KR20210127074A - Battery management system and method for determining active material content in electrode of battery - Google Patents

Battery management system and method for determining active material content in electrode of battery Download PDF

Info

Publication number
KR20210127074A
KR20210127074A KR1020210010252A KR20210010252A KR20210127074A KR 20210127074 A KR20210127074 A KR 20210127074A KR 1020210010252 A KR1020210010252 A KR 1020210010252A KR 20210010252 A KR20210010252 A KR 20210010252A KR 20210127074 A KR20210127074 A KR 20210127074A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
state
cell
battery
capacity analysis
Prior art date
Application number
KR1020210010252A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
수바쉬 파틸 라즈쿠마르
파라팔리 아디가 샤시세카라
카우식 안슐
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to US17/217,364 priority Critical patent/US11614489B2/en
Publication of KR20210127074A publication Critical patent/KR20210127074A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G01R31/387Determining ampere-hour charge capacity or SoC
    • G01R31/388Determining ampere-hour charge capacity or SoC involving voltage measurements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

The present disclosure relates to a battery management system and method, which determine at least one peak in an inverse-differential capacity analysis curve of a cell, determine at least one peak in an incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode, map at least one peak determined in the inverse-differential capacity analysis curve with at least one peak determined in the incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode, and determine an active material content in at least one electrode of a battery based on mapping.

Description

배터리 전극의 활성 물질 함량 결정하는 배터리 관리 시스템 및 방법{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING ACTIVE MATERIAL CONTENT IN ELECTRODE OF BATTERY}BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING ACTIVE MATERIAL CONTENT IN ELECTRODE OF BATTERY

이하의 일 실시 예들은 배터리 관리 시스템에 관한 것으로, 배터리 전극의 활성 물질 함량을 결정하는 기술에 관한 것이다.The following embodiments relate to a battery management system, and to a technique for determining an active material content of a battery electrode.

배터리는 공급 업체 또는 서비스 제공 업체에서 공급하고 공급 업체 또는 서비스 제공 업체는 전지의 총 용량과 정격 전압 및 작동 조건(전력, 온도 등) 만 제공하는 경우, 배터리 관리 시스템(BMS; battery management system)에 사용하기 위한 강력한 상태 추정 모델을 개발하려면 애노드(anode)와 캐소드(cathode)(활성 물질 부하)에 리튬이 얼마나 많이 호스팅 될 수 있는지 알아야 한다.If the battery is supplied by the supplier or service provider and the supplier or service provider only provides the total capacity and rated voltage and operating conditions (power, temperature, etc.) of the battery, the battery management system (BMS) Developing a robust state estimation model for use requires knowing how much lithium can be hosted on the anode and cathode (active material load).

또한, 배터리가 노화됨에 따라 양극 및 음극의 성능 저하와 관련된 성능 저하를 추적하는 것이 중요하다.It is also important to track the degradation associated with the degradation of the positive and negative poles as the battery ages.

따라서, SOC 범위(또는 전압 범위)에서 작동하는 양극 및 음극, 활성 물질 부하 및 배터리/셀 노화에 따른 성능 저하를 추정하는 기술이 요구된다.Therefore, there is a need for techniques to estimate performance degradation with positive and negative electrodes operating in the SOC range (or voltage range), active material load, and battery/cell aging.

본 개시는 배터리 전극의 활성 물질 함량 결정하는 배터리 관리 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present disclosure aims to provide a battery management system and method for determining the active material content of a battery electrode.

일 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템에서 배터리 전극의 활성 물질 함량 결정하는 방법은, 셀의 역-차동 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하는 단계; 적어도 하나의 전극과 관련된 증분 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하는 단계; 상기 역-차동 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크를 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 상기 증분 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크와 매핑하는 단계; 및 상기 매핑에 기초하여 배터리의 적어도 하나의 전극에서 상기 활성 물질 함량을 결정하는 단계를 포함한다.According to an embodiment, a method for determining an active material content of a battery electrode in a battery management system includes: determining at least one peak in an inverse-differential capacity analysis curve of a cell; determining at least one peak in an incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode; mapping at least one peak determined in the inverse-differential capacity analysis curve to at least one peak determined in the incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode; and determining the active material content in at least one electrode of the battery based on the mapping.

이때, 배터리 관리 시스템에서 배터리 전극의 활성 물질 함량 결정하는 방법은, 배터리의 건강 상태가 감소함에 따라 적어도 하나의 전극에 대응하는 가용 용량을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In this case, the method of determining an active material content of a battery electrode in the battery management system may further include determining an available capacity corresponding to the at least one electrode as the health state of the battery decreases.

이때, 상기 셀의 역-차동 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하는 단계는, 상기 셀이 완전 방전 상태 일 때 상기 하나 이상의 전극과 관련된 충전 상태, 상기 셀이 완전 충전 상태 일 때 상기 하나 이상의 전극과 관련된 충전 상태, 상용 셀과 관련된 역-차동 용량 분석 곡선 값 및 양극 전위와 음극 전위 간의 차이에서 얻은 증분 용량 분석 곡선 값을 획득하는 단계; 및 상기 셀이 완전 방전 상태 일 때 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 상기 충전 상태에 기초한 상기 셀의 상기 역-차동 용량 분석 곡선, 상기 셀이 완전히 충전된 상태 일 때 상기 하나 이상의 전극과 관련된 상기 충전 상태, 상기 상용 셀과 관련된 상기 역-차동 용량 분석 곡선 값 및 증분 용량 분석을 사용하여 상기 양극 전위와 상기 음극 전위 간의 차이에서 얻은 상기 증분 용량 분석 곡선 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the step of determining at least one peak in the inverse-differential capacity analysis curve of the cell includes: a state of charge associated with the one or more electrodes when the cell is in a fully discharged state, and the one or more peaks when the cell is in a fully charged state obtaining an incremental capacity analysis curve value obtained from a state of charge associated with the electrode, an inverse-differential capacity analysis curve value associated with a commercial cell, and a difference between anode potential and cathode potential; and the inverse-differential capacity analysis curve of the cell based on the state of charge associated with the at least one electrode when the cell is in a fully discharged state, the state of charge associated with the one or more electrodes when the cell is in a fully charged state , determining the incremental capacity analysis curve value obtained from the difference between the anode potential and the cathode potential using incremental capacity analysis and the inverse-differential capacity analysis curve value associated with the commercial cell.

이때, 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 증분 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하는 단계는, 상기 셀이 완전 방전 상태 일 때 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 충전 상태, 상기 셀이 완전 충전 상태 일 때 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 충전 상태, 상용 셀과 관련된 증분 용량 분석 곡선 값 및 양극 전위와 음극 전위 간의 차이에서 얻은 증분 용량 분석 곡선 값을 획득하는 단계; 및 상기 셀이 완전 방전 상태 일 때 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 상기 충전 상태에 기초하여 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 증분 용량 분석 곡선에서 하나 이상의 피크, 상기 셀이 완전 충전 상태 일 때 상기 하나 이상의 전극과 관련된 충전 상태, 상용 전지와 관련된 증분 용량 분석 곡선 값 및 증분 용량 분석을 사용하여 상기 양극 전위와 상기 음극 전위 간의 차이에서 얻은 증분 용량 분석 곡선 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the step of determining at least one peak in the incremental capacity analysis curve related to the at least one electrode may include a state of charge associated with the at least one electrode when the cell is in a fully discharged state, and a state of charge associated with the at least one electrode when the cell is in a fully charged state. obtaining an incremental capacity analysis curve value obtained from a state of charge associated with the at least one electrode, an incremental capacity analysis curve value associated with a commercial cell, and a difference between an anode potential and a cathode potential; and one or more peaks in an incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode based on the state of charge associated with the at least one electrode when the cell is in a fully discharged state, the one or more electrodes when the cell is in a fully charged state. and determining an incremental capacity analysis curve value obtained from the difference between the positive electrode potential and the negative electrode potential using incremental capacity analysis and a state of charge associated with a commercial cell.

이때, 상기 배터리의 적어도 하나의 전극에서 상기 활성 물질 함량을 결정하는 단계는, Va1 및 Va2 지점의 전위 값에서 SOCa1 및 SOCa2의 충전 상태 값을 획득하는 단계; Vc1 및 Vc2 지점의 전위 값에서 SOCc1 및 SOCc2의 충전 상태 값을 획득하는 단계; 및 충전 상태 값이 상기 SOCa1, 상기 SOCa2, SOCc1 및 SOCc2인 배터리의 상기 적어도 하나의 전극에서 상기 활성 물질 함량을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the determining of the content of the active material in the at least one electrode of the battery may include: acquiring state-of-charge values of SOC a1 and SOC a2 at potential values of points V a1 and V a2 ; obtaining state-of-charge values of SOC c1 and SOC c2 from potential values of points V c1 and V c2 ; and determining the active material content in the at least one electrode of a battery having a state of charge value of the SOC a1 , the SOC a2 , the SOC c1 and the SOC c2 .

이때, 상기 역-차동 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크를 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 상기 증분 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크와 매핑하는 단계는, 양극의 개방 회로 전위, 음극의 개방 회로 전위, 실험 셀의 개방 회로 전압 곡선 및 상기 배터리의 증분 용량 분석 곡선을 획득하는 단계; 상기 양극과 상기 음극의 충전 상태 범위를 0에서 1 사이로 정규화하는 단계; 상기 양극과 상기 음극 각각의 정규화된 충전 상태 범위에서 피크 차이를 최소화하는 단계; 및 상기 최소화된 피크 차이를 기반으로 상기 양극과 관련된 상기 피크 값과 상기 음극과 관련된 상기 피크 값을 매핑하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the step of mapping the at least one peak determined in the inverse-differential capacity analysis curve to the at least one peak determined in the incremental capacity analysis curve related to the at least one electrode includes: an open circuit potential of the positive electrode, an open circuit of the negative electrode obtaining a potential, an open circuit voltage curve of the test cell and an incremental capacity analysis curve of the battery; normalizing the range of states of charge of the positive electrode and the negative electrode from 0 to 1; minimizing the peak difference in the normalized state of charge range of each of the positive electrode and the negative electrode; and mapping the peak value associated with the positive electrode and the peak value associated with the negative electrode based on the minimized peak difference.

이때, 상기 적어도 하나의 전극은, 양극과 음극일 수 있다.In this case, the at least one electrode may be an anode and a cathode.

이때, 상기 역-차동 용량 분석은, 용량 변화율을 전압 대 용량 변화율로 나눈 것일 수 있다.In this case, the inverse-differential capacity analysis may be obtained by dividing a rate of change of capacity by a rate of change of voltage versus capacity.

이때, 상기 증분 용량 분석은, 용량 변화율을 전압 대 전압 변화율로 나눈 것일 수 있다.In this case, the incremental capacity analysis may be obtained by dividing a rate of change of capacity by a rate of change of voltage versus voltage.

