KR20230166196A - Method and system for preprocessing battery data for diagnosing condition of battery, and battery condition prediction system - Google Patents

Method and system for preprocessing battery data for diagnosing condition of battery, and battery condition prediction system Download PDF

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KR20230166196A
KR20230166196A KR1020220065832A KR20220065832A KR20230166196A KR 20230166196 A KR20230166196 A KR 20230166196A KR 1020220065832 A KR1020220065832 A KR 1020220065832A KR 20220065832 A KR20220065832 A KR 20220065832A KR 20230166196 A KR20230166196 A KR 20230166196A
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정의림
이의수
정태윤
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주식회사 로보볼트
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Abstract

본 발명은 배터리 상태 진단을 위한 배터리 데이터 전처리 방법 및 시스템, 그리고 배터리 상태 예측 시스템에 관한 것으로서, 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 데이터에 대하여, 이상치를 제거하거나 상기 이상치를 기설정된 제1 값으로 대체하는 이상치 전처리, 결측치를 제거하거나 상기 결측치를 기설정된 제2 값으로 대체하는 결측치 전처리, 데이터 간의 상관관계를 산출하는 상관계수 보고 처리 및 잡음이 섞인 데이터를 복구하는 잡음 저감 처리 중 적어도 하나의 전처리를 수행하는 데이터 분석부; 및 상기 데이터 분석부에 의해 전처리된 배터리 데이터를 정규화 및 표준화하여, 배터리의 상태를 예측하는 기학습된 인공지능 모델에 입력하는 데이터 크기 변환부를 포함한다.The present invention relates to a battery data preprocessing method and system for diagnosing battery status, and a battery status prediction system, wherein outliers are removed from battery data including at least one of voltage, current, and temperature, or the outliers are preset. At least one of outlier preprocessing to replace with a 1 value, missing value preprocessing to remove missing values or replace the missing values with a preset second value, correlation coefficient reporting processing to calculate the correlation between data, and noise reduction processing to recover data mixed with noise. A data analysis unit that performs one preprocessing; and a data size conversion unit that normalizes and normalizes the battery data preprocessed by the data analysis unit and inputs it into a pre-trained artificial intelligence model that predicts the state of the battery.

Description

배터리 상태 진단을 위한 배터리 데이터 전처리 방법 및 시스템, 그리고 배터리 상태 예측 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR PREPROCESSING BATTERY DATA FOR DIAGNOSING CONDITION OF BATTERY, AND BATTERY CONDITION PREDICTION SYSTEM}Battery data preprocessing method and system for battery condition diagnosis, and battery condition prediction system {METHOD AND SYSTEM FOR PREPROCESSING BATTERY DATA FOR DIAGNOSING CONDITION OF BATTERY, AND BATTERY CONDITION PREDICTION SYSTEM}

본 발명은 전처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 상태 진단을 위한 배터리 데이터 전처리 방법 및 시스템, 그리고 배터리 상태 예측 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a preprocessing system, and more specifically, to a battery data preprocessing method and system for battery status diagnosis, and a battery status prediction system.

근래에 들어서, 노트북, 비디오카메라 및 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇 및 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In recent years, the demand for portable electronic products such as laptops, video cameras, and portable phones has rapidly increased, and as the development of energy storage batteries, robots, and satellites has begun, the need for high-performance secondary batteries capable of repeated charging and discharging has increased. Research is actively underway.

현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 및 리튬이온 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬이온 전지는 다른 전지에 비해 중량도 가볍고 긴 수명과 높은 에너지 밀도를 가지는 장점이 있다. 하지만, 리튬이온 전지는 발화 및 폭발의 위험성 때문에 잘 사용되지 않았으나, 최근에 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)을 통해 셀의 전압을 유지하는 등 안정성을 취하게 되면서 다양한 제품, 기기의 충전식 배터리에서 리튬이온 전지의 사용 비율이 높아지고 있다.Currently commercialized batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and lithium-ion batteries. Among these, lithium-ion batteries have the advantage of being lighter in weight, longer lifespan, and higher energy density than other batteries. However, lithium-ion batteries have not been used often due to the risk of ignition and explosion, but recently, stability has been achieved by maintaining cell voltage through a battery management system (BMS), making them rechargeable batteries for various products and devices. The use rate of lithium-ion batteries is increasing.

그런데 상술한 바와 같이, 리튬이온 전지는 에너지 저장 밀도가 높아 외부충격 및 과충전 등 사용상의 부주의와 배터리 또는 보호회로 불량 등 제조상의 결함에 의해 화재 및 폭발사고가 빈번하게 발생하여 안정성에 큰 문제가 있으므로, 배터리의 상태 및 불량 상태 등을 예측하기 위해 인공지능을 이용한 연구가 계속되고 있다.However, as mentioned above, lithium-ion batteries have a high energy storage density, so fires and explosions frequently occur due to carelessness in use, such as external shock and overcharging, and manufacturing defects, such as defective batteries or protection circuits, which poses major safety problems. , Research using artificial intelligence is continuing to predict the condition and defective state of the battery.

제품마다 측정하는 센서 및 환경 등 여러 요인으로 인해 배터리의 상태, 수명 및 불량 여부 등을 판단하기 위한 파라미터들(전압, 전류 및 온도 등)과 같은 측정된 데이터는 파라미터의 종류 및 개수, 측정하는 방법, 샘플링 주파수 등이 서로 상이하다.Due to various factors such as the sensor and environment that measure each product, the measured data such as parameters (voltage, current, and temperature, etc.) to determine the status, life, and defect of the battery, etc., include the type and number of parameters and the method of measurement. , sampling frequencies, etc. are different.

따라서, 배터리 상태 진단을 위해 인공지능 모델에 아무런 가공 없이 측정된 데이터를 직접 이용하는 것은 배터리 상태 진단의 정확도를 저하시키므로 제품마다 특성에 맞는 데이터 전처리 시스템이 도입되어야 한다.Therefore, directly using measured data without any processing in an artificial intelligence model to diagnose battery status reduces the accuracy of battery status diagnosis, so a data preprocessing system tailored to the characteristics of each product must be introduced.

국내공개특허 제10-2022-0043059호Domestic Published Patent No. 10-2022-0043059 국내공개특허 제10-2022-0012534호Domestic Published Patent No. 10-2022-0012534

본 명세서는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 서로 상이한 환경에서 수집된 배터리 데이터에도 적용될 수 있는 배터리 상태 진단을 위한 배터리 데이터 전처리 방법 및 시스템, 그리고 배터리 상태 예측 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.This specification was designed to solve the problems described above, and provides a battery data preprocessing method and system for battery status diagnosis that can be applied to battery data collected in different environments, and a battery status prediction system. There is a purpose.

배터리 상태진단의 정확도를 높일 수 있는 배터리 데이터 전처리 방법 및 시스템, 그리고 배터리 상태 예측 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.The purpose is to provide a battery data preprocessing method and system that can increase the accuracy of battery condition diagnosis, and a battery condition prediction system.

이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 명세서의 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 배터리 상태 진단을 위한 배터리 데이터 전처리 시스템은, 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 데이터에 대하여, 이상치를 제거하거나 상기 이상치를 기설정된 제1 값으로 대체하는 이상치 전처리, 결측치를 제거하거나 상기 결측치를 기설정된 제2 값으로 대체하는 결측치 전처리, 데이터 간의 상관관계를 산출하는 상관계수 보고 처리 및 잡음이 섞인 데이터를 복구하는 잡음 저감 처리 중 적어도 하나의 전처리를 수행하는 데이터 분석부; 및 상기 데이터 분석부에 의해 전처리된 배터리 데이터를 정규화 및 표준화하여, 배터리의 상태를 예측하는 기학습된 인공지능 모델에 입력하는 데이터 크기 변환부를 포함한다.To achieve this purpose, according to an embodiment of the present specification, the battery data preprocessing system for battery status diagnosis according to the present specification removes outliers from battery data including at least one of voltage, current, and temperature. or outlier preprocessing that replaces the outlier with a preset first value, missing value preprocessing that removes the missing value or replaces the missing value with a preset second value, correlation coefficient reporting processing that calculates the correlation between data, and data mixed with noise. a data analysis unit that performs at least one preprocessing during the noise reduction process for recovery; and a data size conversion unit that normalizes and normalizes the battery data preprocessed by the data analysis unit and inputs it into a pre-trained artificial intelligence model that predicts the state of the battery.

바람직하게는, 상기 데이터 분석부는 상기 배터리 데이터의 각 피처(feature)를 오름차순으로 정렬하고, 각 피처를 4등분으로 나눈 후, 나누어진 값들 중 75% 지점과 25% 지점의 차이를 사분위 범위(Interquartile range)로 정의하며, 상기 사분위 범위에 1.5를 곱한 값에 75% 지점 값을 더한 값을 최대값으로 결정하고, 상기 사분위 범위에 1.5를 곱한 값에 25% 지점 값을 더한 값을 최소값으로 결정하며, 상기 최대값과 상기 최소값을 넘은 값을 상기 이상치로 판단하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the data analysis unit sorts each feature of the battery data in ascending order, divides each feature into 4 equal parts, and then calculates the difference between the 75% point and the 25% point among the divided values as the interquartile range ( Interquartile range), the maximum value is determined as the interquartile range multiplied by 1.5 plus the 75% point value, and the minimum value is determined as the interquartile range multiplied by 1.5 plus the 25% point value. , and the value exceeding the maximum value and the minimum value is determined as the outlier.

