KR20220052585A - Lithium Battery module applied to electric wheelchairs - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 확장칼만필터(Extended Kalman Filter) 알고리즘과 딥러닝(Deep Learning) 학습을 이용하여 배터리의 보다 신뢰도 있는 SOC를 추정하고, 전압과 온도에 관한 Cut-off 메커니즘을 적용하여 과충 및 방전을 방지하며, 배터리 셀 밸런싱을 활용하여 에너지 손실을 최소화하는 의료용 전동보장구에 적용되는 BMS 탑재형 리튬 배터리 모듈에 관한 것이다.The present invention estimates a more reliable SOC of a battery using an Extended Kalman Filter algorithm and deep learning learning, and applies a cut-off mechanism for voltage and temperature to prevent overcharging and discharging And it relates to a BMS-mounted lithium battery module applied to a medical powertrain that minimizes energy loss by utilizing battery cell balancing.
일반적으로 배터리 셀의 전기화학적 성능 및 수명은 배터리 셀의 제작 공정 중 발생된 공정 편차와 충방전이 반복되면서 배터리 셀간 전압 차이가 극대화 되면서 발생할 수 있다. 이러한 편차를 극복하여 배터리 수명과 성능을 유지하도록 관리할 필요성이 있다.In general, the electrochemical performance and lifespan of a battery cell may occur as a process deviation generated during the manufacturing process of a battery cell and a voltage difference between battery cells are maximized as charging/discharging is repeated. There is a need to manage these deviations to maintain battery life and performance.
이를 위해 배터리의 상태 및 성능을 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System)이 구비된다. BMS는 배터리의 전류, 전압, 온도 등을 측정하여 이를 바탕으로 배터리의 잔존 용량을 추정하며, 연료 소비 효율이 가장 좋아지도록 SOC를 제어한다. SOC를 정확히 제어하기 위해서는 충, 방전을 행하고 있는 배터리의 SOC를 정확히 측정하는 것이 필요하다. To this end, a battery management system (BMS) for managing the state and performance of the battery is provided. BMS measures the current, voltage, and temperature of the battery, estimates the remaining capacity of the battery based on this, and controls the SOC to maximize fuel consumption efficiency. In order to accurately control the SOC, it is necessary to accurately measure the SOC of a battery that is charging and discharging.
종래 BMS에서 배터리의 SOC를 측정하는 방법으로는 배터리에 흐르는 충, 방전 전류를 적산하여 배터리의 SOC를 추정하는 방법이 있다. 배터리를 전기 모델화하고, 배터리 모델의 이론 출력값과 실제 출력값을 비교하여 능동적인 보정을 통해 SOC를 추정하는 방법으로 EKF(Extended Kalman Filter) SOC 추정 알고리즘이라고 불리는 SOC 추정 방법이 있다. EKF SOC 추정 알고리즘은 상온에서 SOC 최대 오차가 3% 수준으로 낮고, 전력 패턴에 크게 관계없이 안정적으로 SOC 추정이 가능하여 배터리의 SOC를 추정하는데 많이 이용되고 있다. SOC 추정에 관한 내용은 대한민국 등록특허 제10-1915183호에 개시되어 있다.As a method of measuring the SOC of a battery in the conventional BMS, there is a method of estimating the SOC of the battery by accumulating the charging and discharging currents flowing through the battery. There is an SOC estimation method called EKF (Extended Kalman Filter) SOC estimation algorithm as a method of estimating the SOC through active correction by modeling the battery electrically and comparing the theoretical output value and the actual output value of the battery model. The EKF SOC estimation algorithm has a low maximum SOC error of 3% at room temperature and is widely used to estimate the SOC of a battery because it enables stable SOC estimation regardless of power patterns. The contents of SOC estimation are disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1915183.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 의료용 전동보장구에 적용되는 리튬배터리의 과충, 방전에 따르는 사고위험요소 배제와 사용 수명 저하 요인의 제거를 위함이다. 또한, 전압 편차를 최소화함으로써 과충전으로 인한 과열을 방지하고자 함이다. 또한, 배터리의 효율적인 성능 유지를 위해 BMS에 배터리 밸런싱 모듈을 적용하고, 확장칼만필터 추적기술에 딥러닝 알고리즘을 부가하여 보다 신뢰도 있는 배터리의 SOC를 추정하고자 함이다.The problem to be solved by the present invention is to eliminate the risk factors for accidents caused by overcharging and discharging of lithium batteries applied to medical powertrains and the elimination of factors that decrease the service life. In addition, it is intended to prevent overheating due to overcharging by minimizing the voltage deviation. In addition, in order to maintain the efficient performance of the battery, the battery balancing module is applied to the BMS and a deep learning algorithm is added to the extended Kalman filter tracking technology to estimate the SOC of the battery more reliably.