일 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은, 셀의 역-차동 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하고, 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 증분 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하고, 상기 역-차동 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크를 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 상기 증분 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크와 매핑하고, 상기 매핑을 기반으로 배터리의 상기 적어도 하나의 전극에서 상기 활성 물질 함량을 결정하는 프로세서를 포함한다.The battery management system according to an embodiment determines at least one peak in an inverse-differential capacity analysis curve of a cell, determines at least one peak in an incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode, and the inverse- mapping at least one peak determined in a differential capacity analysis curve with at least one peak determined in said incremental capacity analysis curve associated with said at least one electrode, said active material content in said at least one electrode of a battery based on said mapping and a processor that determines

이때, 상기 프로세서는, 상기 배터리의 건강 상태가 감소함에 따라 상기 적어도 하나의 전극에 대응하는 가용 용량을 결정할 수 있다.In this case, the processor may determine the available capacity corresponding to the at least one electrode as the health state of the battery decreases.

이때, 상기 프로세서에서 상기 셀의 역-차동 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하는 것은, 상기 셀이 완전 방전 상태 일 때 상기 하나 이상의 전극과 관련된 충전 상태, 상기 셀이 완전 충전 상태 일 때 상기 하나 이상의 전극과 관련된 충전 상태, 상용 셀과 관련된 역-차동 용량 분석 곡선 값 및 양극 전위와 음극 전위 간의 차이에서 얻은 증분 용량 분석 곡선 값을 획득하고, 상기 셀이 완전 방전 상태 일 때 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 상기 충전 상태에 기초한 상기 셀의 상기 역-차동 용량 분석 곡선, 상기 셀이 완전히 충전된 상태 일 때 상기 하나 이상의 전극과 관련된 상기 충전 상태, 상기 상용 셀과 관련된 상기 역-차동 용량 분석 곡선 값 및 증분 용량 분석을 사용하여 상기 양극 전위와 상기 음극 전위 간의 차이에서 얻은 상기 증분 용량 분석 곡선 값을 결정할 수 있다.In this case, in the processor, determining at least one peak in the inverse-differential capacity analysis curve of the cell includes: a state of charge associated with the one or more electrodes when the cell is in a fully discharged state; obtaining a state of charge associated with one or more electrodes, an inverse-differential capacity analysis curve value associated with a commercial cell, and an incremental capacity analysis curve value obtained from a difference between an anode potential and a cathode potential, wherein when the cell is in a fully discharged state, the at least one the inverse-differential capacity analysis curve of the cell based on the state of charge associated with an electrode, the state of charge associated with the one or more electrodes when the cell is in a fully charged state, and the inverse-differential capacity analysis curve associated with the commercial cell Value and incremental capacity analysis may be used to determine the value of the incremental capacity analysis curve obtained from the difference between the anode potential and the cathode potential.

이때, 상기 프로세서에서 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 증분 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하는 것은, 상기 셀이 완전 방전 상태 일 때 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 충전 상태, 상기 셀이 완전 충전 상태 일 때 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 충전 상태, 상용 셀과 관련된 증분 용량 분석 곡선 값 및 양극 전위와 음극 전위 간의 차이에서 얻은 증분 용량 분석 곡선 값을 획득하고, 상기 셀이 완전 방전 상태 일 때 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 상기 충전 상태에 기초하여 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 증분 용량 분석 곡선에서 하나 이상의 피크, 상기 셀이 완전 충전 상태 일 때 상기 하나 이상의 전극과 관련된 충전 상태, 상용 전지와 관련된 증분 용량 분석 곡선 값 및 증분 용량 분석을 사용하여 상기 양극 전위와 상기 음극 전위 간의 차이에서 얻은 증분 용량 분석 곡선 값을 결정할 수 있다.In this case, in the processor, determining at least one peak in the incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode includes: a state of charge associated with the at least one electrode when the cell is in a fully discharged state; obtains a state of charge associated with the at least one electrode, an incremental capacity analysis curve value associated with a commercial cell, and an incremental capacity analysis curve value obtained from a difference between an anode potential and a cathode potential, wherein when the cell is in a fully discharged state, the at least one or more peaks in an incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode based on the state of charge associated with one electrode, a state of charge associated with the one or more electrodes when the cell is in a full state of charge, incremental capacity associated with a commercial cell Analytical curve values and incremental capacity analysis can be used to determine an incremental capacity analysis curve value obtained from the difference between the anode potential and the cathode potential.

이때, 상기 프로세서에서 상기 배터리의 적어도 하나의 전극에서 상기 활성 물질 함량을 결정하는 것은, Va1 및 Va2 지점의 전위 값에서 SOCa1 및 SOCa2의 충전 상태 값을 획득하고, Vc1 및 Vc2 지점의 전위 값에서 SOCc1 및 SOCc2의 충전 상태 값을 획득하고, 충전 상태 값이 상기 SOCa1, 상기 SOCa2, SOCc1 및 SOCc2인 배터리의 상기 적어도 하나의 전극에서 상기 활성 물질 함량을 결정할 수 있다.In this case, in the processor, determining the content of the active material in the at least one electrode of the battery includes: obtaining state-of-charge values of SOC a1 and SOC a2 at potential values of points V a1 and V a2 , and V c1 and V c2 obtain the state-of-charge values of SOC c1 and SOC c2 at the potential value of the point, and determine the active material content in the at least one electrode of the battery , the state of charge value being the SOC a1 , the SOC a2 , the SOC c1 and the SOC c2 can

이때, 상기 프로세서에서 상기 역-차동 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크를 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 상기 증분 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크와 매핑하는 것은, 양극의 개방 회로 전위, 음극의 개방 회로 전위, 실험 셀의 개방 회로 전압 곡선 및 상기 배터리의 증분 용량 분석 곡선을 획득하고, 상기 양극과 상기 음극의 충전 상태 범위를 0에서 1 사이로 정규화하고, 상기 양극과 상기 음극 각각의 정규화된 충전 상태 범위에서 피크 차이를 최소화하고, 상기 최소화된 피크 차이를 기반으로 상기 양극과 관련된 상기 피크 값과 상기 음극과 관련된 상기 피크 값을 매핑할 수 있다.In this case, in the processor, the mapping of the at least one peak determined in the inverse-differential capacity analysis curve with the at least one peak determined in the incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode is the open circuit potential of the positive electrode, the negative Obtain the open circuit potential, the open circuit voltage curve of the test cell and the incremental capacity analysis curve of the battery, normalize the state of charge range of the positive electrode and the negative electrode from 0 to 1, and the normalized charge of each of the positive electrode and the negative electrode The peak difference in the state range may be minimized, and the peak value associated with the anode and the peak value associated with the cathode may be mapped based on the minimized peak difference.

이때, 상기 적어도 하나의 전극은, 양극과 음극일 수 있다.In this case, the at least one electrode may be an anode and a cathode.

이때, 상기 역-차동 용량 분석은, 용량 변화율을 전압 대 용량 변화율로 나눈 것일 수 있다.In this case, the inverse-differential capacity analysis may be obtained by dividing a rate of change of capacity by a rate of change of voltage versus capacity.

이때, 상기 증분 용량 분석은, 용량 변화율을 전압 대 전압 변화율로 나눈 것일 수 있다.In this case, the incremental capacity analysis may be obtained by dividing a rate of change of capacity by a rate of change of voltage versus voltage.

도 1은 일 실시 예에 따른 배터리의 음극 및 양극에서 활성 물질 함량을 결정하기위한 배터리 관리 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2a는 일 실시 예에 따른 배터리의 음극 및 양극에서 활성 물질 함량을 결정하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 2b는 일 실시 예에 따라 도 2a과 관련하여 양극 전극과 음극 전극의 충전 상태 범위를 추정하기 위한 과정을 도시한 흐름도이다.
도 2c는 일 실시 예에 따라 양극 및 음극에서의 활성 물질 부하 및 열화 추정하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 전극 및 배터리의 개방 회로 전위가 도시된 그래프이다.
도 4는 일 실시 예에 따른, 평형 전위 대 SOC가 도시된 예시적인 그래프이다.
도 5는 일 실시 예에 따라 평형 전위 대 정규화된 전극 충전 상태가 도시된 그래프이다.
도 6은 일 실시 예에 따른, 전극 개방 회로 전압을 사용하여 추정된 충전 상태에 대한 셀 평형 전위가 도시된 그래프이다.
도 7은 일 실시 예에 따른, dQ/dV 대 V 플롯의 피크 매칭이 도시된 그래프이다.
도 8은 일 실시 예에 따른, dQ/dV 대 Q 플롯의 피크 매핑이 도시된 그래프이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 전극 부하 계산이 도시된 그래프이다.
도 10은 일 실시 예에 따른, 배터리 노화에 따른 애노드 및 캐소드 용량 손실의 추정이 도시된 그래프이다.
1 is a diagram illustrating a configuration of a battery management system for determining an active material content in a negative electrode and a positive electrode of a battery according to an embodiment.
2A is a flowchart illustrating a process of determining an active material content in a negative electrode and a positive electrode of a battery according to an exemplary embodiment.
FIG. 2B is a flowchart illustrating a process for estimating a range of states of charge of a positive electrode and a negative electrode in relation to FIG. 2A according to an exemplary embodiment.
2C is a flowchart illustrating a process of estimating active material load and deterioration in anode and cathode according to an exemplary embodiment.
3 is a graph illustrating an open circuit potential of an electrode and a battery according to an exemplary embodiment.
4 is an exemplary graph plotting equilibrium potential versus SOC, according to an embodiment.
5 is a graph illustrating equilibrium potential versus normalized electrode state of charge, according to an embodiment.
6 is a graph illustrating a cell equilibrium potential for an estimated state of charge using an electrode open circuit voltage, according to an embodiment.
7 is a graph illustrating peak matching of a dQ/dV versus V plot, according to an embodiment.
8 is a graph illustrating peak mapping of a dQ/dV versus Q plot, according to an embodiment.
9 is a graph illustrating an electrode load calculation according to an exemplary embodiment.
10 is a graph illustrating estimation of anode and cathode capacity loss according to battery aging, according to an embodiment.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes may be made to the embodiments, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all modifications, equivalents and substitutes for the embodiments are included in the scope of the rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used for description purposes only, and should not be construed as limiting. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. In the description of the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the essence, order, or order of the components are not limited by the terms. When it is described that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but another component is between each component. It will be understood that may also be "connected", "coupled" or "connected".

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components having a common function will be described using the same names in other embodiments. Unless otherwise stated, a description described in one embodiment may be applied to another embodiment, and a detailed description in the overlapping range will be omitted.

본 개시는 셀의 역-차동 용량 분석(inverse-differential capacity analysis) (dQ/dV 대 Q) 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하고, 적어도 하나의 전극과 관련된 증분 용량 분석(ICA; Incremental Capacity Analysis)(dQ/dV 대 V) 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하고, 역-차동 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크를 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 증분 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크와 매핑하고, 매핑에 기초하여 배터리의 적어도 하나의 전극에서 활성 물질 함량을 결정하는 배터리 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present disclosure determines at least one peak in an inverse-differential capacity analysis (dQ/dV vs. Q) curve of a cell, and performs incremental capacity analysis (ICA) associated with at least one electrode. determining at least one peak in the (dQ/dV versus V) curve, mapping the at least one peak determined in the inverse-differential capacity analysis curve to the at least one peak determined in the incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode, and , to a battery management system and method for determining an active material content in at least one electrode of a battery based on the mapping.

기존의 방법 및 시스템과 달리 본 개시는 신뢰할 수 있는 방식으로 프래쉬(fresh) 셀 및 열화 셀에 대한 애노드(anode)와 캐소드(cathode)의 활성 물질 부하를 결정하는 데 사용할 수 있다.Unlike existing methods and systems, the present disclosure can be used to determine the active material loading of the anode and cathode for fresh and degraded cells in a reliable manner.