바람직하게는, 상기 데이터 분석부는 데이터의 특성에 따른 분포를 벗어나는 값을 찾아내는 기계 학습(Machine Learning)을 기반으로 상기 이상치를 탐지하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the data analysis unit detects the outlier based on machine learning, which finds values that fall outside the distribution according to the characteristics of the data.

바람직하게는, 상기 데이터 분석부는 상기 배터리 데이터에 포함된 피처(feature)들 중 실제 신호가 들어와야 되는 시간에 들어오지 않거나 원하는 형태의 값이 아닌 값을 상기 결측치로 판단하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the data analysis unit is characterized in that among the features included in the battery data, a value that does not arrive at the actual signal time or is not a desired value is determined as the missing value.

바람직하게는, 상기 데이터 분석부는 상기 배터리 데이터의 각 피처(feature)와, 잔존 용량(State of Charge), 용량 수명(State of Health), 출력 수명(State of Power) 및 균형 수명(State of Balance) 중 어느 하나 사이의 상관관계를 산출하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the data analysis unit analyzes each feature of the battery data, remaining capacity (State of Charge), capacity life (State of Health), output life (State of Power), and state of balance. It is characterized by calculating the correlation between any one of them.

바람직하게는, 상기 데이터 분석부는 상관 계수가 0에 수렴할수록 상관성이 없는 피처이고, 상관 계수가 1이나 -1에 가까울수록 상관성이 있는 피처로 판단하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the data analysis unit determines that the closer the correlation coefficient is to 0, the less correlated the feature is, and the closer the correlation coefficient is to 1 or -1, the more correlated the feature.

본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 배터리 상태 진단을 위한 배터리 데이터 전처리 방법은, 배터리 데이터 전처리 시스템이, 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 데이터에 대하여, 이상치를 제거하거나 상기 이상치를 기설정된 제1 값으로 대체하는 이상치 전처리, 결측치를 제거하거나 상기 결측치를 기설정된 제2 값으로 대체하는 결측치 전처리, 데이터 간의 상관관계를 산출하는 상관계수 보고 처리 및 잡음이 섞인 데이터를 복구하는 잡음 저감 처리 중 적어도 하나의 전처리를 수행하는 단계; 및 상기 배터리 데이터 전처리 시스템이, 전처리된 배터리 데이터를 정규화 및 표준화하여, 배터리의 상태를 예측하는 기학습된 인공지능 모델에 입력하는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present specification, the battery data preprocessing method for battery status diagnosis according to the present specification includes a battery data preprocessing system removing outliers from battery data including at least one of voltage, current, and temperature. Outlier preprocessing that replaces the outlier with a preset first value, missing value preprocessing that removes the missing value or replaces the missing value with a preset second value, correlation coefficient reporting processing that calculates the correlation between data, and recovery of data mixed with noise. performing at least one preprocessing of noise reduction processing; And the battery data pre-processing system normalizes and normalizes the pre-processed battery data, and inputs it into a pre-trained artificial intelligence model that predicts the state of the battery.

본 명세서의 또 다른 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 배터리 상태 예측 시스템은, 배터리 관리 시스템으로부터 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 데이터를 수집하고, 수집된 배터리 데이터의 샘플링 주기를 변환하는 데이터 수집부; 상기 데이터 수집부에 의해 샘플링 주기가 변환된 배터리 데이터에 대하여, 이상치를 제거하거나 상기 이상치를 기설정된 제1 값으로 대체하는 이상치 전처리, 결측치를 제거하거나 상기 결측치를 기설정된 제2 값으로 대체하는 결측치 전처리, 데이터 간의 상관관계를 산출하는 상관계수 보고 처리 및 잡음이 섞인 데이터를 복구하는 잡음 저감 처리 중 적어도 하나의 전처리를 수행하고, 전처리된 배터리 데이터를 정규화 및 표준화하는 데이터 전처리부; 및 상기 데이터 전처리부에 의해 정규화 및 표준화된 배터리 데이터를 기학습된 인공지능 모델에 입력하여 배터리의 상태를 예측하는 배터리 상태 예측부를 포함한다.According to another embodiment of the present specification, the battery state prediction system according to the present specification collects battery data including at least one of voltage, current, and temperature from a battery management system, and converts the sampling period of the collected battery data. a data collection unit that does; For battery data whose sampling cycle has been converted by the data collection unit, outlier preprocessing to remove outliers or replace the outliers with a preset first value, missing values to remove missing values or replace the missing values with a preset second value A data preprocessor that performs at least one of preprocessing, correlation coefficient reporting processing to calculate correlation between data, and noise reduction processing to recover data mixed with noise, and normalizes and normalizes the preprocessed battery data; and a battery state prediction unit that predicts the state of the battery by inputting the battery data normalized and standardized by the data preprocessor into a pre-trained artificial intelligence model.

이상에서 설명한 바와 같이 본 명세서에 의하면, 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 데이터에 대하여, 이상치를 제거하거나 상기 이상치를 기설정된 제1 값으로 대체하는 이상치 전처리, 결측치를 제거하거나 상기 결측치를 기설정된 제2 값으로 대체하는 결측치 전처리, 데이터 간의 상관관계를 산출하는 상관계수 보고 처리 및 잡음이 섞인 데이터를 복구하는 잡음 저감 처리 중 적어도 하나의 전처리를 수행하고, 전처리된 배터리 데이터를 정규화 및 표준화하여, 배터리의 상태를 예측하는 기학습된 인공지능 모델에 입력하는 배터리 상태 진단을 위한 배터리 데이터 전처리 방법 및 시스템, 그리고 배터리 상태 예측 시스템을 제공함으로써, 배터리 제품마다 데이터를 측정하는 방법이나 파라미터 값이 다르더라도 유사한 품질의 데이터를 취할 수 있다.As described above, according to the present specification, for battery data including at least one of voltage, current, and temperature, outlier preprocessing to remove outliers or replace the outliers with a preset first value, remove missing values, or replace the outliers with a preset first value. Perform at least one preprocessing of missing value preprocessing to replace with a preset second value, correlation coefficient reporting processing to calculate the correlation between data, and noise reduction processing to recover data mixed with noise, and normalize and normalize the preprocessed battery data. By standardizing and providing a battery data preprocessing method and system for diagnosing battery status that is input to a pre-trained artificial intelligence model that predicts the status of the battery, and a battery status prediction system, a method or parameter value of data is measured for each battery product. Even if the data is different, data of similar quality can be obtained.

또한, 배터리 상태진단의 정확도를 높일 수 있는 배터리 데이터 전처리 방법 및 시스템, 그리고 배터리 상태 예측 시스템을 제공할 수 있다.In addition, a battery data preprocessing method and system that can increase the accuracy of battery condition diagnosis, and a battery condition prediction system can be provided.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 예측 시스템 내부의 개략적인 구성을 나타낸 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 분석부가 갖는 기능의 일례를 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 배터리 상태 예측 시스템의 기능을 실현 가능한 하드웨어의 일례를 도시한 블록도, 및
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 진단을 위한 배터리 데이터 전처리 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 따른 잡음 저감한 결과에 대한 예시에 대한 도면이다.
1 is a block diagram showing a schematic internal configuration of a battery state prediction system according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a block diagram showing an example of the functions of the data analysis unit according to an embodiment of the present invention;
3 is a block diagram showing an example of hardware capable of realizing the function of the battery state prediction system according to the embodiment of the present invention, and
Figure 4 is a flowchart showing a battery data preprocessing method for battery condition diagnosis according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram illustrating an example of noise reduction results according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It should be noted that the technical terms used in this specification are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. In addition, the technical terms used in this specification, unless specifically defined in a different way in this specification, should be interpreted as meanings commonly understood by those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains, and are not overly comprehensive. It should not be interpreted in a literal or excessively reduced sense. Additionally, if the technical terms used in this specification are incorrect technical terms that do not accurately express the spirit of the present invention, they should be replaced with technical terms that can be correctly understood by those skilled in the art. In addition, general terms used in the present invention should be interpreted according to the definition in the dictionary or according to the context, and should not be interpreted in an excessively reduced sense.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Additionally, as used herein, singular expressions include plural expressions, unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “consists of” or “comprises” should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the specification, and some of the components or steps may include It may not be included, or it should be interpreted as including additional components or steps.

또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.In addition, the suffixes “module” and “part” for components used in this specification are given or used interchangeably only considering the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles in themselves.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.Additionally, terms including ordinal numbers, such as first, second, etc., used in this specification may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component without departing from the scope of the present invention.