본 발명은 의료용 전동보장구에 적용되는 BMS 탑재형 리튬 배터리 모듈로서, 적어도 하나 이상 구비되는 배터리부; 상기 배터리부의 전압 및 전류를 계측하고 계측값을 출력하는 제1 센서부; 배터리 등가회로를 구성하고, 상기 배터리부의 SOC(State of Charge) 및 상기 배터리 등가회로의 분극용량을 상태 변수로 포함하는 제1 방정식 및 상기 배터리부의 SOC 관측값을 출력 변수로 포함하는 제2 방정식을 산출하여, 상기 센서부에서 출력되는 전압, 전류값과 상기 제1 및 제2 방정식을 확장칼만필터(Extended Kalman Filter) 알고리즘에 적용하여 기설정된 주기로 상기 배터리부에 대한 SOC(State of Charge)를 추정하는 SOC 추정부; 및 상기 SOC 추정부에서 추정된 SOC를 표시하는 표시부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a BMS-mounted lithium battery module applied to a medical power supply, comprising: a battery unit provided with at least one; a first sensor unit measuring the voltage and current of the battery unit and outputting a measured value; A first equation constituting a battery equivalent circuit, including the state of charge (SOC) of the battery unit and a polarization capacity of the battery equivalent circuit as state variables, and a second equation including the SOC observation value of the battery unit as an output variable Calculating, applying the voltage and current values output from the sensor unit and the first and second equations to an extended Kalman filter algorithm to estimate the state of charge (SOC) for the battery unit at a preset period an SOC estimator; and a display unit displaying the SOC estimated by the SOC estimator.
하나의 예로 상기 SOC 추정부는, 인공 신경망 기법 중 하나인 딥러닝(Deep Learning) 알고리즘에 따라, 상기 센서부의 계측에 따른 출력 데이터와 상기 SOC 추정부에 의해 추정되는 SOC를 각각 입력값과 출력값으로 설정하고, 상기 배터리부의 충방전 횟수, 온도, 사용기간 중 선택된 하나 이상을 변수값으로 적용하여 학습시킨 잔량 예측 모델을 구축하고, 이를 통해 상기 배터리부에 대한 SOC를 추정하는 것을 특징으로 한다.As an example, the SOC estimator sets the output data according to the measurement of the sensor unit and the SOC estimated by the SOC estimator as an input value and an output value, respectively, according to a deep learning algorithm, which is one of artificial neural network techniques. and constructing a residual amount prediction model trained by applying at least one selected from the number of times of charging/discharging of the battery unit, temperature, and period of use as a variable value, and estimating the SOC for the battery unit through this.
하나의 예로 상기 배터리부를 구성하는 배터리 셀을 정전류모드(constant current mode)에서 충전하도록 제어하며, 정전류모드의 충전 시 상기 센서부에서 출력되는 전압이 충전 종지전압(end-of-charge voltage)에 이르면 정전압모드(constant voltage mode)로 전환하도록 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.As an example, the battery cells constituting the battery unit are controlled to be charged in a constant current mode, and when the voltage output from the sensor unit reaches an end-of-charge voltage during charging in the constant current mode, It characterized in that it further comprises; a control unit for controlling to switch to a constant voltage mode (constant voltage mode).