본 개시는 BMS 상태 추정 정확도를 높일 수 있는 애노드(anode)와 캐소드(cathode)에 대한 활성 물질 부하 및 최대 충전 상태(SOC; State Of Charge) 및 최소 충전 상태의 한계를 정확하게 결정하는 데 사용할 수 있다.The present disclosure can be used to accurately determine the active material load and limits of the maximum state of charge (SOC) and minimum state of charge for anode and cathode, which can increase the accuracy of BMS state estimation. .

본 개시는 배터리의 건강 상태(SOH; State of Health)에 대한 정확한 추정치를 제공하고 열화 모드를 이해하는데 도움이 되도록 애노드(anode)와 캐소드(cathode)의 용량 감소를 예측하는 데 사용할 수 있다.The present disclosure provides an accurate estimate of the state of health (SOH) of a battery and can be used to predict the capacity decline of the anode and cathode to help understand the degradation mode.

또한, 본 개시는 배터리 수명(즉, SOH)에 따라 개별 전극의 사용 가능한 용량(또는 용량 손실)을 결정하는 데 사용할 수 있다.The present disclosure can also be used to determine the usable capacity (or capacity loss) of an individual electrode based on battery life (ie, SOH).

예를 들어, 배터리 관리 시스템(battery management system)에서 전극의 각 활성 물질(active material)은 리튬(lithium)의 인터칼레이션(intercalation) 및 디인터칼레이션(de-intercalation) 중에 위상 전이(phase transition)를 겪는다. 각 활성 물질의 위상 전이 영역은 서로 다른 수준의 리튬 인터칼레이션/농도(concentration)(전극 SOC)에서 발생한다. 위상 전이 영역에서 활성 물질 개방 회로 전위(OCP; open circuit potential)는 전극 SOC(리튬 농도)와 함께 거의 평평하게 유지된다. 위상 전이 기능은 증분 용량 분석(dQ/dV 대 V)을 사용하여 추출할 수 있다. SOC 범위를 작동하는 전극은 추정 배터리 OCV (= OCPcathode - OCPanode)의 특성을 상용 배터리 개방 회로 전압(OCV; open circuit voltage)와 일치시켜 얻을 수 있다. 각 전극에 얼마나 많은 활성 물질 부하(active material loading)가 존재하는지 확인하기 위해 배터리의 역 차동 용량 분석(dQ/dV 대 Q) 플롯이 사용된다. 애노드와 캐소드의 피크는 역 차동 용량 분석 이 플롯에서 식별된다. 애노드의 두 피크와 캐소드의 두 피크 사이의 전하(Q) 차이는 활성 물질 부하를 추정하는 데 사용된다. 동일한 절차를 사용하여 신뢰할 수 있고 정확한 방식으로 다양한 수준의 배터리 성능 저하에서 전극 용량 손실(electrode capacity loss)을 추정할 수 있다.For example, in a battery management system, each active material of an electrode undergoes a phase transition during intercalation and de-intercalation of lithium. ) suffers The phase transition regions of each active material occur at different levels of lithium intercalation/concentration (electrode SOC). In the phase transition region, the active material open circuit potential (OCP) remains nearly flat with the electrode SOC (lithium concentration). The phase shift function can be extracted using incremental capacity analysis (dQ/dV vs. V). An electrode operating in the SOC range can be obtained by matching the characteristics of the estimated battery OCV (= OCP cathode - OCP anode ) with the commercial battery open circuit voltage (OCV). An inverse differential capacity analysis (dQ/dV vs. Q) plot of the battery is used to determine how much active material loading is present on each electrode. The anode and cathode peaks are identified in this plot of the inverse differential capacity analysis. The difference in charge (Q) between the two peaks of the anode and the two peaks of the cathode is used to estimate the active material loading. The same procedure can be used to estimate the electrode capacity loss at various levels of battery degradation in a reliable and accurate manner.

이하에서는, 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리 전극의 활성 물질 함량 결정하는 배터리 관리 시스템 및 방법을 첨부된 도 1 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a battery management system and method for determining an active material content of a battery electrode according to an embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9 .

도 1은 일 실시 예에 따른 배터리의 음극 및 양극에서 활성 물질 함량을 결정하기위한 배터리 관리 시스템(100)의 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a battery management system 100 for determining the content of an active material in a negative electrode and a positive electrode of a battery according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 배터리 관리 시스템(100)은 프로세서(110), 커뮤니케이터(120) 및 메모리(130)를 포함한다. 프로세서(110)는 커뮤니케이터(120) 및 메모리(130)와 결합된다. 프로세서(110)는 활성 물질 함량 결정 엔진(110a) 및 SOH 결정 엔진(110b)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , the battery management system 100 includes a processor 110 , a communicator 120 , and a memory 130 . The processor 110 is coupled to the communicator 120 and the memory 130 . The processor 110 includes an active substance content determination engine 110a and an SOH determination engine 110b.

배터리 관리 시스템(100)은 전자 장치 및 전기 자동차에서 구현된다. 전자 장치는 예를 들어 휴대폰, 스마트 폰, PDA(Personal Digital Assistant), 무선 모뎀, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 무선 로컬 루프(WLL; wireless local loop) 스테이션, 범용 직렬 버스(USB; Universal Serial Bus) 동글(dongle), 사물 인터넷(IoT; Internet of Things) 등이 될 수 있다.The battery management system 100 is implemented in electronic devices and electric vehicles. Electronic devices include, for example, cell phones, smart phones, personal digital assistants (PDAs), wireless modems, tablet computers, laptop computers, wireless local loop (WLL) stations, universal serial bus (USB) dongles. (dongle), Internet of Things (IoT), and the like.

프로세서(110)는 SOC 범위를 작동하는 양극(positive electrodes) 및 음극(negative electrode)을 추정하거나 결정하도록 구성된다.The processor 110 is configured to estimate or determine a positive electrode and a negative electrode operating SOC range.

일 실시 예에서, 활성 물질 함량 결정 엔진(110a)은 양극 OCP(예를 들어, 도 3의 320), 음극 OCP(예를 들어, 도 3의 330), 실험 셀 OCV 곡선(예를 들어, 도 3의 310)을 얻고, 증분 용량 분석을 사용하여 셀 dQdV 대 V(예를 들어, 도 7의 740)를 얻는다.In one embodiment, the active material content determination engine 110a is a positive OCP (eg, 320 in FIG. 3 ), a negative OCP (eg, 330 in FIG. 3 ), an experimental cell OCV curve (eg, FIG. 3 ). 310 of 3), and cell dQdV versus V (eg, 740 in FIG. 7 ) using incremental dose analysis.

또한, 활성 물질 함량 결정 엔진(110a)은 아래의 예와 같이 두 전극 SOC 범위를 0에서 1 사이로 정규화 하도록 구성된다. 양극에서 SOC 범위는 0.3-0.98(예를 들어, 도 4의 410)에서 0.0-1.0(예를 들어, 도 5의 510)로 정규화 될 수 있다. 음극에서 SOC 범위는 0.0-0.97(예를 들어, 도 4의 420)에서 0.0-1.0(예를 들어, 도 5의 520)로 정규화 될 수 있다.In addition, the active material content determination engine 110a is configured to normalize the two electrode SOC range from 0 to 1 as in the example below. At the anode, the SOC range may be normalized from 0.3-0.98 (eg, 410 in FIG. 4 ) to 0.0-1.0 (eg, 510 in FIG. 5 ). At the cathode, the SOC range may be normalized from 0.0-0.97 (eg, 420 in FIG. 4 ) to 0.0-1.0 (eg, 520 in FIG. 5 ).

또한, 활성 물질 함량 결정 엔진(110a)은 셀 모델에 대한 두 전극의 SOC0 및 SOC1을 초기화하도록 구성된다. 여기서, SOC0는 SOC가 0에서 OCP 값이고, SOC1는 SOC가 1에서 OCP 값을 나타낸다.Further, the active material content determination engine 110a is configured to initialize SOC 0 and SOC 1 of the two electrodes for the cell model. Here, SOC 0 represents an OCP value at SOC 0, and SOC 1 represents an OCP value at SOC 1.

또한, 활성 물질 함량 결정 엔진(110a)은 증분 용량 분석(ICA; incremental capacity analysis)를 사용하여 모델 출력, OCV 대 SOC 곡선(예를 들어, 도 7의 730에서의 추정), dQdV 대 V (예를 들어, 도 7의 740에서의 추정)를 얻도록 구성된다. 또한, 활성 물질 함량 결정 엔진(110a)은 실험 데이터로부터 dQdV 대 V 피크 위치의 차이를 결정하도록 구성된다. 또한, 활성 물질 함량 결정 엔진(110a)은 SOC0 및 SOC1에 대한 최적화를 수행하여 피크 차이를 최소화하도록 구성된다.In addition, the active substance content determination engine 110a uses incremental capacity analysis (ICA) to output the model, OCV versus SOC curve (eg, the estimate at 730 in FIG. 7 ), dQdV versus V (eg, For example, the estimation at 740 of FIG. 7 ). Further, the active substance content determination engine 110a is configured to determine the difference in dQdV versus V peak positions from the experimental data. In addition, the active material content determination engine 110a is configured to perform optimization on SOC 0 and SOC 1 to minimize the peak difference.

또한, 활성 물질 함량 결정 엔진(110a)은 수렴점(convergence point)이 충족되는지 확인하도록 구성될 수 있다. 활성 물질 함량 결정 엔진(110a)은 수렴점이 충족되면 활성 물질 함량 결정 과정을 중지하고, 수렴점이 충족되지 않으면 두 전극의 SOC0 및 SOC1을 업데이트할 수 있다.Further, the active substance content determination engine 110a may be configured to verify that a convergence point is met. The active material content determination engine 110a may stop the active material content determination process when the convergence point is satisfied, and update SOC 0 and SOC 1 of the two electrodes if the convergence point is not met.

도 3은 일 실시 예에 따른 전극 및 배터리의 개방 회로 전위가 도시된 그래프이다.3 is a graph illustrating an open circuit potential of an electrode and a battery according to an exemplary embodiment.

도 3을 참조하면, 310은 N9 배터리의 실험용 배터리 OCV를 나타내는 그래프이다. 320은 LCO 전극을 나타내는 그래프이다. 330은 흑연 전극(graphite electrode)을 나타내는 그래프이다.Referring to FIG. 3 , reference numeral 310 is a graph showing an OCV of an N9 battery for an experiment. 320 is a graph showing the LCO electrode. 330 is a graph showing a graphite electrode.

도 4는 일 실시 예에 따른, 평형 전위(equilibrium potential) 대 SOC가 도시된 그래프이다.4 is a graph illustrating an equilibrium potential versus SOC, according to an embodiment.

도 5는 일 실시 예에 따라 평형 전위 대 정규화된 전극 충전 상태가 도시된 그래프이다.5 is a graph illustrating equilibrium potential versus normalized electrode state of charge, according to an embodiment.

도 6은 일 실시 예에 따른, 전극 개방 회로 전압을 사용하여 추정된 충전 상태에 대한 셀 평형 전위가 도시된 그래프이다.6 is a graph illustrating a cell equilibrium potential for an estimated state of charge using an electrode open circuit voltage, according to an embodiment.