본 발명의 실시예에서 배터리의 상태라 함은 배터리의 컨디션을 표현하는 지표인 SOx에 대한 진단을 나타낸다. 여기서, SOx는 잔존 용량(State of Charge, SOC), 용량 수명(State of Health, SOH), 출력 수명(State of Power, SOP) 및 균형 수명(State of Balance) 등을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the status of the battery refers to a diagnosis of SOx, which is an indicator expressing the condition of the battery. Here, SOx may include remaining capacity (State of Charge, SOC), capacity life (State of Health, SOH), output life (State of Power, SOP), and balance life (State of Balance).

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, identical or similar components will be assigned the same reference numbers regardless of the reference numerals, and duplicate descriptions thereof will be omitted.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다.Additionally, when describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, it should be noted that the attached drawings are only intended to facilitate easy understanding of the spirit of the present invention, and should not be construed as limiting the spirit of the present invention by the attached drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 예측 시스템 내부의 개략적인 구성을 나타낸 블록 구성도이다.1 is a block diagram showing a schematic internal configuration of a battery state prediction system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 상태 예측 시스템은 데이터 수집부(110), 데이터 전처리부(120) 및 배터리 상태 예측부(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the battery state prediction system according to the present invention may include a data collection unit 110, a data preprocessing unit 120, and a battery state prediction unit 130.

데이터 수집부(110)는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)으로부터 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 데이터를 수집한다.The data collection unit 110 collects battery data including at least one of voltage, current, and temperature from a battery management system (BMS).

한편, 인공지능 모델에 입력되는 신호의 길이가 길어질수록 인공지능 모델의 연산량이 증가하고 과적합(Overfitting) 문제가 발생할 수 있다. 또한, 배터리 관리 시스템마다 상이한 샘플링 주기를 동일하게 바꿔주어야 할 필요가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 데이터 수집부(110)는 수집된 배터리 데이터의 샘플링 주기를 변환하는 샘플링 주기 변환부(112)를 포함할 수 있다. 샘플링 주기 변환부(112)는 업 샘플링과 다운 샘플링 방식으로 샘플링 주기를 변환할 수 있다. 예컨대, 상기 샘플링 주기는 분, 초, 밀리초, 마이크로초 단위가 될 수 있다.Meanwhile, as the length of the signal input to the artificial intelligence model increases, the amount of calculation of the artificial intelligence model increases and overfitting problems may occur. Additionally, it is necessary to change different sampling periods equally for each battery management system. Therefore, the data collection unit 110 according to the present invention may include a sampling period conversion unit 112 that converts the sampling period of the collected battery data. The sampling period converter 112 can convert the sampling period using up-sampling and down-sampling methods. For example, the sampling period may be in units of minutes, seconds, milliseconds, or microseconds.

업 샘플링은 샘플링 주기를 더 짧게 만드는 방법으로서, 선형 보간법(Linear Interpolation), 삼차 보간법(Cubic Interpolation), 쌍선형 보간법(Bilinear Interpolation) 및 쌍삼차보간법(Bicubic Interpolation) 등의 보간법을 사용하여 업 샘플링을 수행할 수 있다.Upsampling is a method of making the sampling period shorter. Upsampling is performed using interpolation methods such as linear interpolation, cubic interpolation, bilinear interpolation, and bicubic interpolation. It can be done.

다운 샘플링은 샘플링 주기를 더 길게 만드는 방법으로서, 디지털 신호처리인 데시메이션(decimation)을 통하여 샘플링 주기를 더 길게 만들 수 있다.Down sampling is a method of making the sampling period longer, and the sampling period can be made longer through decimation, a digital signal processing.

데이터 전처리부(120)는 데이터 수집부(110)에 의해 수집된 배터리 데이터에 대하여 전처리를 수행한다. 이를 위해, 데이터 전처리부(120)는 데이터 분석부(122) 및 데이터 크기 변환부(124)를 포함할 수 있다.The data pre-processing unit 120 performs pre-processing on the battery data collected by the data collection unit 110. To this end, the data pre-processing unit 120 may include a data analysis unit 122 and a data size conversion unit 124.

데이터 분석부(122)는 수집된 배터리 데이터에 대하여, 이상치를 제거하거나 이상치를 기설정된 제1 값으로 대체하는 이상치 전처리, 결측치를 제거하거나 결측치를 기설정된 제2 값으로 대체하는 결측치 전처리, 데이터 간의 상관관계를 산출하는 상관계수 보고 처리 및 잡음이 섞인 데이터를 복구하는 잡음 저감 처리 중 적어도 하나의 전처리를 수행한다. 본 발명에 따른 데이터 분석부(122)의 자세한 구성에 대해서는 도 2에서 설명하기로 한다.The data analysis unit 122 performs outlier preprocessing to remove outliers or replace outliers with preset first values, missing value preprocessing to remove missing values or replace missing values with preset second values, and data interconnection for the collected battery data. At least one preprocessing is performed among correlation coefficient reporting processing to calculate correlation and noise reduction processing to recover data mixed with noise. The detailed configuration of the data analysis unit 122 according to the present invention will be described in FIG. 2.

한편, 수집된 배터리 데이터의 일부를 전처리한 후 인공지능 모델에 입력하기 전의 전단계로서, 인공지능 모델 학습 및 상태 진단을 위해 피처 스케일링(Feature Scaling)이 중요하다. 즉, 서로 다른 변수의 값 범위를 일정 수준 및 크기로 맞추는 작업이 필요하다. 이에, 데이터 크기 변환부(124)는 데이터 분석부(122)에 의해 전처리된 배터리 데이터를 정규화(Normalization) 및 표준화(Standardization)한다.Meanwhile, as a preprocessing step before inputting some of the collected battery data into the artificial intelligence model, feature scaling is important for learning the artificial intelligence model and diagnosing its status. In other words, it is necessary to adjust the value range of different variables to a certain level and size. Accordingly, the data size conversion unit 124 normalizes and standardizes the battery data preprocessed by the data analysis unit 122.

정규화는 서로 다른 범위의 변수들의 크기를 통일하기 위해 변환하는 작업으로서, 데이터의 범위를 0과 1 사이로 변환하여 데이터 분포를 조정하는 것을 나타내고, 다음의 수학식 1로 표현될 수 있다.Normalization is a process of transforming the sizes of variables in different ranges to unify them. It refers to adjusting the data distribution by converting the data range between 0 and 1, and can be expressed as the following equation 1.

여기서, x는 해당값, xmin은 최소값, xmax는 최대값을 나타낸다.Here, x represents the corresponding value, x min represents the minimum value, and x max represents the maximum value.

표준화는 서로 다른 범위의 변수들을 평균이 0이고 분산이 1인 가우시안 정규 분포를 가진 값으로 변환하는 작업으로서, 값의 크기 범위가 다른 변수가 존재할 때, 변수 사이의 크기 차이를 제거해주는 효과가 있다. 표준화는 다음의 수학식 2로 표현될 수 있다.Standardization is the process of converting variables of different ranges into values with a Gaussian normal distribution with a mean of 0 and a variance of 1. When variables with different value ranges exist, it has the effect of eliminating size differences between variables. . Standardization can be expressed in Equation 2 below.

여기서, μ는 평균, σ는 표준편차를 나타낸다.Here, μ represents the mean and σ represents the standard deviation.

따라서, 본 발명에 따른 데이터 크기 변환부(124)는 변수 값의 범위 또는 단위가 달라서 발생할 수 있는 문제점(예를 들면, 배터리 관리 시스템으로부터 수집된 배터리 데이터에 전압, 전류 및 온도 값만 있다고 가정할 경우, 평균과 분산, 최대, 최소값이 전부 상이함)을 예방할 수 있고, 인공지능 모델이 특정 데이터에 대해 편향성을 갖는 것을 방지할 수 있다.Therefore, the data size conversion unit 124 according to the present invention can avoid problems that may occur due to different ranges or units of variable values (for example, when assuming that the battery data collected from the battery management system contains only voltage, current, and temperature values). , mean, variance, maximum, and minimum values are all different), and it is possible to prevent artificial intelligence models from being biased toward specific data.

배터리 상태 예측부(130)는 데이터 크기 변환부(124)에 의해 정규화 및 표준화된 배터리 데이터를 기학습된 인공지능 모델에 입력하여 배터리의 상태를 예측한다. The battery state prediction unit 130 inputs battery data normalized and normalized by the data size conversion unit 124 into a pre-trained artificial intelligence model to predict the state of the battery.