하나의 예로 상기 배터리부를 구성하는 개별 배터리 셀의 전압을 계측하고 계측값을 출력하는 제2 센서부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제2 센서부에서 출력되는 전압으로부터 배터리 셀 각각에 대한 SOC(State of Charge)를 산출하고, 산출된 SOC에 기반하여 기준 셀 및 타겟 그룹을 선택하며, 선택된 타겟 그룹에 속하는 배터리 셀 중 하나의 배터리 셀을 타겟 셀로 선정하여 상기 기준 셀의 SOC와 상기 타겟 셀의 SOC의 차이에 따른 밸런싱 시간을 산출하고, 상기 산출된 밸런싱 시간 동안 상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀의 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 한다.As an example, a second sensor unit for measuring the voltage of individual battery cells constituting the battery unit and outputting a measured value is further included, wherein the control unit is configured to measure the voltage of each battery cell from the voltage output from the second sensor unit. A state of charge (SOC) is calculated, a reference cell and a target group are selected based on the calculated SOC, and one battery cell among battery cells belonging to the selected target group is selected as a target cell, so that the SOC of the reference cell and the target It is characterized in that a balancing time is calculated according to a difference in SOC of the cells, and balancing of the battery cells belonging to the target group is performed during the calculated balancing time.
본 발명의 실시 예에서는 전동보장구의 안정적 운용을 위하여 리튬 배터리의 과충방전에 따르는 사고위험요소 배제와 사용 수명 저하 요인을 제거할 수 있다. 또한, 전압 편차를 최소화함으로써 과충전으로 인한 과열을 방지하는 것을 제공하고, 배터리의 효율적인 성능 유지를 위해 BMS에 배터리 밸런싱 모듈을 적용하고, 확장칼만필터 추적기술에 딥러닝 알고리즘을 부가하여 보다 신뢰도 있는 배터리의 SOC 추정을 제공할 수 있다. In an embodiment of the present invention, it is possible to eliminate the risk factors for accidents caused by overcharging and discharging of the lithium battery and the factors for reducing the service life for the stable operation of the electric protection mechanism. In addition, it provides to prevent overheating due to overcharging by minimizing voltage deviation, applies a battery balancing module to the BMS to maintain efficient battery performance, and adds a deep learning algorithm to the extended Kalman filter tracking technology to provide a more reliable battery can provide an estimate of the SOC of
이에 더해 본 발명에 따르면 배터리 모듈는 확장칼만필터 추적기술에 딥러닝 알고리즘을 부가하여 보다 신뢰도 있는 배터리의 SOC를 추정할 수 있다. 또한, 산출된 SOC를 기반으로 배터리 셀의 밸런싱을 적극 활용하여 과충방전에 따르는 사고위험요소 배제와 에너지 손실을 최소화시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, the battery module can estimate the SOC of the battery more reliable by adding a deep learning algorithm to the extended Kalman filter tracking technology. In addition, by actively utilizing the balancing of battery cells based on the calculated SOC, it is possible to exclude accident risk factors accompanying overcharge and discharge and minimize energy loss.
도 1은 본 발명의 배터리 모듈이 적용된 전동보장구의 사시도 이다.
도 2는 본 발명의 배터리 모듈의 구성을 나타내는 구성도이다.1 is a perspective view of a power securing mechanism to which a battery module of the present invention is applied.
2 is a block diagram showing the configuration of the battery module of the present invention.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail based on the accompanying drawings. In describing the present invention, the terms or words used in the present specification and claims are based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to best describe his invention. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of
본 발명은 전동보장구(1)에 적용되는 리튬 배터리 모듈(200)에 관한 것으로서 이하 도면에 의거 상세히 설명한다.The present invention relates to a
먼저 전동보장구(1)의 구성에 대하여 설명한다. First, the configuration of the transmission mechanism (1) will be described.