셀 OCV는 <수학식 1>을 사용하여 얻고 SOCnorm은 <수학식 2>를 사용하여 얻을 수 있다.Cell OCV can be obtained using <Equation 1> and SOC norm can be obtained using <Equation 2>.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, Cell OCV는 배터리의 셀의 개방 회로 전압을 나타내고, Cathode OCP는 캐노드의 개방 회로 전위를 나타내고, Anode OCP는 애노드의 개방 회로 전위를 나타낸다.Here, Cell OCV represents the open circuit voltage of a cell of the battery, Cathode OCP represents the open circuit potential of the cathode, and Anode OCP represents the open circuit potential of the anode.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, SOCmin은 충전 상태의 최소값을 나타내고, SOCmax는 충전 상태의 최대값을 나타낸다.Here, SOC min represents the minimum value of the state of charge, and SOC max represents the maximum value of the state of charge.

도 7은 일 실시 예에 따른, dQ/dV 대 V 플롯의 피크 매칭이 도시된 그래프이다.7 is a graph illustrating peak matching of a dQ/dV versus V plot, according to an embodiment.

도 7를 참조하면, 710은 상용 배터리 OCV를 나타내는 그래프이다. 720은 전극으로부터 추정된 OCV이다. 730은 전극 SOC 값의 최적화 후 추정된 셀 OCV와 상용 배터리 OCV의 비교를 나타내는 그래프이다. 740은 는 추정 및 상용 배터리의 dQ/dV 대 V 플롯의 피크 비교를 나타내는 그래프이다.Referring to FIG. 7 , 710 is a graph showing OCV of a commercial battery. 720 is the estimated OCV from the electrode. 730 is a graph showing a comparison between the estimated cell OCV and the commercial battery OCV after optimization of the electrode SOC value. 740 is a graph showing peak comparison of dQ/dV vs. V plots of estimated and commercial batteries.

도 8은 일 실시 예에 따른, dQ/dV 대 Q 플롯의 피크 매핑이 도시된 그래프이다.8 is a graph illustrating peak mapping of a dQ/dV versus Q plot, according to an exemplary embodiment.

도 8을 참조하면, 810은 천연 흑연(NG; Natural graphite)의 dQ/dV 대 V 플롯을 나타내는 그래프이다. 820은 리튬 코발트 산화물(LCO; Lithium Cobalt Oxide)의 dQ/dV 대 V 플롯을 나타내는 그래프이다. 830은 dQ/dV 대 V 플롯(상용 배터리)을 나타내는 그래프이다. 840은 dQ/dV 대 Q 플롯(상업용 배터리)을 나타내는 그래프이다.Referring to FIG. 8 , 810 is a graph showing a dQ/dV versus V plot of natural graphite (NG). 820 is a graph showing a dQ/dV versus V plot of Lithium Cobalt Oxide (LCO). 830 is a graph showing a dQ/dV vs. V plot (commercial battery). 840 is a graph showing a dQ/dV vs. Q plot (commercial battery).

일 실시 예에서, dQ/dV 대 Q 플롯의 피크 매핑은 아래 단계에 기초하여 얻어질 수 있다.In one embodiment, the peak mapping of the dQ/dV vs. Q plot may be obtained based on the steps below.

1단계: 상용 배터리의 dQ/dV 대 V 플롯에서 애노드 및 캐소드 피크의 식별은 피크를 개별 전극 dQ/dV 대 V 플롯 피크에 매핑하여 만들 수 있다.Step 1: Identification of the anode and cathode peaks in the dQ/dV vs. V plot of a commercial battery can be made by mapping the peaks to individual electrode dQ/dV vs. V plot peaks.

2단계: 상용 배터리의 dQ/dV 대 V 플롯에서 애노드 피크 및 캐소드 피크는 각 전극의 두 피크 사이의 용량 추정을 위해 상용 배터리의 dQ/dV 대 Q 플롯으로 매핑된다.Step 2: The anode and cathode peaks in the dQ/dV vs. V plot of a commercial battery are mapped to a dQ/dV vs. Q plot of the commercial battery for capacity estimation between the two peaks of each electrode.

3단계: 애노드 및 캐소드 피크 전압 값은 각각 도 8의 810과 820에서 얻을 수 있으며 <표 1>와 같다.Step 3: Anode and cathode peak voltage values can be obtained from 810 and 820 of FIG. 8, respectively, and are shown in <Table 1>.

4단계: 애노드 및 캐소드 피크 용량 값은 각각 도 8의 830과 840에서 추정할 수 있다 (<표 1>에 기재됨).Step 4: The anode and cathode peak capacity values can be estimated at 830 and 840 in FIG. 8, respectively (referred to in <Table 1>).

전극electrode Q1 (mAh)Q1 (mAh) Q2 (mAh)Q2 (mAh) V1 (V)V1 (V) V2 (V)V2 (V) 애노드anode 365365 12971297 0.1330.133 0.2180.218 캐소드cathode 30973097 26642664 4.1714.171 4.0614.061

도 9는 일 실시 예에 따른 전극 부하 계산이 도시된 그래프이다.9 is a graph illustrating an electrode load calculation according to an exemplary embodiment.

도 9를 참조하면, 910은 천연 흑연(NG; Natural graphite)의 OCP 플롯을 나타내는 그래프이고, 920은 리튬 코발트 산화물(LCO; Lithium Cobalt Oxide)의 OCP 플롯을 나타내는 그래프이다.Referring to FIG. 9 , reference numeral 910 is a graph illustrating an OCP plot of natural graphite (NG), and reference numeral 920 is a graph illustrating an OCP plot of lithium cobalt oxide (LCO).

일 실시 예에서, 전극 부하 계산은 다음 단계에 기초하여 결정될 수 있다.In one embodiment, the electrode load calculation may be determined based on the following steps.

1단계: 애노드 및 캐소드는 도 9의 910과 920으로부터 얻은 전압 값을 피크로 한다. Step 1: The anode and cathode peak at voltage values obtained from 910 and 920 in FIG.

2 단계: 전압에 해당하는 애노드 및 캐소드의 SOC 값은 각각 도 9의 910과 920에서 얻을 수 있다.Step 2: The SOC values of the anode and the cathode corresponding to the voltage may be obtained from 910 and 920 of FIG. 9 , respectively.

3 단계: 애노드의 △SOC 값은 애노드 피크 SOC 값 간의 차이와 동일하다. <수학식 4a 및 4b>를 사용하여 추정할 수 있다. 마찬가지로, 캐소드의 △ SOC 값을 추정할 수 있다.Step 3: The ΔSOC value of the anode is equal to the difference between the anode peak SOC values. It can be estimated using <Equations 4a and 4b>. Similarly, the Δ SOC value of the cathode can be estimated.

4 단계: 애노드에 대한 (△Q)cell은 피크 값 간의 용량 차이와 같다. (△Q)cell은 <수학식 3a 및 3b>를 사용하여 추정할 수 있다. 캐소드에 대한 (△Q)cell도 유사한 방법으로 추정할 수 있다.Step 4: The (ΔQ) cell for the anode equals the capacity difference between the peak values. (ΔQ) cell can be estimated using <Equations 3a and 3b>. The (ΔQ) cell for the cathode can also be estimated in a similar way.

5 단계: 상용 배터리의 애노드 및 캐소드의 활성 물질 부하는 <수학식 5>를 사용하여 얻을 수 있다.Step 5: The active material loads of the anode and cathode of a commercial battery can be obtained using Equation (5).

애노드 및 캐소드 피크 전압, SOC 값 및 상업용 배터리의 해당 용량 값이 <표 2>에 나와 있다.The anode and cathode peak voltages, SOC values, and corresponding capacity values for commercial batteries are shown in Table 2.

Q-1(mAh)Q-1 (mAh) Q-2(mAh)Q-2 (mAh) V-1(V)V-1(V) V-2(V)V-2(V) SOC-1SOC-1 SOC-2SOC-2 애노드anode 365365 12971297 0.1330.133 0.2180.218 0.3120.312 0.0890.089 캐소드cathode 30973097 26642664 4.1714.171 4.0614.061 0.2450.245 0.3430.343

[수학식 3a][Equation 3a]

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, (△Q)cell은 두 피크 간의 용량 차이를 나타내고, Qc1과 Qc2는 캐소드의 두 피크(c1, c2)에서의 각각의 값을 나타내고, abs()는 절대값 함수를 나타낸다.Here, (ΔQ) cell represents the capacity difference between the two peaks, Q c1 and Q c2 represent the respective values of the two peaks (c 1 , c 2 ) of the cathode, and abs() represents the absolute value function. .

[수학식 3b][Equation 3b]

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, (△Q)cell은 두 피크 간의 용량 차이를 나타내고, Qa1과 Qa2는 애노드의 두 피크(a1, a2)에서의 각각의 값을 나타내고, abs()는 절대값 함수를 나타낸다.Here, (ΔQ) cell represents the capacity difference between the two peaks, Qa 1 and Qa 2 represent the respective values in the two peaks (a 1 , a 2 ) of the anode, and abs() represents the absolute value function. .

[수학식 4a][Equation 4a]

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, (△SOC)electrode는 두 피크 SOC 값 간의 차이를 나타내고, SOCc1과 SOCc2는 캐소드의 두 피크(c1, c2)에서의 각각의 SOC 값을 나타내고, abs()는 절대값 함수를 나타낸다.Here, (ΔSOC)electrode represents the difference between the two peak SOC values, SOC c1 and SOC c2 represent the respective SOC values at the two peaks (c 1 , c 2 ) of the cathode, and abs() is an absolute value function. indicates

[수학식 4b][Equation 4b]

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서, (△SOC)electrode는 두 피크 SOC 값 간의 차이를 나타내고, SOCa1과 SOCa2는 애노드의 두 피크(a1, a2)에서의 각각의 SOC 값을 나타내고, abs()는 절대값 함수를 나타낸다.Here, (ΔSOC)electrode represents the difference between the two peak SOC values, SOCa 1 and SOCa 2 represent the respective SOC values at the two peaks (a 1 , a 2 ) of the anode, and abs() is an absolute value function. indicates

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00007
Figure pat00007

Figure pat00008
Figure pat00008

Figure pat00009
Figure pat00009

또한, 전극은 다른 속도로 셀의 작동 및 순환 중에 용량을 손실한다.Also, the electrodes lose capacity during operation and cycling of the cell at different rates.

본 개시의 경우 개별 전극의 용량을 서로 다른 노화 수준(ageing level)에서 확인할 수 있다.In the case of the present disclosure, the capacity of individual electrodes may be checked at different aging levels.

개별 전극의 용량에 관한 정보는 셀의 사용 가능한 용량을 예측하고 SOH 결정 엔진(110b)을 사용하여 개별 전극 저하(individual electrode degradations)를 모델링하는 데 사용할 수 있다.Information regarding the capacity of individual electrodes can be used to predict the usable capacity of the cell and to model individual electrode degradations using the SOH decision engine 110b.