즉, 배터리 상태 예측부(130)는 정규화 및 표준화된 배터리 데이터를 신경망에 입력하여 신경망을 학습시킴으로써, 배터리가 실제 작동한 기간을 산출한다. 또한, 배터리의 컨디션을 표현하는 지표인 SOX에 대한 진단을 통해 배터리의 상태를 예측한다. 즉, 배터리 상태 예측부(130)는 학습된 신경망에 의해, 정규화 및 표준화된 배터리 데이터 각각에 대해서 기설정된 데이터 패턴과의 유사도를 측정하여, 정규화 및 표준화된 데이터 중 소정수의 데이터의 유사도가 기설정된 임계치보다 높은 구간이 존재하는지 여부를 판단하고, 소정수의 데이터의 유사도가 기설정된 임계치보다 높은 구간이 존재하는 경우, 해당 구간을 배터리가 작동하는 구간으로 판단하며, 상기 구간을 모두 합산하여 배터리가 실제 작동한 기간으로 출력하거나 배터리 상태 예측을 수행한다. 예를 들면, 배터리 상태 예측부(130)는 비지도학습을 통해 정규화 및 표준화된 데이터를 제1 패턴(사용상태)과 제2 패턴(비사용상태)으로 구분하고, 제1 패턴에 해당되는 구간을 배터리가 실제 작동한 기간으로 출력할 수 있고, 또는 배터리 상태 예측을 할 수 있다. 또한, 배터리 상태 예측부(130)는 정규화 및 표준화된 배터리 데이터를 제1 패턴과 제2 패턴으로 구분하고, 지도학습을 통해 해당 패턴들을 미리 정해진 패턴과 비교함으로써, 미리 정해진 패턴과 유사한 패턴에 해당되는 구간을 배터리가 실제 작동한 기간으로 출력할 수 있고, 또는 배터리의 상태 예측을 할 수 있다. 즉 상태 예측에는 실제 배터리가 사용된 기간을 포함하여 배터리의 노후정도, 배터리의 향후 수명 정도, 기존 새로운 배터리 대비 전력저장용량 정도 등 다양한 배터리 상태나 배터리 컨디션의 개념이 포함된다.That is, the battery state prediction unit 130 calculates the actual operating period of the battery by inputting normalized and normalized battery data into the neural network and training the neural network. In addition, the condition of the battery is predicted through diagnosis of SOX, an indicator expressing the condition of the battery. That is, the battery state prediction unit 130 measures the similarity with a preset data pattern for each normalized and normalized battery data using a learned neural network, and determines the similarity of a predetermined number of data among the normalized and standardized data. It is determined whether there is a section higher than the set threshold, and if there is a section where the similarity of a predetermined number of data is higher than the preset threshold, the section is determined to be a section in which the battery is operating, and all of the sections are added together to determine the battery Outputs the actual operating period or performs battery status prediction. For example, the battery state prediction unit 130 divides the normalized and normalized data into a first pattern (state of use) and a second pattern (state of non-use) through unsupervised learning, and a section corresponding to the first pattern. can be output as the actual period of operation of the battery, or can be used to predict battery status. In addition, the battery state prediction unit 130 divides the normalized and normalized battery data into a first pattern and a second pattern, and compares the corresponding patterns with a predetermined pattern through supervised learning, thereby corresponding to a pattern similar to the predetermined pattern. The section can be output as the actual operating period of the battery, or the state of the battery can be predicted. In other words, status prediction includes various battery states or concepts of battery condition, including the actual period of use of the battery, the degree of battery aging, the future lifespan of the battery, and the degree of power storage capacity compared to existing new batteries.

여기서, 배터리 상태 예측부(130)는 긴 시계열 데이터 간의 연관성을 분석하기 위해 확장된 합성곱 신경망(dilated Convolution Neural Network; 이하, 'dilated CNN')을 기본 구조로 사용하고, dilated CNN과 배치 정규화(Batch Normalization) 기술을 반복적으로 쌓아 전체 인공신경망을 구성할 수 있다. 또한, 배터리 상태 예측부(130)는 긴 시계열 데이터의 차원을 줄이기 위해 1D-CNN(Convolution Neural Network)을 사용할 수 있다.Here, the battery state prediction unit 130 uses a dilated convolution neural network (hereinafter referred to as 'dilated CNN') as a basic structure to analyze the correlation between long time series data, and uses dilated CNN and batch normalization ( An entire artificial neural network can be constructed by repeatedly stacking Batch Normalization (Batch Normalization) technology. Additionally, the battery state prediction unit 130 may use 1D-CNN (Convolution Neural Network) to reduce the dimensionality of long time series data.

확장 콘볼루션(dilated convolution, a` trous convolution)은 원래 파형 요소(wavelet) 분해를 위해 발전된 콘볼루션의 유형이다. 예를 들어, [Holschneider, M.; Kronland-Martinet, R.; Morlet, J.; and Tchamitchian, Ph., A Real-Time Algorithm for Signal Analysis with the Help of the Wavelet Transform in Wavelets: Time-Frequency Methods and Phase Space, J.M. Combes et al., eds., pp. 286-297 (1987)]를 참조한다. 그러나 특히 복잡한 특징들을 얻기 위해 의미론적 분할(semantic segmentation)에 적용되었다. 예를 들어, [Yu, Fisher and Koltun, Vladlen, Multi-scale context aggregation by dilated convolutions, 2016 Int'l Conference on Learning Representations (ICLR) (hereinafter, "Yu et al. 2016")]를 참조한다.Dilated convolution (a` trous convolution) is a type of convolution originally developed for wavelet decomposition. For example, [Holschneider, M.; Kronland-Martinet, R.; Morlet, J.; and Tchamitchian, Ph., A Real-Time Algorithm for Signal Analysis with the Help of the Wavelet Transform in Wavelets : Time-Frequency Methods and Phase Space, JM Combes et al., eds., pp. 286-297 (1987)]. However, it has been especially applied to semantic segmentation to obtain complex features. See, for example, [Yu, Fisher and Koltun, Vladlen, Multi-scale context aggregation by dilated convolutions , 2016 Int'l Conference on Learning Representations (ICLR) (hereinafter, "Yu et al. 2016")].

풀링(pooling) 없이 콘볼루션 레이어들로 구성된 순수한 CNN에서, 특징 맵들은 입력에서 인접한 데이터들을 픽셀들을 콘볼루션하여 생성될 수 있기 때문에, 유닛의 수신 필드(receptive field)는 레이어별로 선형적으로만 성장할 수 있다. 수신 필드를 증가시키기 위한 실현 가능한 방법들은 더 큰 영역에서 입력 데이터들을 콘볼루션하는 것이다. 이는 종래의 콘볼루션을 위해 기존의 밀집 커널(dense kernel)을 사용하는 것 대신, 확장 콘볼루션에서 '확장 커널(dilation kernel)을 사용하는 것과 유사할 수 있다.In a pure CNN consisting of convolutional layers without pooling, feature maps can be generated by convolving pixels of adjacent data in the input, so the receptive field of a unit only grows linearly layer by layer. You can. Feasible ways to increase the receive field are to convolve the input data over a larger area. This may be similar to using a 'dilation kernel' in dilation convolution, instead of using an existing dense kernel for conventional convolution.

F는 이산 함수, K는 콘볼루션 커널, 및 확장 콘볼루션 *d는 아래의 수학식 3에 의해 정의된 바와 같이, 전형적인 콘볼루션의 일반화된 버전이라고 가정하면, 종래의 콘볼루션은 단순한 1-확장 콘볼루션일 수 있다(즉, d=1일 때). 여기서, d는 확장 계수(dilation factor)이다.Assuming that F is a discrete function, K is the convolution kernel, and the expanded convolution * d is a generalized version of a typical convolution, as defined by equation 3 below, the conventional convolution is a simple 1-expansion It can be a convolution (i.e. when d=1). Here, d is the dilation factor.

CNN에서 확장 콘볼루션을 적용하는 것의 한가지 이점은, 확장 버전은 더 큰 수신 필드를 갖는다는 점이다. 확장 콘볼루션 필터(dilated convolutional filter)는 오리지널 필터(original filter)를 업 샘플링(upsampling)함으로써 얻을 수 있다. 즉, 오리지널 필터의 구성 요소(element) 사이에 0을 삽입함으로써 얻을 수 있다. 그러므로 설계에 의해 확장된 필터는 0 구성요소의 구조화된 패턴을 가질 수 있다. 0 요소가 무작위 패턴 및 위치를 갖는 가중치 프루닝(pruning)과 비교하면, 확장 필터는 0 가중치에 대한 구조화된 패턴을 가질 수 있고, 하드웨어(hardware)와 소프트웨어(software)에서의 계산 복잡도를 감소시키는 데 훨씬 더 유용할 수 있다. 특히, 본 발명과 같이 순차적으로 많은 값이 신경망에 입력되는 경우, 이런 확장 콘볼루션을 활용하여 계산 복잡도를 낮추지만 결과값의 정확도는 낮아지지 않는 효과를 발휘할 수 있다.One advantage of applying expanded convolution in CNN is that the expanded version has a larger receiving field. A dilated convolutional filter can be obtained by upsampling the original filter. In other words, it can be obtained by inserting 0 between the elements of the original filter. Therefore, a filter extended by design can have a structured pattern of zero components. Compared with weight pruning, where the zero elements have random patterns and positions, the extended filter can have a structured pattern for the zero weights, reducing computational complexity in hardware and software. could be much more useful. In particular, when many values are sequentially input to a neural network as in the present invention, this extended convolution can be used to reduce computational complexity but not reduce the accuracy of the result.