도1 을 참조하면, 전동보장구(1)는 주행수단, 배터리(20) 및 좌석(50)이 마련된 통상의 전동보장구(1) 구조를 가질 수 있다. 전동보장구(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 프레임(10), 주행바퀴(30), 주행모터를 포함하는 주행수단과, 주행수단에 전원을 공급하기 위한 배터리(20)를 포함하여 이루어진 전동보장구(1)일 수 있다.Referring to FIG. 1 , the
프레임(10)은 전동보장구(1)의 뼈대를 이루며 주행수단의 다른 구성들이나 배터리(20) 등이 장착되거나 결합될 수 있도록 하는 공간을 제공한다. The
주행바퀴(30)는 상기 프레임(10)의 전방 또는 후방에 장착된다. 일 예로 상기 주행바퀴(30)는 한 쌍의 앞 바퀴와 한 쌍의 뒷 바퀴로 이루어질 수 있다. 여기서, 한 쌍의 뒷 바퀴는 주행모터의 회전축에 직접 연결되어 구동력을 전달받는 구동바퀴(60)일 수 있고, 한 쌍의 앞 바퀴는 자유 회전이 가능한 캐스터(caster)로 이루어지는 조향바퀴일 수 있다.The
주행모터는 프레임(10)에 지지되도록 결합되며 한 쌍의 뒷바퀴에 회전축이 직접 연결되어 구동력이 전달될 수 있도록 한다.The driving motor is coupled to be supported by the
배터리(20)는 앞서 설명한 주행모터나 이하에서 설명하는 발명의 장치를 이루는 각 구성들에게 전원을 공급할 수 있다.The battery 20 may supply power to each of the components constituting the driving motor described above or the device of the invention described below.
전동보장구(1)는 좌석(50) 등받이 팔걸이등 일반적 형상의 휠체어에 마련되는 구성요소를 포함할 수 있으며, 주행 제어를 위한 컨트롤 조작부(40)가 팔걸이에 체결된 형태로 구성될 수 있다.The
또한 주행수단은 사용자 조작에 의해 주행이 제어되게 하는 구동모듈을 더 포함할 수 있다.In addition, the driving means may further include a driving module for controlling driving by a user operation.
구동모듈은 도면에 도시된 바 없으나 조향바퀴가 평면상에서 회전되게 하는 조향모터와, 상기 구동바퀴(60)에 동력을 전달하는 주행모터와, 상기 조향바퀴 및 주행모터에 배터리(20)의 전원을 공급하기 위한 전원부와, 사용자 조작에 따른 입력신호에 연동하여 상기 조향모터 및 주행모터를 선택적으로 구동시킴으로써 전동보장구(1)의 주행방향과 속도 등을 제어하는 조작부(40)를 포함할 수 있다.Although not shown in the drawing, the driving module includes a steering motor that rotates the steering wheel on a plane, a driving motor that transmits power to the
본 발명의 전동보장구(1)는 상술한 실시 예의 구조에 한정되지 않으며 공지 기술에 따른 다양한 전동식 구조 중 적합한 하나를 선택할 수 있음은 당연하다.The
이하 본 발명의 전동보장구(1)용 리튬 배터리 모듈(200)에 대해 설명한다. Hereinafter, the
본 발명의 전동보장구(1)에 적용된 배터리(20)는 종류에 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 리튬 이온, 리튬 폴리머, 니켈 카드뮴, 니켈 수소, 니켈 아연 등으로 구성될 수 있다.The battery 20 applied to the
본 발명의 리튬 배터리 모듈(200)은 복수의 배터리 셀이 직렬 또는 병렬로 연결되는 배터리부가 적어도 하나 이상 구성될 수 있다. 초기 배터리 셀들의 전압은 대체로 동일할 수 있다. 다만, 기술적으로 정확히 동일한 셀들의 생산이 어려울 수 있다. 이로 인하여 배터리 셀의 용량 및 임피던스 값이 일부 다른 배터리 셀이 있을 수 있다. 일부 배터리 셀에서 과충전 또는 과방전이 발생될 수 있고 이로 인해 배터리 셀들 중에서도 충전 전압 차이가 발생할 수 있다.The
구체적으로 리튬 배터리 모듈(200)은 상기한 전압 차이 또는 잔존 용량 차이로 인해 배터리(20) 수명이 단축되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 적어도 하나 이상 구비되는 배터리부; 상기 배터리부의 전압 및 전류를 계측하고 계측값을 출력하는 센서부(80);가 마련될 수 있다.Specifically, the
배터리부에 대한 SOC 추정부(90)가 마련될 수 있다. SOC 추정부(90)에 배터리(20) 등가회로가 구성될 수 있고, 배터리부의 SOC 및 배터리(20) 등가회로의 분극용량을 상태 변수로 포함하는 제1 방정식 및 배터리부의 SOC 관측값을 출력 변수로 포함하는 제2 방정식이 산출될 수 있다.An