일 실시 예에서, 활성 물질 함량 결정 엔진(110a)은 양극 및 음극 모두의 SOC0 및 SOC1, 상용 전지의 dQdV 대 V 곡선, 양극과 음극 전위 사이의 차이로부터 획득된 dQdV 대 V 곡선을 얻도록 구성될 수 있다(예를 들어, 도 8의 830).In one embodiment, the active material content determination engine 110a is configured to obtain a dQdV versus V curve obtained from the difference between the SOC 0 and SOC 1 of both the positive and negative electrodes, the dQdV versus V curve of a commercial cell, and the positive and negative potentials. may be configured (eg, 830 in FIG. 8 ).

또한, 활성 물질 함량 결정 엔진(110a)은 양극(예를 들어, 도 8의 820에서 획득) 및 음극(예를 들어, 도 8의 810에서 획득) 모두의 증분 용량 분석 (dQdV 대 V) 곡선과 역 차동 용량(예를 들어, 도 8의 840에서 획득)을 사용하여 상용 셀의 dQdV 대 Q 곡선을 추정하도록 구성될 수 있다.In addition, the active material content determination engine 110a calculates the incremental capacity analysis (dQdV vs. V) curves of both the positive electrode (eg, obtained at 820 in FIG. 8 ) and the negative electrode (eg, obtained at 810 in FIG. 8 ) curves and It can be configured to estimate the dQdV versus Q curve of a commercial cell using the inverse differential capacitance (eg, obtained at 840 of FIG. 8 ).

또한, 활성 물질 함량 결정 엔진(110a)은 상용 셀의 피크를 양극(c1, c2)(도 8의 820) 및 음극(a1, a2)(도 8의 810) 피크로 매핑하고, 유사하게, 상업용 셀의 dQdV 대 V(도 8의 830)와 dQdV 대 Q(도 8의 840) 사이의 피크를 매핑하여 상용 셀의 dQdV 대 V(도 8의 810)에서 양극 및 음극 피크를 식별하도록 구성된다.In addition, the active material content determination engine 110a maps the peaks of the commercial cell to the positive (c1, c2) (820 in FIG. 8) and negative (a1, a2) (810 in FIG. 8) peaks, and similarly, Mapping the peaks between the cell's dQdV vs. V (830 in Fig. 8) and dQdV vs. Q (840 in Fig. 8) is constructed to identify positive and negative peaks at dQdV vs. V (810 in Fig. 8) of the commercial cell.

또한, 활성 물질 함량 결정 엔진(110a)은 다음 정보를 추정하도록 구성된다.Further, the active substance content determination engine 110a is configured to estimate the following information.

예를 들어, a1 포인트의 전위 값(x 축)을 도 8의 810에서 Va1로, a2를 Va2로 기록하고, c1포인트의 전위 값(x 축)을 도8의 820에서 Vc1로, c2에서 Vc2로 기록하고, 도 8의 840 의 a1, a2, c1, c2 포인트에서의 용량 값(x 축)을 각각 Qa1, Qa2, Qc1, Qc2로 기록한다.For example, the potential value (x-axis) of point a 1 is recorded as V a1 in 810 of FIG. 8 and a 2 is recorded as V a2 , and the potential value (x-axis) of point c 1 is V in 820 of FIG. 8 . as c1, 840 of the recording to the V c2, and in Fig. 8 c 2 a 1, a 2, c 1, the capacitance (x-axis) at the point c 2 respectively, Q a1, Q a2, Q c1 , Record as Q c2.

또한, 활성 물질 함량 결정 엔진(110a)은 도 8의 810에서 다음과 같은 전위 값 Va1 및 Va2를 추정하고, 도 9의 910에서 SOCa1 및 SOCa2와 같은 해당 SOC 값, 도 8의 820에서 Vc1 및 Vc2 지점의 전위 값을 획득하는데 사용되고, 도 9의 920에서 SOCc1 및 SOCc2와 같은 SOC 및 값에 해당하는 해당 SOC 값을 획득하는데 사용되도록 구성된다.In addition, the active material content determination engine 110a estimates the following potential values V a1 and V a2 in 810 of FIG. 8 , and corresponding SOC values such as SOC a1 and SOC a2 in 910 of FIG. 9 , 820 in FIG. 8 . It is used to obtain the potential values of the points V c1 and V c2 in , and is configured to be used to obtain corresponding SOC values corresponding to SOCs and values such as SOC c1 and SOC c2 in 920 of FIG. 9 .

또한, 활성 물질 함량 결정 엔진(110a)은 수학식(

Figure pat00010
)을 사용하여 음극의 활성 물질 부하를 결정하도록 구성된다.In addition, the active substance content determination engine 110a is
Figure pat00010
) to determine the active material loading of the negative electrode.

또한, 활성 물질 함량 결정 엔진(110a)은 수학식(

Figure pat00011
)을 사용하여 양극의 활성 물질 부하를 결정하도록 구성된다.In addition, the active substance content determination engine 110a is
Figure pat00011
) to determine the active material loading of the positive electrode.

도 10은 일 실시 예에 따른, 배터리 노화에 따른 애노드 및 캐소드 용량 손실의 추정이 도시된 그래프이다.10 is a graph illustrating estimation of anode and cathode capacity loss according to battery aging, according to an embodiment.

도 10을 참조하면, 다양한 사이클 넘버(cycle number)에서 상용 배터리 플롯의 dQ/dV 대 Q가 어떻게 변하는지 확인할 수 있다. a1과 a2 포인트는 애노드에 해당하고, c1과 c2는 포인트는 각각 캐소드에 해당한다. 애노드의 Qcycle과 캐소드의 Qcycle은 각각 <수학식 6>과 <수학식 7>을 사용하여 추정할 수 있다. 상용 배터리의 Qcycle은 최종값 dQ/dV 대 Q 곡선과 동일하다. Q0은 첫 번째 사이클 용량이다. 사이클 넘버가 있는 애노드, 캐소드 및 상용 배터리의 용량 손실 백분율은 <수학식 8>을 사용하여 추정할 수 있다.Referring to FIG. 10 , it can be seen how dQ/dV vs. Q of a commercial battery plot changes at various cycle numbers. Points a 1 and a 2 correspond to the anode, and points c 1 and c 2 correspond to the cathode, respectively. Q cycle and the cathode of the Q cycle of the anode can be estimated using each <Equation 6> with <Equation 7>. The Q cycle of a commercial battery is equal to the final dQ/dV versus Q curve. Q 0 is the first cycle capacity. The capacity loss percentage of the anode, the cathode, and the commercial battery with cycle numbers can be estimated using Equation (8).

[수학식 6][Equation 6]

Figure pat00012
Figure pat00012

[수학식 7] (△SOC)electrode는 두 피크 SOC 값 간의 차이를 나타내고, SOCc1과 SOCc2는 캐소드의 두 피크(c1, c2)에서의 각각의 SOC 값을 나타내고, abs()는 절대값 함수를 나타낸다.[Equation 7] (ΔSOC) electrode represents the difference between the two peak SOC values, SOC c1 and SOC c2 represent the respective SOC values at the two peaks (c 1 , c 2 ) of the cathode, and abs() is Represents an absolute value function.

Figure pat00013
Figure pat00013

[수학식 8][Equation 8]

Figure pat00014
Figure pat00014

사이클 수
(Cycle No)
number of cycles
(Cycle No)
셀(Cell)
(% Cap Loss)
Cell
(% Cap Loss)
애노드(Anode)
(% Cap Loss)
Anode
(% Cap Loss)
캐소드(Cathode)
(% Cap Loss)
cathode
(% Cap Loss)
1One 00 00 00 216216 4.694.69 4.934.93 3.483.48 376376 8.668.66 7.237.23 6.656.65 409409 14.8714.87 15.3415.34 11.0711.07

<표 3>은 사이클 번호에 따른 애노드 및 캐소드 및 셀 용량 손실 백분율에 대한 예시 표이다.Table 3 is an exemplary table of anode and cathode and cell capacity loss percentages according to cycle number.

또한, 프로세서(110)는 메모리(130)에 저장된 명령을 실행하고 다양한 프로세스를 수행하도록 구성된다.In addition, the processor 110 is configured to execute instructions stored in the memory 130 and perform various processes.

커뮤니케이터(120)는 하나 이상의 네트워크를 통해 내부 하드웨어 구성 요소와 외부 장치 사이에서 내부적으로 통신하도록 구성된다.Communicator 120 is configured to communicate internally between internal hardware components and external devices via one or more networks.

메모리(130)는 또한 프로세서(110)에 의해 실행될 명령을 저장한다. 메모리(130)는 비 휘발성 저장 요소를 포함할 수 있다. 이러한 비 휘발성 저장 요소의 예는 자기 하드 디스크, 광 디스크, 플로피 디스크, 플래시 메모리 또는 EPROM(electrical programmable memory) 또는 EEPROM(electrical erasable and programmable) 메모리의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(130)는 일부 예 들에서 비 일시적 저장 매체로 간주될 수 있다. 용어 "비 일시적"은 저장 매체가 반송파 또는 전파된 신호로 구현되지 않음을 나타낼 수 있다. 그러나 "비 일시적"이라는 용어는 메모리(130)가 움직일 수 없는 것으로 해석되어서는 안된다. 일부 예 들에서, 메모리(130)는 메모리보다 더 많은 양의 정보를 저장하도록 구성될 수 있다. 특정 예 들에서, 비 일시적 저장 매체는 시간이 지남에 따라(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 캐시에) 변경될 수 있는 데이터를 저장할 수 있다.Memory 130 also stores instructions to be executed by processor 110 . Memory 130 may include a non-volatile storage element. Examples of such non-volatile storage elements may include magnetic hard disks, optical disks, floppy disks, flash memory or in the form of electrical programmable memory (EPROM) or electrical erasable and programmable (EEPROM) memory. Also, memory 130 may be considered a non-transitory storage medium in some examples. The term “non-transitory” may indicate that the storage medium is not embodied in a carrier wave or a propagated signal. However, the term “non-transient” should not be construed as meaning that the memory 130 is immobile. In some examples, memory 130 may be configured to store a greater amount of information than memory. In certain instances, the non-transitory storage medium may store data that may change over time (eg, in random access memory (RAM) or cache).

도 1은 배터리 관리 시스템(100)의 다양한 하드웨어 구성 요소를 도시하지만, 다른 실시 예가 이에 제한되지 않음을 이해해야 한다. 다른 실시 예에서, 배터리 관리 시스템(100)은 더 적거나 더 많은 수의 구성 요소를 포함할 수 있다. 또한, 구성 요소의 라벨 또는 이름은 예시 목적으로 만 사용되며 본 개시의 범위를 제한하지 않는다. 하나 이상의 구성 요소를 함께 조합하여 동일하거나 실질적으로 유사한 기능을 수행하여 배터리의 음극 및 양극에서 활성 물질 함량을 결정할 수 있다.1 illustrates various hardware components of the battery management system 100 , it should be understood that other embodiments are not limited thereto. In other embodiments, the battery management system 100 may include fewer or more components. In addition, labels or names of components are used for illustrative purposes only and do not limit the scope of the present disclosure. One or more components may be combined together to perform the same or substantially similar function to determine the active material content in the negative and positive electrodes of the battery.

이하, 상기와 같이 구성된 본 개시에 따른 배터리 관리 시스템에서 배터리 전극의 활성 물질 함량 결정하는 방법을 아래에서 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a method of determining the content of an active material in a battery electrode in the battery management system according to the present disclosure configured as described above will be described with reference to the drawings.