배치 정규화는 활성화함수의 활성화값 또는 출력값을 정규화(정규분포로 만든다)하는 작업을 말한다. 구체적으로는, 배치 정규화는 미니 배치의 데이터에서 각 특징별로 평균과 표준편차를 계산해서 정규화한다. 이러한 배치 정규화는 미니 배치 단위로 정규화하여 학습하기 때문에 인공 신경망 학습 중에 발생할 수 있는 내부 공변량 이동(Internal Covariate Shift)을 감소시킬 수 있다.Batch normalization refers to the process of normalizing (creating a normal distribution) the activation value or output value of an activation function. Specifically, batch normalization normalizes the mini-batch data by calculating the mean and standard deviation for each feature. Since this batch normalization is learned by normalizing in mini-batch units, it can reduce internal covariate shift that can occur during artificial neural network training.

한편, 본 발명은 dilated CNN과 배치 정규화(Batch Normalization) 기술을 반복적으로 쌓아 전체 인공신경망을 구성하는 것에 한정되지 않고 다른 방법을 통해 인공신경망을 구성할 수 있다. Meanwhile, the present invention is not limited to constructing an entire artificial neural network by repeatedly stacking dilated CNN and batch normalization technology, and can construct an artificial neural network through other methods.

여러 개의 퍼셉트론 뉴런을 여러 층으로 쌓은 다층 퍼셉트론 (Multi-Layer-Perceptron) 혹은 1D 또는 2D CNN 혹은 유닛 간의 연결이 순환적 구조를 갖는 순환 신경망 (Recurrent neural network) 혹은 어텐션(Attention)만을 사용하여 인코더-디코더 구조를 만들어 학습 속도가 트랜스포머(Transformer architecture) 혹은 전반부는 CNN로 학습하고 후반부는 RNN로 학습하여 인공신경망을 구성하여도 무방하다.A multi-layer perceptron (Multi-Layer-Perceptron) or a 1D or 2D CNN that stacks several perceptron neurons in several layers, or a recurrent neural network (Recurrent neural network) in which the connections between units have a circular structure, or an encoder using only attention. You can create a decoder structure so that the learning speed is Transformer architecture, or you can construct an artificial neural network by learning the first half with CNN and the second half with RNN.

또한, 배터리 상태 예측부(130)는 정규화 및 표준화된 배터리 데이터의 일부를 신경망에 입력하여 배터리의 실 사용량을 예측할 수 있고 또는 배터리의 상태 예측할 수 있다.Additionally, the battery state prediction unit 130 inputs part of the normalized and normalized battery data into a neural network to predict the actual usage of the battery or the state of the battery.

또한, 배터리 상태 예측부(130)는 정규화 및 표준화된 배터리 데이터를 특정한 간격(예를 들면, 시간 및 주기 등)으로 분할하여 신경망에 입력할 수 있다.Additionally, the battery state prediction unit 130 may divide normalized and normalized battery data into specific intervals (eg, time and cycle, etc.) and input them into a neural network.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 분석부가 갖는 기능의 일례를 도시한 블록도이다.Figure 2 is a block diagram showing an example of the functions of the data analysis unit according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 데이터 분석부(122)는 이상치 전처리부(210), 결측치 전처리부(220), 상관계수 보고부(230) 및 잡음 저감부(240)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the data analysis unit 122 according to the present invention may include an outlier pre-processing unit 210, a missing value pre-processing unit 220, a correlation coefficient reporting unit 230, and a noise reduction unit 240. .

이상치 전처리부(210)는 수집된 배터리 데이터의 각 피처(feature)에서 이상치를 탐지하고, 이상치를 제거하거나 이상치를 기설정된 제1 값으로 대체한다. 이를 위해, 이상치 전처리부(210)는 이상치 탐지부(212) 및 이상치 삭제 및 대체부(214)를 포함할 수 있다.The outlier preprocessor 210 detects outliers in each feature of the collected battery data, removes the outliers, or replaces the outliers with a preset first value. To this end, the outlier pre-processing unit 210 may include an outlier detection unit 212 and an outlier deletion and replacement unit 214.

이상치 탐지부(212)는 각 피처에 대해 임의의 임계값보다 크거나 작은 값을 이상치로 판단한다. 구체적으로는, 이상치 탐지부(212)는 사분위 범위(interquartile range, IQR)를 이용한 방법 및 기계 학습(Machine Learning)을 이용한 방법을 이용하여 이상치를 탐지할 수 있다. 즉, 이상치 탐지부(212)는 각 피처를 오름차순으로 정렬하고, 각 피처를 4등분으로 나눈 후, 나누어진 값들 중 75% 지점과 25% 지점의 차이를 사분위 범위로 정의하며, 사분위 범위에 1.5를 곱한 값에 75% 지점 값을 더한 값을 최대값으로 결정하고, 사분위 범위에 1.5를 곱한 값에 25% 지점 값을 더한 값을 최소값으로 결정하며, 최대값과 최소값을 넘은 값을 이상치로 판단할 수 있다. 이상치 탐지부(212)는 DBSCAN 및 One-Class SVM 등 데이터의 특성에 따른 분포를 벗어나는 값을 찾아내는 기계 학습을 기반으로 이상치를 탐지할 수 있다.The outlier detection unit 212 determines a value greater than or less than a certain threshold for each feature as an outlier. Specifically, the outlier detection unit 212 can detect outliers using a method using an interquartile range (IQR) and a method using machine learning. That is, the outlier detection unit 212 sorts each feature in ascending order, divides each feature into four equal parts, and defines the difference between the 75% point and the 25% point among the divided values as the interquartile range. The value obtained by multiplying the interquartile range by 1.5 plus the 75% point value is determined as the maximum value, the value obtained by multiplying the interquartile range by 1.5 plus the 25% point value is determined as the minimum value, and the value exceeding the maximum and minimum values is determined as the maximum value. It can be judged as an outlier. The outlier detection unit 212 can detect outliers based on machine learning, such as DBSCAN and One-Class SVM, that finds values that deviate from the distribution according to the characteristics of the data.

이상치 삭제 및 대체부(214)는 이상치를 제거하고, 이상치가 중요하다고 판단되면 삭제가 아닌 특정값으로 대체할 수 있다. 구체적으로는, 이상치 삭제 및 대체부(214)는 이상치를 빈도가 가장 높은 값, 특정값 및 평균값 등으로 대체할 수 있다. 또한, 이상치 삭제 및 대체부(2124)는 선형 보간법(Linear Interpolation), 삼차 보간법(Cubic Interpolation), 쌍선형 보간법(Bilinear Interpolation) 및 쌍삼차 보간법(Bicubic Interpolation) 등을 이용하여 이상치를 특정값으로 대체할 수 있다. 또한, 이상치 삭제 및 대체부(214)는 비슷한 데이터 특성을 가지는 데이터 중 어느 하나를 랜덤하게 선택하는 핫덱 대체법(Hot-Deck Imputation)을 이용하여 이상치를 특정값으로 대체할 수 있다.The outlier deletion and replacement unit 214 removes the outlier and, if the outlier is determined to be important, replaces it with a specific value rather than deleting it. Specifically, the outlier deletion and replacement unit 214 may replace the outlier with the most frequent value, specific value, average value, etc. In addition, the outlier deletion and replacement unit 2124 replaces outliers with specific values using linear interpolation, cubic interpolation, bilinear interpolation, and bicubic interpolation. can do. Additionally, the outlier deletion and replacement unit 214 may replace the outlier with a specific value using a hot-deck imputation method that randomly selects one of data having similar data characteristics.

결측치 전처리부(220)는 수집된 배터리 데이터의 각 피처에서 결측치를 탐지하고, 결측치를 제거하거나 결측치를 기설정된 제2 값으로 대체한다. 이를 위해, 결측치 전처리부(220)는 결측치 탐지부(222) 및 결측치 삭제 및 대체부(224)를 포함할 수 있다The missing value preprocessor 220 detects missing values in each feature of the collected battery data, and removes the missing values or replaces the missing values with a preset second value. To this end, the missing value preprocessing unit 220 may include a missing value detection unit 222 and a missing value deletion and replacement unit 224.

결측치 탐지부(222)는 각 피처에 대해 실제 신호가 들어와야 되는 시간에 들어오지 않거나 원하는 형태의 값이 아닌 값을 결측치(특수문자 및 공백 등)로 판단한다.The missing value detection unit 222 determines values that do not arrive at the actual signal time for each feature or are not in the desired format as missing values (special characters, spaces, etc.).

결측치 삭제 및 대체부(224)는 결측치를 제거하고 결측치가 중요하다고 판단되면 삭제가 아닌 특정값으로 대체할 수 있다. 결측치 삭제 및 대체부(224)가 결측치를 특정값으로 대체하는 방법은 상술한 이상치 삭제 및 대체부(214)가 이상치를 특정값으로 대체하는 방법과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.The missing value deletion and replacement unit 224 removes the missing value and, if the missing value is determined to be important, replaces it with a specific value rather than deleting it. Since the method by which the missing value deletion and replacement unit 224 replaces missing values with a specific value is the same as the method by which the outlier value deletion and replacement unit 214 replaces an outlier with a specific value, a description thereof will be omitted.