SOC 추정부(90)에서는 센서부(80)에서 출력되는 전압, 전류값과 상기 제1 및 제2 방정식에 확장칼만필터(Extended Kalman Filter) 알고리즘을 적용시킴으로써 기설정된 주기로 상기 배터리부에 대한 SOC(State of Charge)가 추정될 수 있다. 또한, 상기 SOC 추정부(90)에서 추정된 SOC를 표시하는 표시부(70)가 마련될 수 있다.The
확장칼만필터는 배터리(20)의 SOC가 비선형성을 가지는 영역에서도 SOC 추정을 수행할 수 있는 방법으로서, 배터리(20)의 비선형 특성을 매시간, 단계마다 선형화시켜 충, 방전 상태를 추정하는 것이다.The extended Kalman filter is a method capable of performing SOC estimation even in a region in which the SOC of the battery 20 has nonlinearity. The nonlinear characteristic of the battery 20 is linearized every time and step by step to estimate the state of charge and discharge.
배터리 셀의 SOC 추정에 선형칼만필터(LKF : Linear Kalman Filter)가 많이 사용되고 있으나, LKF 방법을 사용하여 비선형 시스템인 배터리(20)의 상태를 추정하는 경우에는, 주변 환경에 영향을 많이 받을 수 있다. LKF 방법은 배터리(20)의 충방전 횟수가 증가하거나 열화 및 노화 등에 의하여 배터리(20)의 비선형성이 강해지는 충방전 종지 지점부근인 약 20% 미만인 지점과 80%를 초과하는 영역에서 부정확한 배터리(20) SOC 추정을 나타낸다.A linear Kalman filter (LKF) is widely used for estimating the SOC of a battery cell, but when estimating the state of the battery 20, which is a nonlinear system, using the LKF method, it may be greatly influenced by the surrounding environment. . The LKF method is inaccurate at a point less than about 20% and a region exceeding 80% near the charge/discharge end point where the nonlinearity of the battery 20 increases due to an increase in the number of charge/discharge of the battery 20 or deterioration and aging, etc. Battery 20 represents the SOC estimate.
SOC 추정부(90)는 배터리(20) 등가회로를 포함할 수 있다. SOC 추정부(90)는 배터리부의 SOC 및 배터리(20) 등가회로의 분극용량을 상태 변수로 포함하는 제1 방정식 및 배터리부의 SOC 관측값을 출력 변수로 포함하는 제2 방정식을 산출하여, 센서부(80)에서 출력되는 전압, 전류값과 상기 제1 및 제2 방정식을 확장칼만필터 알고리즘에 적용하여 기설정된 주기로 배터리부에 대한 SOC를 추정할 수 있다.The
SOC 추정부(90)는 인공 신경망 기법 중 하나인 딥러닝(Deep Learning) 알고리즘에 따라, 상기 센서부(80)의 계측에 따른 측정 데이터와 측정 잔량을 각각 입력값과 출력값으로서 학습시킬 수 있고, 상기 잔량 예측 모델을 구축 및 충방전 횟수, 온도, 사용기간 중 선택된 하나 이상의 변수데이터가 반영된 학습을 통해 상기 충전 잔량을 추정하는 것을 특징으로 할 수 있다.The
SOC 추정부(90)는 센서부(80)로부터 수집한 데이터를 사전에 학습된 데이터 분석 기법에 적용하여 배터리(20) SOC를 추정할 수 있다. 이를 위해서 데이터 분석 기법은 AI 딥러닝 알고리즘에 기반하여 배터리(20) 열화 정도를 분석 및 SOC상태를 추정할 수 있다. AI 딥러닝 알고리즘은 컴퓨터가 인간처럼 판단하고 학습하며, 사물이나 데이터를 군집화하거나 분류할 수 있는 기술이며 이는 공지된 바 상세한 설명은 생략한다. The
과충전 또는 과방전을 예방하기 위한 일 실시로서, 정전류모드(constant current mode) 에서 정전류 충전시 전압센서를 통해 충전 종지전압(end-of-charge voltage)에 이르면 정전압모드(constant voltage mode) 로 전환하도록 제어하는 제어부(100)를 더 포함할 수 있다. 따라서 충전 종지전압에 이르면 만충전 전압으로부터 배터리(20)의 음극 활성물질이 상변이를 일으키는 값인 음극 임계 전위를 차감한 종지 전압으로 설정하여 과충전 및 과방전이 예방되도록 구성될 수 있다.As an implementation to prevent overcharging or overdischarging, when an end-of-charge voltage is reached through a voltage sensor during constant current charging in a constant current mode, it is switched to a constant voltage mode. It may further include a
