controller (BMS) function.

이상에서 기술한 일 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합 된 형태로 실시될 수 있다. It should be understood that the embodiments described above are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

Claims (11)

배터리의 충전시 시간에 대응하는 전압 커브 형태의 변화에서 특징을 추출하여 특징 벡터를 설정하는 특징 추출부;
상기 특징 추출부에서 추출된 상기 특징 벡터가 속하는 부류를 사후 확률을 통해 분류하는 분류부; 및
상기 분류부의 출력에 대응하여 배터리의 잔존용량에 대한 추정치를 산출하고, 상기 추정치를 기 검출된 측정치와 비교하여 상기 배터리의 상태를 추정하는 배터리 상태 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 장치.
A feature extraction unit for extracting a feature from a change in the shape of a voltage curve corresponding to a time when the battery is charged and setting a feature vector;
A classifier for classifying a class to which the feature vector extracted by the feature extractor belongs through a posterior probability; And
And a battery state estimation unit for calculating an estimated value of the remaining capacity of the battery corresponding to the output of the classifying unit and comparing the estimated value with the previously measured value to estimate the state of the battery.
제 1항에 있어서, 상기 특징 추출부는
상기 배터리의 충전시 특정 전압 레벨 단위의 변화에 따른 시간 소요를 상기 특징 벡터로 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the feature extraction unit
And sets a time period according to a change in a specific voltage level unit at the time of charging the battery to the feature vector.
제 1항에 있어서, 상기 분류부는
상기 배터리의 용량 열화도를 특정 단위로 설정하여 상기 특징 벡터가 특정 부류에 속할 확률을 구하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the classifier
Wherein the capacity deterioration degree of the battery is set as a specific unit, and a probability that the feature vector belongs to a specific class is obtained.
제 1항에 있어서, 상기 배터리 상태 추정부는
SOH(State of Health, SOH)의 추정 오차 요건에 따라 상기 분류부에서 분류된 부류를 전체적으로 세분화시키고 부분적으로 세분화시키는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the battery condition estimating unit
And classifies and partially subdivides the classes classified by the classifying unit according to an estimation error requirement of the SOH (State of Health).
배터리의 충전시 특정 전압의 범위에서 시간에 대응하는 전압 커브 형태의 데이터를 검출하는 단계;
상기 전압 커브 형태의 변화에서 특징을 추출하여 특징 벡터를 설정하는 단계;
설정된 상기 특징 벡터가 속하는 부류를 사후 확률을 통해 분류하는 단계; 및
상기 분류 결과에 대응하여 배터리의 잔존용량에 대한 추정치를 산출하고, 상기 추정치를 기 검출된 측정치와 비교하여 상기 배터리의 상태를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 방법.
Detecting data in the form of a voltage curve corresponding to time in a range of a specific voltage upon charging of the battery;
Extracting a feature from the change of the voltage curve shape and setting a feature vector;
Classifying a class to which the set feature vector belongs through a posterior probability; And
Estimating a state of the battery by calculating an estimated value of the remaining capacity of the battery corresponding to the classification result and comparing the estimated value with the previously measured value.
제 5항에 있어서,
상기 배터리의 충전시 특정 전압 레벨 단위의 변화에 따른 시간 소요를 상기 특징 벡터로 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein a time period according to a change in a specific voltage level unit at the time of charging the battery is set to the feature vector.
제 5항에 있어서, 상기 분류 단계는
상기 배터리의 용량 열화도를 특정 단위로 설정하여 상기 특징 벡터가 특정 부류에 속할 확률을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 장치.
6. The method according to claim 5,
And determining a probability that the feature vector belongs to a specific class by setting the capacity deterioration degree of the battery as a specific unit.
제 5항에 있어서, 상기 배터리 상태 추정 단계는
SOH(State of Health, SOH)의 추정 오차 요건에 따라 상기 분류부에서 분류된 부류를 전체적으로 세분화시키는 단계; 및
상기 세분화된 부류를 전체 용량 열화도를 기준으로 하여 부분적으로 세분화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 방법.
6. The method of claim 5, wherein the battery condition estimating step
Subdividing the group classified by the classifying unit according to the estimation error requirement of SOH (State of Health, SOH); And
And partially subdividing the refined class on the basis of the total capacity deterioration degree.
제 5항에 있어서, 상기 분류 단계는
우도와, 사전 확률을 토대로 베이스 정리를 이용하여 상기 사후 확률을 게산하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 방법.
6. The method according to claim 5,
Wherein the posterior probability is calculated using the likelihood and the base theorem based on the prior probability.
제 5항에 있어서, 상기 분류 단계는
2개의 사후 확률 값을 비교하여 상기 특징 벡터를 특정 부류로 분류하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 방법.
6. The method according to claim 5,
And comparing the two posterior probability values to classify the feature vector into a specific class.
제 5항에 있어서, 상기 배터리 상태를 추정하는 단계는
상기 측정치와 상기 추정치에 대응하는 검증 데이터를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 방법.
6. The method of claim 5, wherein estimating the battery condition comprises:
And setting verification data corresponding to the measurement value and the estimation value.
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