한편, 인공지능 모델을 학습할 때 많은 피처를 반영하면 그만큼의 데이터양이 필요하다. 또한, 데이터가 적은 경우 과적합(Overfitting) 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해, 적절한 피처를 선택해서 인공지능 모델에 사용해야 인공지능 모델의 신뢰성을 높일 수 있다. 이를 위해, 상관계수 보고부(230)는 데이터 간의 상관관계를 산출한다. 구체적으로는, 상관계수 보고부(230)는 각 피처와, 잔존 용량(State of Charge), 용량 수명(State of Health), 출력 수명(State of Power) 및 균형 수명(State of Balance) 중 어느 하나 사이의 상관관계를 산출할 수 있다.On the other hand, when learning an artificial intelligence model, reflecting many features requires a corresponding amount of data. Additionally, if there is little data, overfitting problems may occur. To solve this problem, appropriate features can be selected and used in the artificial intelligence model to increase the reliability of the artificial intelligence model. To this end, the correlation coefficient reporting unit 230 calculates the correlation between data. Specifically, the correlation coefficient reporting unit 230 corresponds to each feature and one of the remaining capacity (State of Charge), capacity life (State of Health), output life (State of Power), and balance life (State of Balance). The correlation between them can be calculated.

또한, 상관계수 보고부(230)는 상관 계수가 0에 수렴할수록 상관성이 없는 피처이고, 상관 계수가 1이나 -1에 가까울수록 상관성이 높은 피처로 판단할 수 있다.Additionally, the correlation coefficient reporting unit 230 may determine that a feature has no correlation as the correlation coefficient converges to 0, and that a feature has high correlation as the correlation coefficient approaches 1 or -1.

한편, 통신 환경 및 기기 상태에 따라 데이터에 잡음이 섞일 수 있다. 따라서, 해당 데이터를 매끄럽게 하기 위해 잡음 저감부가 필요하다. 본 발명에 따른 잡음 저감부(240)는 잡음이 섞인 데이터를 복구한다. 구체적으로는, 잡음 저감부(240)는, 잡음이 섞인 데이터를 입력하면 잡음이 저감된 데이터를 출력하는 심층신경망 기반의 잡음 저감(Denoising Autoencoder)을 이용할 수 있다. 또한, 잡음 저감부(240)는, 주변 양쪽 데이터들을 평균 내어 잡음을 저감하는 필터 기반의 잡음 저감(Moving average filter)을 이용할 수 있다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 잡음 저감한 결과에 대한 예시에 대한 도면이다.Meanwhile, depending on the communication environment and device status, noise may be mixed into the data. Therefore, a noise reduction unit is needed to smooth the data. The noise reduction unit 240 according to the present invention recovers data mixed with noise. Specifically, the noise reduction unit 240 may use a deep neural network-based noise reduction (Denoising Autoencoder) that outputs noise-reduced data when noise-mixed data is input. Additionally, the noise reduction unit 240 may use a filter-based noise reduction (moving average filter) that reduces noise by averaging data from both sides of the surrounding area. Figure 5 is a diagram illustrating an example of noise reduction results according to an embodiment of the present invention.

이하에서는, 본 발명에 따른 배터리 상태 예측 시스템의 구체적인 구성에 대해서 설명하기로 한다.Below, the specific configuration of the battery state prediction system according to the present invention will be described.

도 3을 참조하면, 배터리 상태 예측 시스템의 기능을 실현 가능한 하드웨어에 대해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 배터리 상태 예측 시스템의 기능을 실현 가능한 하드웨어의 일례를 도시한 블록도이다.Referring to FIG. 3, hardware capable of realizing the function of the battery state prediction system will be described. Figure 3 is a block diagram showing an example of hardware capable of realizing the function of the battery state prediction system according to the embodiment of the present invention.

배터리 상태 예측 시스템이 갖는 기능은, 예컨대, 도 3에 도시하는 하드웨어 자원을 이용하여 실현하는 것이 가능하다. 즉, 배터리 상태 예측 시스템이 갖는 기능은, 컴퓨터 프로그램을 이용하여 도 3에 도시하는 하드웨어를 제어함으로써 실현된다.The functions of the battery state prediction system can be realized using, for example, the hardware resources shown in FIG. 3. In other words, the functions of the battery state prediction system are realized by controlling the hardware shown in FIG. 3 using a computer program.

도 3에 도시한 바와 같이, 이 하드웨어는, 주로, CPU(302), ROM(Read Only Memory)(304), RAM(306), 호스트 버스(308), 및 브리지(310)를 갖는다. 또한, 이 하드웨어는, 외부 버스(312), 인터페이스(314), 입력부(316), 출력부(318), 기억부(320), 드라이브(322), 접속 포트(324), 및 통신부(326)를 갖는다.As shown in FIG. 3 , this hardware mainly includes a CPU 302, a read only memory (ROM) 304, a RAM 306, a host bus 308, and a bridge 310. In addition, this hardware includes an external bus 312, an interface 314, an input unit 316, an output unit 318, a storage unit 320, a drive 322, a connection port 324, and a communication unit 326. has

CPU(302)는, 예컨대, 연산 처리 장치 또는 제어 장치로서 기능하여, ROM(304), RAM(306), 기억부(320), 또는 리무버블 기록 매체(328)에 기록된 각종 프로그램에 기초하여 각 구성 요소의 동작 전반 또는 그 일부를 제어한다. ROM(304)은, CPU(302)에 판독되는 프로그램이나 연산에 이용하는 데이터 등을 저장하는 기억 장치의 일례이다. RAM(306)에는, 예컨대, CPU(302)에 판독되는 프로그램이나, 그 프로그램을 실행할 때 변화하는 각종 파라미터 등이 일시적 또는 영속적으로 저장된다.The CPU 302 functions, for example, as an arithmetic processing unit or a control unit, based on various programs recorded in the ROM 304, RAM 306, storage unit 320, or removable recording medium 328. Controls all or part of the operation of each component. The ROM 304 is an example of a storage device that stores programs read by the CPU 302 and data used in calculations. In the RAM 306, for example, a program read by the CPU 302 and various parameters that change when executing the program are temporarily or permanently stored.

이들 요소는, 예컨대, 고속의 데이터 전송이 가능한 호스트 버스(308)를 통해서 서로 접속된다. 한편, 호스트 버스(308)는, 예컨대, 브리지(310)를 통해서 비교적 데이터 전송 속도가 저속인 외부 버스(312)에 접속된다. 또한, 입력부(316)로서는, 예컨대, 마우스, 키보드, 터치 패널, 터치 패드, 버튼, 스위치, 및 레버 등이 이용된다. 또한, 입력부(316)로서는, 적외선이나 그 밖의 전파를 이용하여 제어 신호를 송신하는 것이 가능한 리모트 컨트롤러가 이용될 수 있다.These elements are connected to each other, for example, through a host bus 308 capable of high-speed data transfer. Meanwhile, the host bus 308 is connected to the external bus 312, which has a relatively low data transfer speed, through a bridge 310, for example. Additionally, as the input unit 316, for example, a mouse, keyboard, touch panel, touch pad, button, switch, lever, etc. are used. Additionally, as the input unit 316, a remote controller capable of transmitting a control signal using infrared or other radio waves can be used.

출력부(318)로서는, 예컨대, CRT(Cathode Ray Tube), LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 또는 ELD(Electro-Luminescence Display) 등의 디스플레이 장치가 이용될 수 있다. 또한, 출력부(318)로서, 스피커나 헤드폰 등의 오디오 출력 장치, 또는 프린터 등이 이용될 수 있다.As the output unit 318, for example, a display device such as a Cathode Ray Tube (CRT), Liquid Crystal Display (LCD), Plasma Display Panel (PDP), or Electro-Luminescence Display (ELD) may be used. Additionally, as the output unit 318, an audio output device such as a speaker or headphone, or a printer may be used.

기억부(320)는, 각종 데이터를 저장하기 위한 장치이다. 기억부(320)로서는, 예컨대, HDD 등의 자기 기억 디바이스가 이용된다. 또한, 기억부(320)로서, SSD(Solid State Drive)나 RAM 디스크 등의 반도체 기억 디바이스, 광기억 디바이스, 또는 광자기 기억 디바이스 등이 이용되어도 된다.The storage unit 320 is a device for storing various data. As the storage unit 320, for example, a magnetic storage device such as an HDD is used. Additionally, as the storage unit 320, a semiconductor storage device such as a solid state drive (SSD) or RAM disk, an optical storage device, or a magneto-optical storage device may be used.

드라이브(322)는, 착탈 가능한 기록매체인 리무버블 기록 매체(328)에 기록된 정보를 판독하거나, 또는 리무버블 기록 매체(328)에 정보를 기록하는 장치이다. 리무버블 기록 매체(328)로서는, 예컨대, 자기 디스크, 광디스크, 광자기 디스크, 또는 반도체 메모리 등이 이용된다. 또한, 리무버블 기록 매체(328)에는, 배터리 상태 예측 시스템의 동작을 규정하는 프로그램이 저장될 수 있다.The drive 322 is a device that reads information recorded on the removable recording medium 328, which is a removable recording medium, or records information on the removable recording medium 328. As the removable recording medium 328, for example, a magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory is used. Additionally, a program defining the operation of the battery state prediction system may be stored in the removable recording medium 328.