배터리부를 구성하는 개별 배터리 셀의 밸런싱을 위한 수단이 더 포함될 수 있다. 이를 위해, 제어부(100)는 배터리부를 구성하는 개별 배터리 셀의 전압을 계측하고 계측값을 출력하는 제2 센서부(80);를 더 포함하고, 상기 제어부(100)는, 상기 제2 센서부(80)에서 출력되는 전압으로부터 배터리 셀 각각에 대한 SOC(State of Charge)를 산출하고, 산출된 SOC에 기반하여 기준 셀 및 타겟 그룹을 선택하며, 선택된 타겟 그룹에 속하는 배터리 셀 중 하나의 배터리 셀을 타겟 셀로 선정하여 상기 기준 셀의 SOC와 상기 타겟 셀의 SOC의 차이에 따른 밸런싱 시간을 산출하고, 상기 산출된 밸런싱 시간 동안 상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 구성될 수 있다.A means for balancing individual battery cells constituting the battery unit may be further included. To this end, the
제어부(100)는 배터리 셀 중 산출된 SOC가 기준 셀의 SOC로부터 기설정된 정상범위를 벗어난 배터리 셀을 타겟 그룹으로 선택하도록 구성될 수 있다.The
제어부(100)는 제2 센서부(80)로부터 산출된 SOC 중 어느 하나를 기준으로 정하고, 기준을 벗어난 배터리 셀을 타겟 그룹으로 선택하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부(100)는 배터리 셀 중 기준 셀을 먼저 선택하고, 나머지 배터리 셀 중에서 기준 셀의 SOC로부터 기설정된 정상범위를 벗어난 SOC를 가진 하나 이상의 배터리 셀을 타겟 그룹으로 선택할 수 있다.The
제어부(100)는 복수의 배터리 셀 중에서 산출된 SOC가 최소인 배터리 셀을 기준 셀로 선택할 수 있다. 제어부(100)는 최소 SOC를 가진 배터리 셀을 기준 셀로 선택한 이후, 타겟 그룹을 선택할 수 있다. 제어부(100)는 선택된 타겟 그룹에 속한 배터리 셀 중 최소 SOC를 가진 배터리 셀을 타겟 셀로 선정할 수 있다. 즉, 제어부(100)는 리튬 배터리 모듈(200)에 포함된 배터리 셀 중 최소 SOC를 가진 배터리 셀을 기준 셀로 선택하고, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀 중 최소 SOC를 가진 배터리 셀을 타겟 셀로 선정할 수 있다.The
제어부(100)는 기준 셀의 SOC와 타겟 셀의 SOC의 차이에 따라 산출된 밸런싱 시간 동안, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀을 방전시키도록 구성될 수 있다.The
제어부(100)는 산출된 밸런싱 시간 동안 리튬 배터리 모듈(200)에 포함된 배터리 셀 중 타겟 그룹에 속한 배터리 셀만을 선택하여 방전시킬 수 있다.The
예를 들어, 리튬 배터리 모듈(200)에 포함된 배터리 셀 중 타겟 그룹에 속하지 않은 배터리 셀은 타겟 그룹에 속한 배터리 셀과 달리 밸런싱 시간 동안 방전되지 않을 수 있다.For example, among the battery cells included in the
반복적인 밸런싱이 최종적으로 완료된 이후, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀의 SOC는 기준 셀의 SOC로부터 기설정된 정상범위 내에 포함되므로, 리튬 배터리 모듈(200) 밸런싱에 의해 배터리 셀에 과방전이 일어나는 것을 미연에 방지할 수 있다.After the repetitive balancing is finally completed, the SOC of the battery cell belonging to the target group is included within a preset normal range from the SOC of the reference cell, so that overdischarge in the battery cell by balancing the
제어부(100)는 배터리 셀 중 산출된 SOC가 최대인 배터리 셀을 기준 셀로 선택할 수 있다. 제어부(100)는 최대 SOC를 가진 배터리 셀을 기준 셀로 선택한 이후, 타겟 그룹을 선택하고, 선택된 타겟 그룹에 속한 배터리 셀 중 최대 SOC를 가진 배터리 셀을 타겟 셀로 선정할 수 있다. 즉, 제어부(100)는 본 발명의 리튬배터리 모듈(200)에 포함된 배터리 셀 중 최대 SOC를 가진 배터리 셀을 기준 셀로 선택하고, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀 중 최대 SOC를 가진 배터리 셀을 타겟 셀로 선정할 수 있다.The