도 2a는 일 실시 예에 따른 배터리의 음극 및 양극에서 활성 물질 함량을 결정하는 과정을 도시한 흐름도이다.2A is a flowchart illustrating a process of determining an active material content in a negative electrode and a positive electrode of a battery according to an exemplary embodiment.

도 2a를 참조하면, (202a-208a)단계는 프로세서(110)에 의해 수행된다.Referring to FIG. 2A , steps 202a - 208a are performed by the processor 110 .

프로세서(110)는 셀의 역-차동 용량 분석(dQ/dV 대 Q) 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정한다(202a).The processor 110 determines ( 202a ) at least one peak in an inverse-differential capacity analysis (dQ/dV vs. Q) curve of the cell.

그리고, 프로세서(110)는 양극 및 음극과 관련된 증분 용량 분석 (dQ/dV 대 V) 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정한다(204a).Then, the processor 110 determines at least one peak in the incremental capacity analysis (dQ/dV versus V) curve associated with the positive electrode and the negative electrode (204a).

그리고, 프로세서(110)는 역-차동 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 결정된 피크를 양극 및 음극과 관련된 증분 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 결정된 피크와 매핑한다(206a).Then, the processor 110 maps the at least one determined peak in the inverse-differential capacity analysis curve with the at least one determined peak in the incremental capacity analysis curve associated with the positive electrode and the negative electrode (206a).

그리고, 프로세서(110)는 배터리의 음극 및 양극에서 활성 물질 함량을 결정한다(208a).Then, the processor 110 determines the active material content in the negative electrode and the positive electrode of the battery (208a).

도 2b는 일 실시 예에 따라 도 2a과 관련하여 양극 전극과 음극 전극의 충전 상태 범위를 추정하기 위한 과정을 도시한 흐름도이다. FIG. 2B is a flowchart illustrating a process for estimating a range of states of charge of a positive electrode and a negative electrode with respect to FIG. 2A according to an exemplary embodiment.

도 2b를 참조하면, (202b-216b)단계는 프로세서(110)에 의해 수행된다.Referring to FIG. 2B , steps 202b - 216b are performed by the processor 110 .

프로세서(110)는 양극 OCP(예를 들어, 도 3b) 및 음극 OCP(예를 들어, 도 3의 330), 실험 셀 OCV 곡선(예를 들어, 도 3의 310)을 획득하고, 증분 용량 분석(ICA; incremental capacity analysis)을 사용하여 셀 dQdV 대 V(예를 들어, 도 7의 740)를 획득한다(202b).Processor 110 obtains positive OCP (eg, FIG. 3B ) and negative OCP (eg, 330 in FIG. 3 ), experimental cell OCV curve (eg, 310 in FIG. 3 ), and incremental capacity analysis A cell dQdV versus V (eg, 740 in FIG. 7 ) is obtained using incremental capacity analysis (ICA) ( 202b ).

그리고, 프로세서(110)는 두 전극 SOC 범위를 0에서 1 사이로 다음과 같이 정규화 한다(204b).Then, the processor 110 normalizes the two electrode SOC range from 0 to 1 as follows (204b).

양극에서 SOC 범위는 0.3-0.98(예를 들어, 도 4의 410)에서 0.0-1.0(예를 들어, 도 5의 510)로 정규화 될 수 있다. At the anode, the SOC range may be normalized from 0.3-0.98 (eg, 410 in FIG. 4 ) to 0.0-1.0 (eg, 510 in FIG. 5 ).

음극에서 SOC 범위는 0.0-0.97(예를 들어, 도 4의 420)에서 0.0-1.0(예를 들어, 도 5의 520)로 정규화 될 수 있다.At the cathode, the SOC range may be normalized from 0.0-0.97 (eg, 420 in FIG. 4 ) to 0.0-1.0 (eg, 520 in FIG. 5 ).

그리고, 프로세서(110)는 셀 모델에 대한 두 전극의 SOC0 및 SOC1을 초기화한다(206b). Then, the processor 110 initializes SOC 0 and SOC 1 of the two electrodes for the cell model ( 206b ).

그리고, 프로세서(110)는 모델 출력 OCV 대 SOC 곡선(예를 들어, 도 7의 730의 추정), ICA를 사용하여 dQdV 대 V(예를 들어, 도 7의 740의 추정)를 획득한다(208b).Then, the processor 110 uses the model output OCV versus SOC curve (eg, estimation of 730 in FIG. 7 ) and ICA to obtain dQdV versus V (eg, estimation of 740 in FIG. 7 ) ( 208b ). ).

그리고, 프로세서(110)는 실험 데이터에서 dQdV 대 V 피크 위치의 차이를 찾는다(210b).Then, the processor 110 finds a difference between the dQdV and V peak positions in the experimental data (210b).

그리고, 프로세서(110)는 SOC0 및 SOC1에 대한 최적화를 수행하여 피크 차이를 최소화한다(212b).Then, the processor 110 minimizes the peak difference by performing optimization on SOC 0 and SOC 1 ( 212b ).

그리고, 프로세서(110)는 수렴점이 충족되는지를 결정한다(214b).Then, the processor 110 determines whether a convergence point is satisfied (214b).

214b단계의 확인결과 수렴점이 충족되면, 프로세서(110)는 본 알고리즘을 중지한다.If the convergence point is satisfied as a result of the check in step 214b, the processor 110 stops the present algorithm.

214b단계의 확인결과 수렴점이 충족되지 않으면, 프로세서(110)는 두 전극의 SOC0 및 SOC1을 업데이트한다(216b).If the convergence point is not satisfied as a result of the check in step 214b, the processor 110 updates SOC 0 and SOC 1 of the two electrodes (216b).

도 2c는 일 실시 예에 따라 양극 및 음극에서의 활성 물질 부하 및 열화 추정하는 과정을 도시한 흐름도이다.2C is a flowchart illustrating a process of estimating active material load and deterioration in anode and cathode according to an exemplary embodiment.

도 2c를 참조하면, (202c-214c)단계는 프로세서(110)에 의해 수행된다.Referring to FIG. 2C , steps 202c - 214c are performed by the processor 110 .

프로세서(110)는 양극과 음극 모두의 SOC0 및 SOC1, 상용 셀의 dQdV 대 V 곡선, 도 2b로부터 양극과 음극 전위의 차이에서 dQdV 대 V 곡선(예를 들어, 도 8의 830)을 획득한다(202c). Processor 110 obtains SOC 0 and SOC 1 of both positive and negative electrodes, dQdV versus V curve of a commercial cell, and a dQdV versus V curve (eg, 830 in FIG. 8 ) from the difference in positive and negative potentials from FIG. 2B . do (202c).

그리고, 프로세서(110)는 증분 용량 분석(ICA)을 사용하여 양극(예를 들어, 도 8의 820) 및 음극(예를 들어, 도 8의 810) 모두의 dQdV 대 V 곡선을 추정하고, 역-차동 용량 분석을 사용하여 상용 셀의 dQdV 대 Q 곡선(예를 들어, 도 8의 840)을 추정한다(204c).Then, the processor 110 estimates the dQdV versus V curve of both the positive electrode (eg, 820 in FIG. 8 ) and the negative electrode (eg, 810 in FIG. 8 ) using incremental capacity analysis (ICA), and inverse - Estimate the dQdV vs. Q curve of the commercial cell (eg, 840 in FIG. 8 ) using differential capacity analysis (204c).

그리고, 프로세서(110)는 상용 셀의 피크를 양극(c1, c2)(도 8의 820) 및 음극(a1, a2)(도 8의810) 피크로 매핑하고, 유사하게, 상업용 셀의 dQdV 대 V(도 8의 830)와 dQdV 대 Q(도 8의 840) 사이의 피크를 매핑하여 상용 셀(도 8의 810)의 dQdV 대 V에서 양극 및 음극 피크를 식별한다(206c).Then, the processor 110 maps the peaks of the commercial cell to the positive (c1, c2) (820 in FIG. 8) and negative (a1, a2) (810 in FIG. 8) peaks, and similarly, the dQdV versus dQdV of the commercial cell The peaks between V (830 in Fig. 8) and dQdV vs. Q (840 in Fig. 8) are mapped to identify positive and negative peaks at dQdV vs. V in a commercial cell (810 in Fig. 8) (206c).

그리고, 프로세서(110)는 다음 정보를 추정한다(208c). 예를 들어, a1 포인트의 전위 값(x 축)을 도 8의 810에서 Va1로, a2를 Va2로 기록하고, c1포인트의 전위 값(x 축)을 도8의 820에서 Vc1로, c2에서 Vc2로 기록하고, 도 8의 840의 a1, a2, c1, c2 포인트에서의 용량 값(x 축)을 각각 Qa1, Qa2, Qc1, Qc2로 기록한다.Then, the processor 110 estimates the following information (208c). For example, the potential value (x-axis) of point a 1 is recorded as V a1 in 810 of FIG. 8 and a 2 is recorded as V a2 , and the potential value (x-axis) of point c 1 is V in 820 of FIG. 8 . Record as c1 and c 2 as V c2 , and the capacity values (x-axis) at points a 1 , a 2 , c 1 , and c 2 of 840 of FIG. 8 are Q a1 , Q a2 , Q c1 , Q c2 , respectively. record as

그리고, 프로세서(110)는 도 9의 910에서 SOCa1 및 SOCa2와 같은 해당 SOC 값을 획득하는데 사용되는 도 8의 810에서 Va1 및 Va2 지점의 전위 값, 도 9의 920에서 SOCc1 및 SOCc2와 같은 해당 SOC 값을 획득하는데 사용되는 도 8의 820에서 Vc1 및 Vc2 지점의 전위 값을 추정한다(210c).Then, the processor 110 is used to obtain the corresponding SOC values such as SOC a1 and SOC a2 in 910 of FIG. 9 , the potential values of the points Va1 and Va2 in 810 of FIG. 8 , SOC c1 and SOC c2 in 920 of FIG. 9 . The potential values of the points V c1 and V c2 in 820 of FIG. 8 used to obtain the corresponding SOC values such as 210c are estimated ( 210c ).

그리고, 프로세서(110)는 수학식(

Figure pat00015
)을 사용하여 음극의 활성 물질 부하를 결정한다(212c).And, the processor 110 is the equation (
Figure pat00015
) to determine the active material load of the negative electrode (212c).

그리고, 프로세서(110)는 수학식(

Figure pat00016
)을 사용하여 양극의 활성 물질 부하를 결정한다(214c).And, the processor 110 is the equation (
Figure pat00016
) to determine the active material load of the positive electrode (214c).