접속 포트(324)는, 예컨대, USB(Universal Serial Bus) 포트, IEEE 1394 포트, SCSI(Small Computer System Interface), RS-232C 포트, 또는 광오디오 단자 등, 외부 접속 기기(330)를 접속하기 위한 포트이다. 외부 접속 기기(330)로서는, 예컨대, 프린터 등이 이용된다.The connection port 324 is for connecting an external connection device 330, such as a USB (Universal Serial Bus) port, IEEE 1394 port, SCSI (Small Computer System Interface), RS-232C port, or optical audio terminal. It's a port. As the external connection device 330, a printer or the like is used, for example.

통신부(326)는, 네트워크(332)에 접속하기 위한 통신 디바이스이다. 통신부(326)로서는, 예컨대, 유선 또는 무선 LAN용 통신 회로, WUSB(Wireless USB)용 통신 회로, 휴대 전화 네트워크용 통신 회로 등이 이용될 수 있다. 네트워크(332)는, 예컨대, 유선 또는 무선에 의해 접속된 네트워크이다.The communication unit 326 is a communication device for connecting to the network 332. As the communication unit 326, for example, a communication circuit for a wired or wireless LAN, a communication circuit for a WUSB (Wireless USB), a communication circuit for a mobile phone network, etc. may be used. The network 332 is, for example, a network connected by wire or wireless.

이상, 배터리 상태 예측 시스템의 하드웨어에 대해서 설명하였다. 또한, 상술한 하드웨어는 일례이며, 일부의 요소를 생략하는 변형이나, 새로운 요소를 추가하는 변형 등이 가능하다.Above, the hardware of the battery state prediction system has been described. In addition, the hardware described above is an example, and modifications such as omitting some elements or adding new elements are possible.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 진단을 위한 배터리 데이터 전처리 방법을 나타낸 흐름도이다.Figure 4 is a flowchart showing a battery data preprocessing method for battery condition diagnosis according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 배터리 상태 예측 시스템은 배터리 관리 시스템으로부터 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 데이터를 수집한다(S410).Referring to FIG. 4, the battery state prediction system collects battery data including at least one of voltage, current, and temperature from the battery management system (S410).

배터리 상태 예측 시스템은 기학습된 인공지능 모델에 입력할 변수(즉, 피처)를 선택한다(S420). 즉, 배터리 상태 진단을 할 때 입력되는 값(전압, 전류 및 온도 등 배터리로부터 센싱되는 데이터)이 항상 정해져 있는 것은 아니며, 학습된 인공지능 모델에 입력하고자 하는 파라미터 값을 선택해야 한다. 예를 들면, 전압=V, 전류=I, 온도=T인 경우, 배터리 상태 예측 시스템은 ① V, I, T ② V, I ③ V, T ④ I, T ⑤ V ⑥ I ⑦ T 중에 어느 하나를 선택할 수 있다. 또한, 배터리 상태 예측 시스템은 최대, 최소 및 평균 등을 포함한 배터리로부터 측정되는 모든 데이터의 조합을 선택할 수 있다.The battery status prediction system selects variables (i.e. features) to be input into the pre-trained artificial intelligence model (S420). In other words, when diagnosing battery status, the input values (data sensed from the battery, such as voltage, current, and temperature) are not always fixed, and the parameter values to be input to the learned artificial intelligence model must be selected. For example, when voltage = V, current = I, and temperature = T, the battery status prediction system is one of ① V, I, T ② V, I ③ V, T ④ I, T ⑤ V ⑥ I ⑦ T You can select . Additionally, the battery health prediction system can select any combination of data measured from the battery, including maximum, minimum, and average.

배터리 상태 예측 시스템은 선택된 변수에 대한 전처리 방법으로서, 이상치를 제거하거나 이상치를 기설정된 제1 값으로 대체하는 이상치 전처리, 결측치를 제거하거나 결측치를 기설정된 제2 값으로 대체하는 결측치 전처리, 데이터 간의 상관관계를 산출하는 상관계수 보고 처리 및 잡음이 섞인 데이터를 복구하는 잡음 저감 처리 중에 적어도 하나를 선택한다(S430).The battery status prediction system is a preprocessing method for selected variables, including outlier preprocessing to remove outliers or replace outliers with preset first values, missing value preprocessing to remove missing values or replace missing values with preset second values, and correlation between data. At least one of the correlation coefficient reporting process that calculates the relationship and the noise reduction process that recovers data mixed with noise is selected (S430).

배터리 상태 예측 시스템은 선택된 변수에 대해서 선택된 전처리를 수행한다(S440).The battery state prediction system performs selected preprocessing on the selected variables (S440).

배터리 상태 예측 시스템은 전처리된 변수를 학습된 인공지능 모델에 입력하여 학습된 인공지능 모델에 적합한지 여부를 판단한다(S450). 예를 들면, 배터리 상태 예측 시스템은 전처리된 변수를 학습된 인공지능 모델에 입력하였을 때, 에러가 발생하는 경우, 학습된 인공지능 모델에 적합하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 또한, 배터리 상태 예측 시스템은 결과값이 예측되는 시간이 미리 설정된 시간을 초과하는 경우, 학습된 인공지능 모델에 적합하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 또한, 배터리 상태 예측 시스템은 결과값이 미리 설정된 용량을 초과하는 경우, 학습된 인공지능 모델에 적합하지 않은 것으로 판단할 수 있다.The battery status prediction system inputs the preprocessed variables into the learned artificial intelligence model and determines whether they are suitable for the learned artificial intelligence model (S450). For example, if an error occurs when the battery status prediction system inputs the preprocessed variable into the learned artificial intelligence model, it may be determined that it is not suitable for the learned artificial intelligence model. Additionally, the battery state prediction system may determine that the learned artificial intelligence model is not suitable if the time for which the result is predicted exceeds a preset time. Additionally, the battery status prediction system may determine that the result is not suitable for the learned artificial intelligence model if the result exceeds the preset capacity.

배터리 상태 예측 시스템은 전처리된 변수가 학습된 인공지능 모델에 적합하다고 판단한 경우, 전처리된 변수를 정규화 및 표준화함으로써 정제된 데이터로 출력한다(S460). 그리고 배터리 상태 예측 시스템은 전처리된 변수가 학습된 인공지능 모델에 적합하지 않다고 판단한 경우, 단계 S420으로 돌아가서 기학습된 인공지능 모델에 입력할 변수를 다시 선택한다.If the battery status prediction system determines that the preprocessed variables are suitable for the learned artificial intelligence model, it normalizes and standardizes the preprocessed variables and outputs them as refined data (S460). If the battery state prediction system determines that the preprocessed variables are not suitable for the learned artificial intelligence model, it returns to step S420 and reselects variables to be input into the pre-trained artificial intelligence model.

본 발명은 전기자동차, 전동 스쿠터, 전기 선박, 지게차, 골프 카트, UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 등 이동 기기뿐만 아니라 UPS(Uninterruptible Power Supply), 에너지 저장 시스템 등 리튬이온 배터리가 적용되는 모든 산업에 활용될 수 있다. The present invention can be used in all industries where lithium-ion batteries are applied, such as mobile devices such as electric vehicles, electric scooters, electric ships, forklifts, golf carts, and UAVs (Unmanned Aerial Vehicles), as well as UPS (Uninterruptible Power Supply) and energy storage systems. You can.

전술한 방법은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(Firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.The above-described method may be implemented through various means. For example, embodiments of the present invention may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러 및 마이크로프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.In the case of hardware implementation, the method according to embodiments of the present invention uses one or more Application Specific Integrated Circuits (ASICs), Digital Signal Processors (DSPs), Digital Signal Processing Devices (DSPDs), and Programmable Logic Devices (PLDs). , can be implemented by FPGAs (Field Programmable Gate Arrays), processors, controllers, microcontrollers, and microprocessors.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.In the case of implementation by firmware or software, the method according to embodiments of the present invention may be implemented in the form of a module, procedure, or function that performs the functions or operations described above. Software code can be stored in a memory unit and run by a processor. The memory unit is located inside or outside the processor and can exchange data with the processor through various known means.

이상에서 본 명세서에 개시된 실시예들을 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 이와 같이 각 도면에 도시된 실시예들은 한정적으로 해석되면 아니되며, 본 명세서의 내용을 숙지한 당업자에 의해 서로 조합될 수 있고, 조합될 경우 일부 구성 요소들은 생략될 수도 있는 것으로 해석될 수 있다.In the above, embodiments disclosed in the present specification have been described with reference to the attached drawings. As such, the embodiments shown in each drawing should not be construed as limited, but may be combined with each other by those skilled in the art who are familiar with the contents of the present specification, and when combined, some components may be omitted.