제어부(100)는 기준 셀의 SOC와 타겟 셀의 SOC의 차이에 따라 산출된 밸런싱 시간 동안, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀이 충전되도록 구성될 수 있다. The
또한 제어부(100)는 밸런싱 시간을 감소시키면서 대상 배터리부에 속한 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 구성될 수 있으며, 제어부(100)는 밸런싱 시간에 기반하여 밸런싱이 완료되었는지 여부를 확인하고, 밸런싱이 완료된 경우에 센서부(80)에 전압 측정 신호를 송신하도록 구성될 수 있다.In addition, the
이상 살펴본 바와 같은 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적인 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The present invention as described above has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, but this is merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible by those skilled in the art. will understand Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.
1 : 전동보장구 10 : 프레임
20 : 배터리 30 : 주행바퀴
40 : 조작부 50 : 좌석
60 : 구동바퀴 70 : 표시부
80 : 센서부 90 : SOC 추정부
100 : 제어부 200 : 배터리 모듈1 : Electric protection device 10 : Frame
20: battery 30: driving wheel
40: control unit 50: seat
60: drive wheel 70: display unit
80: sensor unit 90: SOC estimation unit
100: control unit 200: battery module
Claims (4)
적어도 하나 이상 구비되는 배터리부;
상기 배터리부의 전압 및 전류를 계측하고 계측값을 출력하는 제1 센서부;
배터리 등가회로를 구성하고, 상기 배터리부의 SOC(State of Charge) 및 상기 배터리 등가회로의 분극용량을 상태 변수로 포함하는 제1 방정식 및 상기 배터리부의 SOC 관측값을 출력 변수로 포함하는 제2 방정식을 산출하여, 상기 센서부에서 출력되는 전압, 전류값과 상기 제1 및 제2 방정식을 확장칼만필터(Extended Kalman Filter) 알고리즘에 적용하여 기설정된 주기로 상기 배터리부에 대한 SOC(State of Charge)를 추정하는 SOC 추정부; 및
상기 SOC 추정부에서 추정된 SOC를 표시하는 표시부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 전동보장구에 적용되는 BMS 탑재형 리튬 배터리 모듈.
In the lithium battery module for providing electric power to the medical power equipment,
at least one battery unit provided;
a first sensor unit measuring the voltage and current of the battery unit and outputting a measured value;
A first equation constituting a battery equivalent circuit, including the state of charge (SOC) of the battery unit and a polarization capacity of the battery equivalent circuit as state variables, and a second equation including the SOC observation value of the battery unit as an output variable Calculating, applying the voltage and current values output from the sensor unit and the first and second equations to an extended Kalman filter algorithm to estimate the state of charge (SOC) for the battery unit at a preset period an SOC estimator; and
A BMS-mounted lithium battery module applied to a medical power supply device comprising a; a display unit for displaying the SOC estimated by the SOC estimating unit.