기존의 방법과 달리 본 개시는 온보드 상태 추정 절차(on-board state estimation procedures)에서 사용할 수 있는 각 전극의 활성 물질 부하를 결정하는데 사용할 수 있다. 본 개시는 양극과 음극 모두의 SOC 범위를 추정하는 데 사용할 수 있다. 본 개시는 파괴적인 방법을 적용하지 않고 상용 배터리의 음극 및 양극에서 활성 물질 부하를 추정하는 데 사용할 수 있다. 본 개시는 비파괴적이고 배터리 수명에 따른 전극 성능 저하를 추정하는 데 사용할 수 있다. 본 개시에서 전극 열화 정보는 작동 전압(또는 SOC) 위도우를 조정하는 데 도움이 되며 수명 연장을 위한 더 나은 방법으로 양극 및 음극의 설계하도록 안내할 수 있다. 본 개시는 상용 배터리(전극 재료)에 대한 최소한의 정보만 필요로 한다. 본 개시는 개별 전극의 용량 손실을 정확하게 결정하기 위해 다양한 수준의 배터리 노화에 적용될 수 있다. 이는 사용자에게 배터리의 정확한 상태를 예측하는 데 도움이 될 수 있다. 또한 더 나은 전극 설계 및 재료 선택에 도움이 된다.Unlike conventional methods, the present disclosure can be used to determine the active material load of each electrode that can be used in on-board state estimation procedures. The present disclosure can be used to estimate the SOC range of both anode and cathode. The present disclosure can be used to estimate the active material loading at the negative and positive electrodes of commercial batteries without applying destructive methods. The present disclosure is non-destructive and can be used to estimate electrode degradation with battery life. The electrode degradation information in this disclosure can help to tune the operating voltage (or SOC) window and guide the design of the anode and cathode in a better way for extended life. The present disclosure requires only minimal information about commercial batteries (electrode materials). The present disclosure can be applied to various levels of battery aging to accurately determine the capacity loss of individual electrodes. This can help users predict the correct state of the battery. It also aids in better electrode design and material selection.

본 개시는 개별 전극 및 상용 배터리의 측정된 전류, 전압 및 용량을 활용하여 dQ/dV 대 Q 및 dQ/dV 대 V의 특성 곡선을 구하여 전극의 작동 SOC 범위, 애노드 및 캐소드 모두에서 활성 물질의 부하 및 배터리 에이지(age)로 용량이 감소하는 것을 추정한다. 흐름도(200a-200c)의 다양한 동작, 동작, 블록, 단계 등은 제시된 순서로, 다른 순서로 또는 동시에 수행될 수 있다.The present disclosure utilizes the measured currents, voltages, and capacities of individual electrodes and commercial batteries to obtain characteristic curves of dQ/dV vs. Q and dQ/dV vs. V to determine the electrode's operating SOC range, loading of active materials across both anode and cathode. and it is estimated that capacity decreases with battery age. The various acts, acts, blocks, steps, etc., of the flowcharts 200a - 200c may be performed in the order presented, in a different order, or concurrently.

또한, 일부 실시 예에서, 동작, 동작, 블록, 단계 등의 일부는 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 생략, 추가, 수정, 건너 뛰기 등이 될 수 있다.In addition, in some embodiments, some of the operations, operations, blocks, steps, etc. may be omitted, added, modified, skipped, etc. without departing from the scope of the present disclosure.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 저장할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer readable medium may store program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and carry out program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may comprise a computer program, code, instructions, or a combination of one or more thereof, which configures a processing device to operate as desired or is independently or collectively processed You can command the device. The software and/or data may be any kind of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. , or may be permanently or temporarily embody in a transmitted signal wave. The software may be distributed over networked computer systems, and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (18)