여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Here, terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, but should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical ideas disclosed in this specification.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 명세서에 개시된 실시예에 불과할 뿐이고, 본 명세서에 개시된 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only embodiments disclosed in this specification, and do not represent all of the technical ideas disclosed in this specification, and therefore, various equivalents may be substituted for them at the time of filing this application. It should be understood that variations and variations may exist.

110: 데이터 수집부 112: 샘플링 주기 변환부
120: 데이터 전처리부 122: 데이터 분석부
124: 데이터 크기 변환부 130: 배터리 상태 예측부
210: 이상치 전처리부 212: 이상치 탐지부
214: 이상치 삭제 및 대체부 220: 결측치 전처리부
222: 결측치 탐지부 224: 결측치 삭제 및 대체부
230: 상관계수 보고부 240: 잡음 저감부
110: data collection unit 112: sampling cycle conversion unit
120: data preprocessing unit 122: data analysis unit
124: Data size conversion unit 130: Battery state prediction unit
210: Outlier pre-processing unit 212: Outlier detection unit
214: Outlier deletion and replacement unit 220: Missing value preprocessing unit
222: Missing value detection unit 224: Missing value deletion and replacement unit
230: Correlation coefficient reporting unit 240: Noise reduction unit

Claims (8)

전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 데이터에 대하여, 이상치를 제거하거나 상기 이상치를 기설정된 제1 값으로 대체하는 이상치 전처리, 결측치를 제거하거나 상기 결측치를 기설정된 제2 값으로 대체하는 결측치 전처리, 데이터 간의 상관관계를 산출하는 상관계수 보고 처리 및 잡음이 섞인 데이터를 복구하는 잡음 저감 처리 중 적어도 하나의 전처리를 수행하는 데이터 분석부; 및
상기 데이터 분석부에 의해 전처리된 배터리 데이터를 정규화 및 표준화하여, 배터리의 상태를 예측하는 기학습된 인공지능 모델에 입력하는 데이터 크기 변환부;
를 포함하는 배터리 상태 진단을 위한 배터리 데이터 전처리 시스템.
For battery data including at least one of voltage, current, and temperature, outlier preprocessing to remove outliers or replace the outliers with a preset first value, and missing values to remove missing values or replace the missing values with a preset second value. a data analysis unit that performs at least one of preprocessing, correlation coefficient reporting processing to calculate correlation between data, and noise reduction processing to recover data mixed with noise; and
a data size conversion unit that normalizes and normalizes the battery data preprocessed by the data analysis unit and inputs it into a pre-trained artificial intelligence model that predicts the state of the battery;
A battery data preprocessing system for battery condition diagnosis including.
제1항에 있어서,
상기 데이터 분석부는 상기 배터리 데이터의 각 피처(feature)를 오름차순으로 정렬하고, 각 피처를 4등분으로 나눈 후, 나누어진 값들 중 75% 지점과 25% 지점의 차이를 사분위 범위(Interquartile range)로 정의하며, 상기 사분위 범위에 1.5를 곱한 값에 75% 지점 값을 더한 값을 최대값으로 결정하고, 상기 사분위 범위에 1.5를 곱한 값에 25% 지점 값을 더한 값을 최소값으로 결정하며, 상기 최대값과 상기 최소값을 넘은 값을 상기 이상치로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단을 위한 배터리 데이터 전처리 시스템.
According to paragraph 1,
The data analysis unit sorts each feature of the battery data in ascending order, divides each feature into 4 equal parts, and divides the difference between the 75% point and 25% point among the divided values into an interquartile range. Define, the value obtained by multiplying the interquartile range by 1.5 plus the 75% point value is determined as the maximum value, and the value obtained by multiplying the interquartile range by 1.5 plus the 25% point value is determined as the minimum value, A battery data preprocessing system for battery status diagnosis, characterized in that a value exceeding the maximum value and the minimum value is determined as the outlier.
제1항에 있어서,
상기 데이터 분석부는 데이터의 특성에 따른 분포를 벗어나는 값을 찾아내는 기계 학습(Machine Learning)을 기반으로 상기 이상치를 탐지하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단을 위한 배터리 데이터 전처리 시스템.
According to paragraph 1,
A battery data preprocessing system for battery status diagnosis, wherein the data analysis unit detects the outlier based on machine learning, which finds values that deviate from the distribution according to the characteristics of the data.
제1항에 있어서,
상기 데이터 분석부는 상기 배터리 데이터에 포함된 피처(feature)들 중 실제 신호가 들어와야 되는 시간에 들어오지 않거나 원하는 형태의 값이 아닌 값을 상기 결측치로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단을 위한 배터리 데이터 전처리 시스템.
According to paragraph 1,
The data analysis unit preprocesses battery data for battery status diagnosis, characterized in that among the features included in the battery data, values that do not come in at the time when the actual signal should come in or that are not in the desired form are determined as the missing values. system.
제1항에 있어서,
상기 데이터 분석부는 상기 배터리 데이터의 각 피처(feature)와, 잔존 용량(State of Charge), 용량 수명(State of Health), 출력 수명(State of Power) 및 균형 수명(State of Balance) 중 어느 하나 사이의 상관관계를 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단을 위한 배터리 데이터 전처리 시스템.
According to paragraph 1,
The data analysis unit analyzes each feature of the battery data and any one of remaining capacity (State of Charge), capacity life (State of Health), output life (State of Power), and balance life (State of Balance). A battery data preprocessing system for battery status diagnosis, characterized in that it calculates the correlation.
제5항에 있어서,
상기 데이터 분석부는 상관 계수가 0에 수렴할수록 상관성이 없는 피처이고, 상관 계수가 1이나 -1에 가까울수록 상관성이 있는 피처로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단을 위한 배터리 데이터 전처리 시스템.
According to clause 5,
The data analysis unit determines that as the correlation coefficient approaches 0, the feature is uncorrelated, and as the correlation coefficient approaches 1 or -1, the data analysis unit determines that the feature is correlated.
배터리 데이터 전처리 시스템이, 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 데이터에 대하여, 이상치를 제거하거나 상기 이상치를 기설정된 제1 값으로 대체하는 이상치 전처리, 결측치를 제거하거나 상기 결측치를 기설정된 제2 값으로 대체하는 결측치 전처리, 데이터 간의 상관관계를 산출하는 상관계수 보고 처리 및 잡음이 섞인 데이터를 복구하는 잡음 저감 처리 중 적어도 하나의 전처리를 수행하는 단계; 및
상기 배터리 데이터 전처리 시스템이, 전처리된 배터리 데이터를 정규화 및 표준화하여, 배터리의 상태를 예측하는 기학습된 인공지능 모델에 입력하는 단계;
를 포함하는 배터리 상태 진단을 위한 배터리 데이터 전처리 방법.
A battery data preprocessing system includes, for battery data including at least one of voltage, current, and temperature, outlier preprocessing to remove outliers or replace the outliers with a preset first value, remove missing values, or replace the missing values with a preset first value. 2. Performing at least one preprocessing of missing value preprocessing to replace with a value, correlation coefficient reporting processing to calculate correlation between data, and noise reduction processing to recover data mixed with noise; and
The battery data pre-processing system normalizes and normalizes the pre-processed battery data and inputs it into a pre-trained artificial intelligence model that predicts the state of the battery;
Battery data preprocessing method for battery condition diagnosis including.
배터리 관리 시스템으로부터 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 데이터를 수집하고, 수집된 배터리 데이터의 샘플링 주기를 변환하는 데이터 수집부;
상기 데이터 수집부에 의해 샘플링 주기가 변환된 배터리 데이터에 대하여, 이상치를 제거하거나 상기 이상치를 기설정된 제1 값으로 대체하는 이상치 전처리, 결측치를 제거하거나 상기 결측치를 기설정된 제2 값으로 대체하는 결측치 전처리, 데이터 간의 상관관계를 산출하는 상관계수 보고 처리 및 잡음이 섞인 데이터를 복구하는 잡음 저감 처리 중 적어도 하나의 전처리를 수행하고, 전처리된 배터리 데이터를 정규화 및 표준화하는 데이터 전처리부; 및
상기 데이터 전처리부에 의해 정규화 및 표준화된 배터리 데이터를 기학습된 인공지능 모델에 입력하여 배터리의 상태를 예측하는 배터리 상태 예측부;
를 포함하는 배터리 상태 예측 시스템.
a data collection unit that collects battery data including at least one of voltage, current, and temperature from the battery management system, and converts the sampling period of the collected battery data;
For battery data whose sampling cycle has been converted by the data collection unit, outlier preprocessing to remove outliers or replace the outliers with a preset first value, missing values to remove missing values or replace the missing values with a preset second value A data preprocessor that performs at least one of preprocessing, correlation coefficient reporting processing to calculate correlation between data, and noise reduction processing to recover data mixed with noise, and normalizes and normalizes the preprocessed battery data; and
a battery state prediction unit that predicts the state of the battery by inputting battery data normalized and standardized by the data preprocessor into a pre-trained artificial intelligence model;
A battery state prediction system including.
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