상기 SOC 추정부는,
인공 신경망 기법 중 하나인 딥러닝(Deep Learning) 알고리즘에 따라, 상기 센서부의 계측에 따른 출력 데이터와 상기 SOC 추정부에 의해 추정되는 SOC를 각각 입력값과 출력값으로 설정하고, 상기 배터리부의 충방전 횟수, 온도, 사용기간 중 선택된 하나 이상을 변수값으로 적용하여 학습시킨 잔량 예측 모델을 구축하고, 이를 통해 상기 배터리부에 대한 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 의료용 전동보장구에 적용되는 BMS 탑재형 리튬 배터리 모듈.
According to claim 1,
The SOC estimating unit,
According to a deep learning algorithm, which is one of artificial neural network techniques, the output data according to the measurement of the sensor unit and the SOC estimated by the SOC estimator are set as input values and output values, respectively, and the number of times of charging and discharging the battery unit BMS-equipped lithium battery applied to a medical powertrain, characterized in that by applying one or more selected from , temperature, and period of use as a variable value to build a learned residual quantity prediction model, and estimating the SOC for the battery unit through this module.
상기 배터리부를 구성하는 배터리 셀을 정전류모드(constant current mode)에서 충전하도록 제어하며, 정전류모드의 충전 시 상기 센서부에서 출력되는 전압이 충전 종지전압(end-of-charge voltage)에 이르면 정전압모드(constant voltage mode)로 전환하도록 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 전동보장구에 적용되는 BMS 탑재형 리튬 배터리 모듈.
According to claim 1,
The battery cells constituting the battery unit are controlled to be charged in a constant current mode, and when the voltage output from the sensor unit reaches an end-of-charge voltage during charging in the constant current mode, the constant voltage mode ( BMS-mounted lithium battery module applied to a medical power supply device, characterized in that it further comprises; a control unit that controls to switch to constant voltage mode).
상기 배터리부를 구성하는 개별 배터리 셀의 전압을 계측하고 계측값을 출력하는 제2 센서부;를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 제2 센서부에서 출력되는 전압으로부터 배터리 셀 각각에 대한 SOC(State of Charge)를 산출하고, 산출된 SOC에 기반하여 기준 셀 및 타겟 그룹을 선택하며, 선택된 타겟 그룹에 속하는 배터리 셀 중 하나의 배터리 셀을 타겟 셀로 선정하여 상기 기준 셀의 SOC와 상기 타겟 셀의 SOC의 차이에 따른 밸런싱 시간을 산출하고, 상기 산출된 밸런싱 시간 동안 상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀의 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 의료용 전동보장구에 적용되는 BMS 탑재형 리튬 배터리 모듈.4. The method of claim 3,
Further comprising; a second sensor unit for measuring the voltage of the individual battery cells constituting the battery unit and outputting the measured value;
The control unit is
Calculates a state of charge (SOC) for each battery cell from the voltage output from the second sensor unit, selects a reference cell and a target group based on the calculated SOC, and selects one of the battery cells belonging to the selected target group. A battery cell is selected as a target cell, a balancing time is calculated according to a difference between the SOC of the reference cell and the SOC of the target cell, and balancing of battery cells belonging to the target group is performed during the calculated balancing time, characterized in that BMS-mounted lithium battery module applied to medical power supplies.
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KR1020200136705A KR20220052585A (en) | 2020-10-21 | 2020-10-21 | Lithium Battery module applied to electric wheelchairs |
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CN116960487A (en) * | 2023-09-20 | 2023-10-27 | 南方电网调峰调频发电有限公司储能科研院 | Sodium ion battery system capacity estimation method and device considering monomer inconsistency |
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KR101920220B1 (en) | 2017-01-18 | 2018-11-21 | (주)디앤엠솔루션즈 | Power Assistive Device for Manual Wheelchair |
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