셀의 역-차동 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하는 단계;
적어도 하나의 전극과 관련된 증분 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하는 단계;
상기 역-차동 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크를 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 상기 증분 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크와 매핑하는 단계; 및
상기 매핑에 기초하여 배터리의 적어도 하나의 전극에서 상기 활성 물질 함량을 결정하는 단계
를 포함하는 배터리 관리 시스템에서 배터리 전극의 활성 물질 함량 결정하는 방법.
determining at least one peak in an inverse-differential capacity analysis curve of the cell;
determining at least one peak in an incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode;
mapping at least one peak determined in the inverse-differential capacity analysis curve to at least one peak determined in the incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode; and
determining the active material content in at least one electrode of a battery based on the mapping;
A method for determining the active material content of a battery electrode in a battery management system comprising:
제1항에 있어서,
배터리의 건강 상태가 감소함에 따라 적어도 하나의 전극에 대응하는 가용 용량을 결정하는 단계
를 더 포함하는 배터리 관리 시스템에서 배터리 전극의 활성 물질 함량 결정하는 방법.
According to claim 1,
determining a usable capacity corresponding to the at least one electrode as the health state of the battery decreases;
A method for determining an active material content of a battery electrode in a battery management system further comprising:
제1항에 있어서,
상기 셀의 역-차동 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하는 단계는,
상기 셀이 완전 방전 상태 일 때 상기 하나 이상의 전극과 관련된 충전 상태, 상기 셀이 완전 충전 상태 일 때 상기 하나 이상의 전극과 관련된 충전 상태, 상용 셀과 관련된 역-차동 용량 분석 곡선 값 및 양극 전위와 음극 전위 간의 차이에서 얻은 증분 용량 분석 곡선 값을 획득하는 단계; 및
상기 셀이 완전 방전 상태 일 때 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 상기 충전 상태에 기초한 상기 셀의 상기 역-차동 용량 분석 곡선, 상기 셀이 완전히 충전된 상태 일 때 상기 하나 이상의 전극과 관련된 상기 충전 상태, 상기 상용 셀과 관련된 상기 역-차동 용량 분석 곡선 값 및 증분 용량 분석을 사용하여 상기 양극 전위와 상기 음극 전위 간의 차이에서 얻은 상기 증분 용량 분석 곡선 값을 결정하는 단계
를 포함하는 배터리 관리 시스템에서 배터리 전극의 활성 물질 함량 결정하는 방법.
According to claim 1,
Determining at least one peak in the inverse-differential capacity analysis curve of the cell comprises:
a state of charge associated with the one or more electrodes when the cell is in a fully discharged state, a state of charge associated with the one or more electrodes when the cell is in a fully charged state, an inverse-differential capacity analysis curve value associated with a commercial cell and positive potential versus negative electrode obtaining incremental dose analysis curve values obtained from differences between potentials; and
the inverse-differential capacity analysis curve of the cell based on the state of charge associated with the at least one electrode when the cell is in a fully discharged state, the state of charge associated with the one or more electrodes when the cell is in a fully charged state; determining the value of the incremental capacity analysis curve obtained from the difference between the anode potential and the cathode potential using the inverse-differential capacity analysis curve value associated with the commercial cell and the incremental capacity analysis;
A method for determining the active material content of a battery electrode in a battery management system comprising:
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전극과 관련된 증분 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하는 단계는,
상기 셀이 완전 방전 상태 일 때 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 충전 상태, 상기 셀이 완전 충전 상태 일 때 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 충전 상태, 상용 셀과 관련된 증분 용량 분석 곡선 값 및 양극 전위와 음극 전위 간의 차이에서 얻은 증분 용량 분석 곡선 값을 획득하는 단계; 및
상기 셀이 완전 방전 상태 일 때 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 상기 충전 상태에 기초하여 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 증분 용량 분석 곡선에서 하나 이상의 피크, 상기 셀이 완전 충전 상태 일 때 상기 하나 이상의 전극과 관련된 충전 상태, 상용 전지와 관련된 증분 용량 분석 곡선 값 및 증분 용량 분석을 사용하여 상기 양극 전위와 상기 음극 전위 간의 차이에서 얻은 증분 용량 분석 곡선 값을 결정하는 단계
를 포함하는 배터리 관리 시스템에서 배터리 전극의 활성 물질 함량 결정하는 방법.
According to claim 1,
Determining at least one peak in the incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode comprises:
a state of charge associated with the at least one electrode when the cell is in a fully discharged state, a state of charge associated with the at least one electrode when the cell is in a fully charged state, an incremental capacity analysis curve value associated with a commercial cell and positive potential versus negative electrode obtaining incremental dose analysis curve values obtained from differences between potentials; and
one or more peaks in an incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode based on the state of charge associated with the at least one electrode when the cell is in a fully discharged state, the one or more electrodes when the cell is in a fully charged state; determining an associated state of charge, an incremental capacity analysis curve value associated with a commercial cell, and an incremental capacity analysis curve value obtained from the difference between the positive electrode potential and the negative electrode potential using incremental capacity analysis;
A method for determining the active material content of a battery electrode in a battery management system comprising:
제1항에 있어서,
상기 배터리의 적어도 하나의 전극에서 상기 활성 물질 함량을 결정하는 단계는,
Va1 및 Va2 지점의 전위 값에서 SOCa1 및 SOCa2의 충전 상태 값을 획득하는 단계;
Vc1 및 Vc2 지점의 전위 값에서 SOCc1 및 SOCc2의 충전 상태 값을 획득하는 단계; 및
충전 상태 값이 상기 SOCa1, 상기 SOCa2, SOCc1 및 SOCc2인 배터리의 상기 적어도 하나의 전극에서 상기 활성 물질 함량을 결정하는 단계
를 포함하는 배터리 관리 시스템에서 배터리 전극의 활성 물질 함량 결정하는 방법.
According to claim 1,
Determining the active material content in at least one electrode of the battery comprises:
obtaining state-of-charge values of SOC a1 and SOC a2 from potential values of points V a1 and V a2 ;
obtaining state-of-charge values of SOC c1 and SOC c2 from potential values of points V c1 and V c2 ; and
determining the active material content in the at least one electrode of a battery having a state of charge value of the SOC a1 , the SOC a2 , the SOC c1 and the SOC c2 .
A method for determining the active material content of a battery electrode in a battery management system comprising:
제1항에 있어서,
상기 역-차동 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크를 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 상기 증분 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크와 매핑하는 단계는,
양극의 개방 회로 전위, 음극의 개방 회로 전위, 실험 셀의 개방 회로 전압 곡선 및 상기 배터리의 증분 용량 분석 곡선을 획득하는 단계;
상기 양극과 상기 음극의 충전 상태 범위를 0에서 1 사이로 정규화하는 단계;
상기 양극과 상기 음극 각각의 정규화된 충전 상태 범위에서 피크 차이를 최소화하는 단계; 및
상기 최소화된 피크 차이를 기반으로 상기 양극과 관련된 상기 피크 값과 상기 음극과 관련된 상기 피크 값을 매핑하는 단계
를 포함하는 배터리 관리 시스템에서 배터리 전극의 활성 물질 함량 결정하는 방법.
According to claim 1,
mapping the at least one peak determined in the inverse-differential capacity analysis curve to the at least one peak determined in the incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode,
obtaining an open circuit potential of an anode, an open circuit potential of a cathode, an open circuit voltage curve of the test cell, and an incremental capacity analysis curve of the battery;
normalizing the range of states of charge of the positive electrode and the negative electrode from 0 to 1;
minimizing the peak difference in the normalized state of charge range of each of the positive electrode and the negative electrode; and
mapping the peak value associated with the positive electrode and the peak value associated with the negative electrode based on the minimized peak difference;
A method for determining the active material content of a battery electrode in a battery management system comprising:
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전극은,
양극과 음극인
배터리 관리 시스템에서 배터리 전극의 활성 물질 함량 결정하는 방법.
According to claim 1,
the at least one electrode,
positive and negative
A method for determining the active material content of a battery electrode in a battery management system.
제1항에 있어서,
상기 역-차동 용량 분석은,
용량 변화율을 전압 대 용량 변화율로 나눈 것인
배터리 관리 시스템에서 배터리 전극의 활성 물질 함량 결정하는 방법.
According to claim 1,
The inverse-differential capacity analysis is,
The rate of change of capacity divided by the rate of change of voltage versus capacity
A method for determining the active material content of a battery electrode in a battery management system.
제1항에 있어서,
상기 증분 용량 분석은,
용량 변화율을 전압 대 전압 변화율로 나눈 것인
배터리 관리 시스템에서 배터리 전극의 활성 물질 함량 결정하는 방법.
According to claim 1,
The incremental dose analysis is
The rate of change of capacity divided by the rate of change of voltage versus voltage
A method for determining the active material content of a battery electrode in a battery management system.
셀의 역-차동 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하고, 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 증분 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하고, 상기 역-차동 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크를 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 상기 증분 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크와 매핑하고, 상기 매핑을 기반으로 배터리의 상기 적어도 하나의 전극에서 상기 활성 물질 함량을 결정하는 프로세서
를 포함하는 배터리 관리 시스템.
determining at least one peak in an inverse-differential capacity analysis curve of a cell, determining at least one peak in an incremental capacity analysis curve associated with said at least one electrode, and determining at least one peak determined in said inverse-differential capacity analysis curve a processor for mapping at least one peak determined in the incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode and determining the active material content in the at least one electrode of a battery based on the mapping
A battery management system comprising a.
제10항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 배터리의 건강 상태가 감소함에 따라 상기 적어도 하나의 전극에 대응하는 가용 용량을 결정하는
배터리 관리 시스템.
11. The method of claim 10,
The processor is
and determining the available capacity corresponding to the at least one electrode as the health state of the battery decreases.
battery management system.
제10항에 있어서,
상기 프로세서에서 상기 셀의 역-차동 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하는 것은,
상기 셀이 완전 방전 상태 일 때 상기 하나 이상의 전극과 관련된 충전 상태, 상기 셀이 완전 충전 상태 일 때 상기 하나 이상의 전극과 관련된 충전 상태, 상용 셀과 관련된 역-차동 용량 분석 곡선 값 및 양극 전위와 음극 전위 간의 차이에서 얻은 증분 용량 분석 곡선 값을 획득하고,
상기 셀이 완전 방전 상태 일 때 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 상기 충전 상태에 기초한 상기 셀의 상기 역-차동 용량 분석 곡선, 상기 셀이 완전히 충전된 상태 일 때 상기 하나 이상의 전극과 관련된 상기 충전 상태, 상기 상용 셀과 관련된 상기 역-차동 용량 분석 곡선 값 및 증분 용량 분석을 사용하여 상기 양극 전위와 상기 음극 전위 간의 차이에서 얻은 상기 증분 용량 분석 곡선 값을 결정하는
배터리 관리 시스템.
11. The method of claim 10,
Determining in the processor at least one peak in an inverse differential capacity analysis curve of the cell comprises:
a state of charge associated with the one or more electrodes when the cell is in a fully discharged state, a state of charge associated with the one or more electrodes when the cell is in a fully charged state, an inverse-differential capacity analysis curve value associated with a commercial cell and positive potential versus negative electrode obtaining the incremental dose analysis curve values obtained from the difference between the potentials,
the inverse-differential capacity analysis curve of the cell based on the state of charge associated with the at least one electrode when the cell is in a fully discharged state, the state of charge associated with the one or more electrodes when the cell is in a fully charged state; determining the incremental capacity analysis curve value obtained from the difference between the positive potential and the negative potential using the inverse-differential capacity analysis curve value and the incremental capacity analysis associated with the commercial cell;
battery management system.
제10항에 있어서,
상기 프로세서에서 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 증분 용량 분석 곡선에서 적어도 하나의 피크를 결정하는 것은,
상기 셀이 완전 방전 상태 일 때 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 충전 상태, 상기 셀이 완전 충전 상태 일 때 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 충전 상태, 상용 셀과 관련된 증분 용량 분석 곡선 값 및 양극 전위와 음극 전위 간의 차이에서 얻은 증분 용량 분석 곡선 값을 획득하고,
상기 셀이 완전 방전 상태 일 때 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 상기 충전 상태에 기초하여 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 증분 용량 분석 곡선에서 하나 이상의 피크, 상기 셀이 완전 충전 상태 일 때 상기 하나 이상의 전극과 관련된 충전 상태, 상용 전지와 관련된 증분 용량 분석 곡선 값 및 증분 용량 분석을 사용하여 상기 양극 전위와 상기 음극 전위 간의 차이에서 얻은 증분 용량 분석 곡선 값을 결정하는
배터리 관리 시스템.
11. The method of claim 10,
determining, in the processor, at least one peak in an incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode,
a state of charge associated with the at least one electrode when the cell is in a fully discharged state, a state of charge associated with the at least one electrode when the cell is in a fully charged state, an incremental capacity analysis curve value associated with a commercial cell and positive potential versus negative electrode obtaining the incremental dose analysis curve values obtained from the difference between the potentials,
one or more peaks in an incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode based on the state of charge associated with the at least one electrode when the cell is in a fully discharged state, the one or more electrodes when the cell is in a fully charged state; determining the associated state of charge, the incremental capacity analysis curve value associated with a commercial cell, and the incremental capacity analysis curve value obtained from the difference between the positive electrode potential and the negative electrode potential using incremental capacity analysis;
battery management system.
제10항에 있어서,
상기 프로세서에서 상기 배터리의 적어도 하나의 전극에서 상기 활성 물질 함량을 결정하는 것은,
Va1 및 Va2 지점의 전위 값에서 SOCa1 및 SOCa2의 충전 상태 값을 획득하고,
Vc1 및 Vc2 지점의 전위 값에서 SOCc1 및 SOCc2의 충전 상태 값을 획득하고,
충전 상태 값이 상기 SOCa1, 상기 SOCa2, SOCc1 및 SOCc2인 배터리의 상기 적어도 하나의 전극에서 상기 활성 물질 함량을 결정하는
배터리 관리 시스템.
11. The method of claim 10,
Determining the active material content in at least one electrode of the battery in the processor comprises:
obtain the state of charge values of SOC a1 and SOC a2 from the potential values of the points V a1 and V a2 ,
obtain the state-of-charge values of SOC c1 and SOC c2 from the potential values of the points V c1 and V c2 ,
determining the active material content in the at least one electrode of a battery having a state of charge value of the SOC a1 , the SOC a2 , the SOC c1 and the SOC c2
battery management system.
제10항에 있어서,
상기 프로세서에서 상기 역-차동 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크를 상기 적어도 하나의 전극과 관련된 상기 증분 용량 분석 곡선에서 결정된 적어도 하나의 피크와 매핑하는 것은,
양극의 개방 회로 전위, 음극의 개방 회로 전위, 실험 셀의 개방 회로 전압 곡선 및 상기 배터리의 증분 용량 분석 곡선을 획득하고,
상기 양극과 상기 음극의 충전 상태 범위를 0에서 1 사이로 정규화하고,
상기 양극과 상기 음극 각각의 정규화된 충전 상태 범위에서 피크 차이를 최소화하고,
상기 최소화된 피크 차이를 기반으로 상기 양극과 관련된 상기 피크 값과 상기 음극과 관련된 상기 피크 값을 매핑하는
배터리 관리 시스템.
11. The method of claim 10,
mapping, in the processor, the at least one peak determined in the inverse-differential capacity analysis curve to the at least one peak determined in the incremental capacity analysis curve associated with the at least one electrode,
obtain the open circuit potential of the positive electrode, the open circuit potential of the negative electrode, the open circuit voltage curve of the test cell and the incremental capacity analysis curve of the battery;
Normalizing the range of states of charge of the positive electrode and the negative electrode from 0 to 1,
Minimizing the peak difference in the normalized state of charge range of each of the positive electrode and the negative electrode,
mapping the peak value associated with the positive electrode and the peak value associated with the negative electrode based on the minimized peak difference
battery management system.
제10항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전극은,
양극과 음극인
배터리 관리 시스템.
11. The method of claim 10,
the at least one electrode,
positive and negative
battery management system.
제10항에 있어서,
상기 역-차동 용량 분석은,
용량 변화율을 전압 대 용량 변화율로 나눈 것인
배터리 관리 시스템.
11. The method of claim 10,
The inverse-differential capacity analysis is,
The rate of change of capacity divided by the rate of change of voltage versus capacity
battery management system.
제10항에 있어서,
상기 증분 용량 분석은,
용량 변화율을 전압 대 전압 변화율로 나눈 것인
배터리 관리 시스템.
11. The method of claim 10,
The incremental dose analysis is
The rate of change of capacity divided by the rate of change of voltage versus voltage
battery management system.
KR1020210010252A 2020-04-13 2021-01-25 Battery management system and method for determining active material content in electrode of battery KR20210127074A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/217,364 US11614489B2 (en) 2020-04-13 2021-03-30 Battery management system and method for determining active material content in electrode of battery

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IN202041016004 2020-04-13
IN202041016004 2020-04-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210127074A true KR20210127074A (en) 2021-10-21

Family

ID=78268968

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210010252A KR20210127074A (en) 2020-04-13 2021-01-25 Battery management system and method for determining active material content in electrode of battery

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210127074A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116680506A (en) * 2023-07-27 2023-09-01 中国人民解放军国防科技大学 Self-adaptive interval optimization incremental capacity curve number point statistical method and device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116680506A (en) * 2023-07-27 2023-09-01 中国人民解放军国防科技大学 Self-adaptive interval optimization incremental capacity curve number point statistical method and device
CN116680506B (en) * 2023-07-27 2023-10-20 中国人民解放军国防科技大学 Self-adaptive interval optimization incremental capacity curve number point statistical method and device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10663524B2 (en) Battery state estimating apparatus
JP4511600B2 (en) Apparatus, method and system for estimating current state and current parameters of electrochemical cell, and recording medium
EP3736587B1 (en) A method and a system for estimation of remaining useful life in lithium based batteries
Li et al. A comparative study of state of charge estimation algorithms for LiFePO4 batteries used in electric vehicles
CN112327166B (en) Lithium battery SOC estimation method based on fractional order square root unscented Kalman filtering
KR102534849B1 (en) Method for real time correction of ion concentration and coulomb counting state-of-charge (soc) in battery
CN111929596A (en) Method and device for acquiring battery capacity, storage medium and electronic equipment
KR20210047682A (en) Method and apparatus estimating a state of battery
JP2018510337A (en) Battery parameter estimation
KR20180057202A (en) Method and apparatus for estimating state of battery based on error correction
KR20210028476A (en) Method and apparatus charging battery
US11644508B2 (en) Method and apparatus for measuring state of battery
KR20220029109A (en) Method and apparatus estimating a state of battery
US11614489B2 (en) Battery management system and method for determining active material content in electrode of battery
KR20180082936A (en) Method and apparatus for estimating battery state
KR20210127074A (en) Battery management system and method for determining active material content in electrode of battery
CN114609530A (en) Method, device, equipment and medium for correcting battery state of charge
CN114264964B (en) Method, device, equipment and medium for evaluating battery capacity
KR102563754B1 (en) Battery management method and system for predicting battery state
CN112189143B (en) Device for estimating the state of charge of a battery
KR20220168920A (en) Apparatus and method for estimating state of health of battery
JP2008522153A (en) Joint battery condition and parameter estimation system and method
Avvari et al. A battery chemistry-adaptive fuel gauge using probabilistic data association
KR102054050B1 (en) A method of estimating state of charge of battery and an apparatus for managing of battery
CN116299116A (en) OCV-SOC calibration method of energy storage system and electronic equipment

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination