KR20230168917A - Battery Parameter Estimation Method and Battery Parameter Acquisition Device - Google Patents
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Abstract
본 발명의 배터리 파라미터 추정 방법은, 배터리 운용 중 방전 구간에서의 인가 전류 및 단자 전압의 측정값들을 수집하는 단계; AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역을 설정하는 단계; 및 상기 전압 영역에서 수집된 전류 및 전압의 측정값들을 등가회로 모델에 적용하여 배터리의 AC 임피던스를 도출하는 단계를 포함할 수 있다.The battery parameter estimation method of the present invention includes collecting measured values of applied current and terminal voltage in a discharge section during battery operation; Setting a voltage region for AC impedance calculation; And it may include deriving the AC impedance of the battery by applying the measured values of current and voltage collected in the voltage region to an equivalent circuit model.
Description
본 발명은 AC 임피던스 특성을 고려한 DC 운용 데이터 기반 배터리 파라미터 추정 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 배터리의 AC 임피던스 파라미터들을 도출하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of estimating battery parameters based on DC operation data considering AC impedance characteristics, and more specifically, to a method of deriving AC impedance parameters of a battery.
배터리의 노화는 다양한 외부환경 요인과 배터리 내부 전기화학적 매커니즘에 따라 매우 상이하다. 최근 급격하게 발생하는 ESS 및 배터리를 주 전력원으로 사용하는 어플리케이션에 대한 화재 사고 또한 명확한 원인이 밝혀지지 않고 있다.The aging of a battery is very different depending on various external environmental factors and the internal electrochemical mechanism of the battery. The cause of fire accidents in applications that use ESS and batteries as the main power source, which is rapidly occurring recently, is also unknown.
배터리 자체의 문제 혹은 PCS, BMS의 오작동 등 다양한 원인들이 제시되고 있지만 이러한 원인들을 분석하기 위해서는 다양한 운용 데이터에 기반하며 배터리의 내부 화학적 상태를 나타낼 수 있는 지표의 선정이 필수적인 상황이다.Various causes have been suggested, such as problems with the battery itself or malfunctions of the PCS and BMS, but in order to analyze these causes, it is essential to select an indicator that can indicate the internal chemical state of the battery based on various operation data.
특히, 최근 기술은 배터리 어플리케이션을 안정적으로 운용하기 위해 배터리의 운용 영역을 축소시키고 화재 발생 시 연쇄반응을 차단하는 등 사고 발생 후 사후 조치를 위주로 개발되고 있다. 이는 어플리케이션에서 지원하는 BMS, PCS의 한정된 센싱 정보로부터 배터리의 전기화학적 상태를 유추할 수 있는 기술의 부재를 의미하며, 한정된 운용 데이터에서 비파괴적으로 배터리 내부상태를 도출할 수 있는 기술의 필요성을 나타낸다.In particular, recent technologies are being developed mainly for follow-up measures after an accident, such as reducing the operating area of the battery and blocking the chain reaction in the event of a fire in order to operate battery applications stably. This means the absence of technology that can infer the electrochemical state of the battery from the limited sensing information of the BMS and PCS supported by the application, and indicates the need for technology that can non-destructively derive the internal state of the battery from limited operational data. .
비파괴적으로 배터리 내부상태를 측정하는 기법으로는 Electrochemical Impedance Spectroscopy(EIS)를 대표적으로 제시할 수 있다. EIS 기법은 리튬이온 배터리가 충전 및 방전이 반복됨에 따라 나타나는 산화-환원 반응 등 다양한 물리 현상의 정량적 분석이 가능하다. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) is a representative technique for non-destructively measuring the internal state of a battery. The EIS technique allows quantitative analysis of various physical phenomena, such as oxidation-reduction reactions that occur as lithium-ion batteries are repeatedly charged and discharged.
배터리의 AC 임피던스의 변화로서 배터리의 상태를 분석하고 테스트하는 방법으로서 EIS 기법을 위해, 배터리의 운용 중에 AC 임피던스가 측정될 필요가 있다.For the EIS technique, which is a method of analyzing and testing the condition of a battery as a result of changes in the AC impedance of the battery, the AC impedance needs to be measured during operation of the battery.
하지만 EIS는 AC Impedance이며, 직류 기반으로 운영되는 현재 어플리케이션의 특성상 종래의 기술로는 접목이 불가능하다. 따라서 고주파부터 저주파까지 인가되는 AC Impedance의 도출 특성을 고려하여 DC 신호에서 이와 같은 특성을 도출하여 사후 조치가 아닌 배터리의 이상 상태를 사전에 진단하고 화재 및 폭발 사고를 이전에 방지할 수 있어야 한다.However, EIS is AC Impedance, and due to the nature of current applications that operate based on direct current, it is impossible to apply it with conventional technology. Therefore, considering the derivation characteristics of the AC impedance applied from high frequency to low frequency, it is necessary to derive these characteristics from the DC signal to diagnose abnormal conditions in the battery in advance rather than as an after-action measure, and to prevent fire and explosion accidents in advance.
이러한 종래 방법들이 가지고 있는 문제점을 개선하기 위해 한정된 정보로부터 배터리의 내부 화학적 상태를 유추할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다. DC 기반 센싱 정보에서 배터리의 동적 특성을 고려하여 이를 AC Impedance와 접목할 수 있는 기술이 필요하며, 더불어 도출 및 모니터링되는 AC Impedance를 기반으로 운용 중인 상태의 배터리 상태를 진단하고 전체 안전 관리 시스템으로 연결될 수 있다.In order to improve the problems of these conventional methods, there is a need to develop technology that can infer the internal chemical state of the battery from limited information. Technology is needed to consider the dynamic characteristics of the battery from DC-based sensing information and combine it with AC Impedance. In addition, based on the derived and monitored AC Impedance, the state of the battery in operation can be diagnosed and connected to the overall safety management system. You can.
본 발명은 AC 임피던스 특성을 고려한 파라미터 도출을 통해 전기화학적 특성 변화를 통해, 배터리의 내부 상태를 비파괴적으로 정확하게 추정할 수 있는 배터리 파라미터 추정 방법 및 배터리 파라미터 획득 장치를 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide a battery parameter estimation method and a battery parameter acquisition device that can non-destructively and accurately estimate the internal state of a battery through changes in electrochemical properties through parameter derivation considering AC impedance characteristics.
보다 구체적으로 본 발명은 DC 기반 센싱 정보에서 배터리의 동적 특성을 고려하여 이를 AC Impedance와 접목하며, 도출/ 모니터링되는 AC Impedance를 기반으로 운용 중인 상태의 배터리 상태를 진단하는 방법을 전체 안전관리 시스템 등을 위해 제안한다.More specifically, the present invention considers the dynamic characteristics of the battery in DC-based sensing information and combines this with AC Impedance, and provides a method for diagnosing the state of the battery in operation based on the derived/monitored AC Impedance for use in the overall safety management system, etc. proposed for.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 파라미터 추정 방법은, 배터리 운용 중 방전 구간에서의 인가 전류 및 단자 전압의 측정값들을 수집하는 단계; AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역을 설정하는 단계; 및 상기 전압 영역에서 수집된 전류 및 전압의 측정값들을 등가회로 모델에 적용하여 배터리의 AC 임피던스를 도출하는 단계를 포함할 수 있다.A battery parameter estimation method according to an aspect of the present invention includes collecting measured values of applied current and terminal voltage in a discharge section during battery operation; Setting a voltage region for AC impedance calculation; And it may include deriving the AC impedance of the battery by applying the measured values of current and voltage collected in the voltage region to an equivalent circuit model.
여기서, 상기 AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역을 설정하는 단계는, 용량과 전압의 관계를 도출하는 단계; 전압과 증분 용량의 관계를 도출하는 단계; 및 상기 전압과 증분 용량의 관계에서 고전압쪽에서 첫번째 피크 지점의 전압인 피크 전압을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.Here, setting the voltage area for calculating the AC impedance includes deriving the relationship between capacity and voltage; Deriving a relationship between voltage and incremental capacity; And it may include deriving a peak voltage, which is the voltage of the first peak point on the high voltage side, in the relationship between the voltage and the incremental capacity.
여기서, 상기 배터리의 AC 임피던스를 도출하는 단계는, 방전 시작 전압 및 방전에 따른 초기 강하 지점 전압을 도출하는 단계; 및 상기 초기 강하 지점 전압과 상기 피크 전압으로부터 도출된 피크 전압 구간에서의 시정수 지점 전압을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.Here, deriving the AC impedance of the battery includes deriving a discharge start voltage and an initial drop point voltage due to discharge; and deriving a time constant point voltage in a peak voltage section derived from the initial drop point voltage and the peak voltage.
여기서, 상기 배터리의 AC 임피던스를 도출하는 단계는, 방전 시작 전압 및 초기 강하 지점 전압과 상기 인가 전류로부터, 전해질 저항을 도출하는 단계; 및 상기 초기 강하 지점 전압 및 상기 전압 영역에서의 기준 시정수 지점 전압과 상기 인가 전류로부터, 전하 전달 저항을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.Here, deriving the AC impedance of the battery includes deriving electrolyte resistance from the discharge start voltage, the initial drop point voltage, and the applied current; and deriving a charge transfer resistance from the initial drop point voltage, the reference time constant point voltage in the voltage region, and the applied current.
여기서, 상기 배터리의 AC 임피던스를 도출하는 단계는, 커패시턴스 모델을 활용하여 이상적인 전압 강하와 확산 현상이 발생했을 때의 전압 강하의 편차를 이용하여 와버그 임피던스를 도출하는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, the step of deriving the AC impedance of the battery may further include deriving the Warburg impedance using a capacitance model and the deviation of the ideal voltage drop and the voltage drop when the diffusion phenomenon occurs.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 파라미터 획득 장치는, 배터리 운용 중 방전 구간에서의 측정된 인가 전류 값들 및 단자 전압 값들을 수집하는 모니터링 수집부; 수집된 상기 측정된 인가 전류 값들 및 단자 전압 값들 및 배터리 방전 곡선으로부터 AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역을 설정하는 전압 영역 설정부; 및 상기 상기 전압 영역에서 모니터링 값들을 등가회로 모델에 적용하여 배터리의 AC 임피던스를 도출하는 AC 임피던스 도출부를 포함할 수 있다.A battery parameter acquisition device according to another aspect of the present invention includes a monitoring collection unit that collects measured applied current values and terminal voltage values in a discharge section during battery operation; a voltage range setting unit that sets a voltage range for calculating AC impedance from the collected measured applied current values, terminal voltage values, and battery discharge curve; and an AC impedance derivation unit that derives the AC impedance of the battery by applying the monitoring values in the voltage region to an equivalent circuit model.
여기서, 상기 전압 영역 설정부는, 용량과 전압의 관계를 도출하고, 전압과 증분 용량의 관계를 도출하여, 상기 전압과 증분 용량의 관계에서 고전압쪽에서 첫번째 피크 지점의 전압이며 상기 전압 영역을 규정하는 피크 전압을 도출할 수 있다.Here, the voltage area setting unit derives the relationship between capacity and voltage, and derives the relationship between voltage and incremental capacity, so that the voltage at the first peak point on the high voltage side in the relationship between voltage and incremental capacity is the peak defining the voltage area. Voltage can be derived.
여기서, 상기 측정된 인가 전류 값들 및 단자 전압 값들 및 배터리 방전 곡선 정보를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.Here, it may further include a storage unit that stores the measured applied current values, terminal voltage values, and battery discharge curve information.
여기서, 상기 AC 임피던스 도출부는, 상기 수집된 상기 측정된 인가 전류 값들 및 단자 전압 값들에서 방전 시작 전압 및 방전에 따른 초기 강하 지점 전압을 도출하고, 상기 초기 강하 지점 전압과 상기 피크 전압을 상기 배터리 방전 곡선에 반영하여, 도출된 피크 전압 구간에서의 시정수 지점 전압을 도출할 수 있다.Here, the AC impedance deriving unit derives a discharge start voltage and an initial drop point voltage according to discharge from the collected measured applied current values and terminal voltage values, and uses the initial drop point voltage and the peak voltage to discharge the battery. By reflecting the curve, the time constant point voltage in the derived peak voltage section can be derived.
여기서, 상기 AC 임피던스 도출부는, 방전 시작 전압 및 초기 강하 지점 전압과 상기 인가 전류로부터, 전해질 저항을 도출하는 전해질 저항 도출부; 및 상기 초기 강하 지점 전압 및 상기 전압 영역에서의 기준 시정수 지점 전압과 상기 인가 전류로부터, 전하 전달 저항을 도출하는 전하 전달 저항 도출부를 포함할 수 있다.Here, the AC impedance deriving part includes an electrolyte resistance deriving part that derives electrolyte resistance from the discharge start voltage, the initial drop point voltage, and the applied current; and a charge transfer resistance deriving unit that derives charge transfer resistance from the initial drop point voltage, the reference time constant point voltage in the voltage region, and the applied current.
여기서, 상기 AC 임피던스 도출부는, 커패시턴스 모델을 활용하여 이상적인 전압 강하와 확산 현상이 발생했을 때의 전압 강하의 편차를 이용하여 와버그 임피던스를 도출하는 와버그 임피던스 도출부를 더 포함할 수 있다.Here, the AC impedance derivation unit may further include a Warburg impedance derivation unit that derives the Warburg impedance using a capacitance model and the deviation of the ideal voltage drop and the voltage drop when a diffusion phenomenon occurs.
상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 배터리 파라미터 추정 방법 및/또는 배터리 파라미터 획득 장치를 실시하면, AC 임피던스 특성을 고려한 파라미터 도출을 통해 전기화학적 특성 변화를 통해, 배터리의 내부 상태를 비파괴적으로 정확하게 추정할 수 있는 이점이 있다.When the battery parameter estimation method and/or battery parameter acquisition device according to the spirit of the present invention of the above-described configuration is implemented, the internal state of the battery can be accurately and non-destructively determined through changes in electrochemical properties through parameter derivation considering AC impedance characteristics. There is an advantage to being able to estimate.
본 발명의 배터리 파라미터 추정 방법 및/또는 배터리 파라미터 획득 장치는, 기존 사후 조치에 한정되있는 종래 기술에서 한 단계 나아가서, 운용 중인 현재 배터리 상태를 실시간으로 진단할 수 있는 안전시스템 구축에 대한 접근이 가능한 이점이 있다.The battery parameter estimation method and/or battery parameter acquisition device of the present invention goes one step further from the prior art, which is limited to existing follow-up measures, and provides access to building a safety system that can diagnose the current battery status in operation in real time. There is an advantage.
현재 배터리의 노화에 따른 운용 이력 데이터 분석을 위해서는 어플리케이션에서 인력을 동원하여 데이터를 추출하여 이를 처리하는 과정을 수행해야 하지만, 본 발명의 배터리 파라미터 추정 방법은, AC Impedance는 그 자체로 배터리의 전기화학적 상태를 대변할 수 있으며 데이터의 저장 용량 또한 경량화 가능한 이점이 있다.Currently, in order to analyze the operation history data according to the aging of the battery, it is necessary to extract data and process it by mobilizing human resources in the application. However, in the battery parameter estimation method of the present invention, AC Impedance is itself the electrochemical effect of the battery. It can represent the state and also has the advantage of being able to reduce data storage capacity.
본 발명의 배터리 파라미터 추정 방법 및/또는 배터리 파라미터 획득 장치는, 배터리의 정상적인 노화뿐만 아니라 다양한 케이스(고온환경, 진동환경 등)에 따른 변화 패턴을 도입함으로써, 어플리케이션의 배터리 관리시스템 내부 문제(쿨링 시스템 문제, 서스펜션 문제)들에 대한 유추가 가능하며, 안전 관리 시스템으로도 확장 적용이 가능한 이점이 있다.The battery parameter estimation method and/or battery parameter acquisition device of the present invention addresses problems within the battery management system of the application (cooling system) by introducing change patterns according to various cases (high temperature environment, vibration environment, etc.) as well as normal aging of the battery. problems, suspension problems) can be inferred, and it has the advantage of being expandable and applicable to a safety management system.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 배터리 파라미터 추정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도.
도 2a 및 2b는 등가회로 모델에 반영되는 배터리 방전 중 발생하는 전기화학적 동특성을 나타낸 그래프들.
도 3은 배터리에 인가되는 전류와 출력되는 전압을 활용하여 증분 곡선을 도출하는 방안을 나타내는 개념도.
도 4는 피크 전압으로 'AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역'을 규정하는 모습을 예시한 그래프들.
도 5a는 배터리의 상태에 따른 배터리 방전 곡선들
도 5b는 도 5a의 각 방전 곡선에 대응하는 과도 응답 등가 회로 모델 그래프들.
도 6은 도 5a의 방전 곡선들 및 도 5b의 간략화한 곡선들 중 Vtc(=V2) 및 τ값이 일치하는 것들을 1대1로 비교한 그래프.
도 7은 본 발명의 사상에 따른 배터리 파라미터 획득 장치의 일 실시예를 도시한 블록도.
도 8a 내지 8c는 본 발명의 사상에 따른 파라미터 추정 방법을 통해 추출한 임피던스 추정값을 검증한 결과를 나타낸 그래프들.1 is a flowchart showing an embodiment of a battery parameter estimation method according to the spirit of the present invention.
Figures 2a and 2b are graphs showing electrochemical dynamics occurring during battery discharge as reflected in the equivalent circuit model.
Figure 3 is a conceptual diagram showing a method of deriving an incremental curve using the current applied to the battery and the voltage output.
Figure 4 is a graph illustrating defining the 'voltage area for AC impedance calculation' by peak voltage.
5A shows battery discharge curves according to the state of the battery.
FIG. 5B shows transient response equivalent circuit model graphs corresponding to each discharge curve in FIG. 5A.
FIG. 6 is a graph comparing the discharge curves of FIG. 5A and the simplified curves of FIG. 5B with identical V tc (=V2) and τ values on a one-to-one basis.
Figure 7 is a block diagram showing an embodiment of a battery parameter acquisition device according to the spirit of the present invention.
Figures 8a to 8c are graphs showing the results of verifying impedance estimates extracted through a parameter estimation method according to the spirit of the present invention.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. In describing the present invention, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. Terms are intended only to distinguish one component from another. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may be referred to as a first component without departing from the scope of the present invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.When a component is mentioned as being connected or connected to another component, it can be understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but other components may exist in between. .
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. The terms used herein are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다. In this specification, terms such as include or have are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, including one or more other features or numbers, It can be understood that the existence or addition possibility of steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not excluded in advance.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Additionally, the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer explanation.
리튬이온 배터리의 충·방전 시 나타나는 단자전압은 순간적인 전압 강하, 전극과 전극 사이의 전하 전달, 전해질과 전극 사이 및 전극 내부의 확산 현상과 같은 복합적인 화학적 프로세스를 통해 비선형적인 동특성이 발생한다. 배터리는 방전 시 초기에 발생하는 전압 강하, 전하 전달에 의한 커패시턴스 성분이 발생하는 영역 이후에 이상적일 경우 옴의 법칙으로 인한 전압 강하가 유지되어야 하지만, 배터리의 전극 내부에서의 확산 현상으로 인한 저항 성분으로 인해 옴의 법칙 기반 전압 강하보다 더욱 크게 전압이 감소하는것을 확인할 수 있다.The terminal voltage that appears during charging and discharging of a lithium-ion battery generates non-linear dynamic characteristics through complex chemical processes such as instantaneous voltage drop, charge transfer between electrodes, and diffusion between electrolytes and electrodes and within electrodes. In a battery, ideally, the voltage drop due to Ohm's law should be maintained after the area where the voltage drop that occurs initially during discharge and the capacitance component due to charge transfer occurs, but the resistance component due to diffusion inside the battery's electrodes As a result, it can be seen that the voltage decreases more significantly than the voltage drop based on Ohm's law.
본 발명은 AC 임피던스 특성을 고려한 DC 운용 데이터 기반 파라미터 추정 기술에 대해 나타낸다. 방전 구간에서 전기화학적 동특성을 확인 가능한 전압 영역을 선정하고, 등가회로 모델 기반 파라미터로 도출하며, 각 파라미터를 통해 배터리의 내부 화학적 특성 변화를 판단할 수 있다. 종래의 기술인 DC 저항 파라미터 기반 배터리 내부 상태 추정은 전기적 신호를 통해 배터리 모니터링하지만, 본 발명은 AC 임피던스 특성을 고려한 파라미터들의 도출을 통해 전기화학적 특성 변화를 통해 보다 더 배터리의 내부 상태를 정확하게 추정할 수 있는 기술을 제공한다.The present invention presents a parameter estimation technique based on DC operation data considering AC impedance characteristics. In the discharge section, a voltage region where electrochemical dynamics can be confirmed is selected, parameters are derived based on an equivalent circuit model, and changes in the internal chemical properties of the battery can be determined through each parameter. Conventional technology to estimate the internal state of the battery based on DC resistance parameters monitors the battery through electrical signals, but the present invention can more accurately estimate the internal state of the battery through changes in electrochemical characteristics by deriving parameters considering AC impedance characteristics. Provides technology.
본 발명에서 도출하는 AC 임피던스 특성을 고려한 파라미터들은, 예컨대, 전해질 저항, 전하 전달 저항 및 와버그 임피던스가 될 수 있다.Parameters considering the AC impedance characteristics derived from the present invention may be, for example, electrolyte resistance, charge transfer resistance, and Warburg impedance.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 배터리 파라미터 추정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.1 is a flowchart showing an embodiment of a battery parameter estimation method according to the spirit of the present invention.
도시한 배터리 파라미터 추정 방법은, 배터리 운용 중 방전 구간에서의 인가 전류 및 단자 전압을 모니터링하는 단계(S120); AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역을 설정하는 단계(S140); 및 상기 전압 영역에서 모니터링 값들을 등가회로 모델에 적용하여 배터리의 AC 임피던스를 도출하는 단계(S160)를 포함할 수 있다.The illustrated battery parameter estimation method includes monitoring the applied current and terminal voltage in the discharge section during battery operation (S120); Setting a voltage region for AC impedance calculation (S140); And it may include a step (S160) of deriving the AC impedance of the battery by applying the monitoring values in the voltage region to an equivalent circuit model.
상기 S120 단계는, 측정된 인가 전류 값들 및 단자 전압 값들 수집하여 저장부 등에 기록하는 방식으로 수행될 수 있다.The step S120 may be performed by collecting the measured applied current values and terminal voltage values and recording them in a storage unit, etc.
상기 S140 단계에서는 기록된 정보들(값들)에 대한 전기화학적 동특성 확인을 위한 증분 용량 분석법(Incremental capacity analysis; ICA)를 통한 전압 영역을 설정할 수 있다.In step S140, the voltage range can be set through incremental capacity analysis (ICA) to confirm the electrochemical dynamic characteristics of the recorded information (values).
상기 S140 단계에서 전압 영역을 설정하기 위해 IC 곡선 도출 시, 배터리의 방전 전류 크기에 따라 전압 영역이 다르게 설정될 수 있다.When deriving the IC curve to set the voltage region in step S140, the voltage region may be set differently depending on the size of the discharge current of the battery.
상기 S140 단계에서 설정된 'AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역'은, 상기 S160 단계에서 방전 중 임피던스를 도출하는 방법에 적용되는 바, ICA 분석법을 통해 도출한 IC 곡선의 피크 전압을 활용하여 'AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역'을 설정한 후, 해당 영역에서의 전압 곡선을 전기화학적 등가회로 모델인 Randle’s 회로를 활용하여 각 소자에 해당하는 파라미터를 도출할 수 있다. 즉, 상기 S160 단계에서는 미리 설정된 상기 'AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역'에서 등가회로 모델 소자 특성에 기반한 AC 임피던스 파라미터들을 도출한다.The 'voltage area for calculating AC impedance' set in step S140 is applied to the method of deriving impedance during discharge in step S160, and the peak voltage of the IC curve derived through ICA analysis is used to calculate 'AC impedance' After setting the 'voltage region for', the parameters corresponding to each device can be derived by using Randle's circuit, an electrochemical equivalent circuit model, for the voltage curve in that region. That is, in step S160, AC impedance parameters based on equivalent circuit model device characteristics are derived from the preset 'voltage area for calculating AC impedance'.
본 발명은 실시간 배터리 진단을 위한 임피던스 추정 기술이며, 추가적으로 상기 S160 단계에서는 도출한 추정 임피던스의 신뢰성을 검증하기 위하여 사용함에 따른 실제 배터리의 임피던스 변화 경향성을 비교할 수 있다. 실제 배터리의 임피던스를 측정하기 위하여 전기화학적 임피던스 분광법(Electrochemical impedance spectroscopy; EIS)을 통해 임피던스를 도출 후 추정 임피던스와 비교할 수 있다.The present invention is an impedance estimation technology for real-time battery diagnosis, and additionally, in step S160, the impedance change tendency of the actual battery according to use can be compared to verify the reliability of the derived estimated impedance. To measure the impedance of an actual battery, the impedance can be derived through electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and then compared with the estimated impedance.
도 2a 및 2b는 등가회로 모델에 반영되는 배터리 방전 중 발생하는 전기화학적 동특성을 나타낸 그래프들이다.Figures 2a and 2b are graphs showing electrochemical dynamic characteristics that occur during battery discharge as reflected in the equivalent circuit model.
각 화학적 프로세스에 의한 출력 전압을 모사하기 위하여 내부 화학적 프로세스를 무시했을 경우의 옴의 법칙에 기반한 선형적인 전압 감소, 순간적인 전류에 의한 전압 강하, 배터리의 커패시턴스 성분을 통한 확산 전압 세 가지의 특성을 활용하여 모델링이 가능하다.In order to simulate the output voltage by each chemical process, the three characteristics of linear voltage reduction based on Ohm's law when internal chemical processes are ignored, voltage drop due to instantaneous current, and diffusion voltage through the capacitance component of the battery are measured. Modeling is possible using
도 3은 상기 AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역을 설정하는 단계(S140)에서, 배터리에 인가되는 전류와 출력되는 전압을 활용하여 증분 곡선을 도출하는 방안을 나타내는 개념도이다.Figure 3 is a conceptual diagram showing a method of deriving an incremental curve using the current applied to the battery and the voltage output in the step of setting the voltage region for calculating the AC impedance (S140).
도시한 바와 같이, 미리 설정한 전압 구간에 누적되는 전류량 즉, 용량의 변화량을 분석할 수 있으며, 증분 곡선에서 나타나는 세 개의 피크 지점을 활용하여 배터리의 내부 상태 및 열화 상태를 추정하기 위한 인자로 활용 가능하다. 완전 충전 전압에서 방전 시작 시 발생하는 전압강하, 그리고 전하 전달에 의한 전압 강하가 끝나는 지점을 도출하기 위하여, 증분 용량 곡선의 첫번째 피크 전압을 활용하여 전압 영역을 설정할 수 있다. 방전시에는 전압이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 변하므로, 도시한 전압-증분 용량 그래프의 경우, 첫번째 피크는 맨 우측의 피크가 된다.As shown, the amount of current accumulated in a preset voltage section, that is, the amount of change in capacity, can be analyzed, and the three peak points appearing in the incremental curve are used as factors to estimate the internal state and deterioration state of the battery. possible. To derive the voltage drop that occurs at the start of discharging from the full charge voltage and the point where the voltage drop due to charge transfer ends, the voltage range can be set using the first peak voltage of the incremental capacity curve. During discharge, the voltage changes from high to low, so in the voltage-increment capacity graph shown, the first peak is the rightmost peak.
도 1의 상기 AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역을 설정하는 단계(S140)는, 용량과 전압의 관계(도 3의 좌측 및 중앙 그래프)를 도출하는 단계; 전압과 증분 용량의 관계(도 3의 우측 그래프)를 도출하는 단계; 상기 전압과 증분 용량의 관계에서 고전압쪽에서 첫번째 피크 지점의 전압인 피크 전압을 도출하는 단계; 및 방전 시작 전압(또는 방전 초기 강하 지점 전압) 및 피크 전압으로 상기 'AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역'을 규정하는 단계를 포함할 수 있다.The step of setting the voltage region for calculating the AC impedance in FIG. 1 (S140) includes deriving the relationship between capacity and voltage (left and center graphs in FIG. 3); Deriving the relationship between voltage and incremental capacity (right graph in Figure 3); Deriving a peak voltage, which is the voltage at the first peak point on the high voltage side, from the relationship between the voltage and the incremental capacity; And it may include defining the 'voltage area for AC impedance calculation' as a discharge start voltage (or discharge initial drop point voltage) and peak voltage.
즉, 수집된 인가 전류 값들 및 단자 전압 값들로부터 IC(incremental capacity) 곡선을 도출하고, 도출된 상기 IC 곡선에서 첫번째 피크 전압으로 상기 'AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역'을 규정한다.That is, an incremental capacity (IC) curve is derived from the collected applied current values and terminal voltage values, and the 'voltage area for AC impedance calculation' is defined as the first peak voltage from the derived IC curve.
도 4는 피크 전압으로 상기 'AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역'을 규정하는 모습을 예시한 그래프들이다.Figure 4 is a graph illustrating the 'voltage area for AC impedance calculation' defined by the peak voltage.
도 4와 같이 열화에 따른 증분 곡선의 첫번째 피크 전압값을 활용하여 임피던스 추정값 도출을 위한 영역 설정(방전 시작 전압부터 피크 전압까지)을 하였으며, 후속되는 S160 단계에서, 해당 영역의 전류, 전압 데이터를 활용하여 순간 전류에 의한 전해질 저항(Rs) 및 초기에 전류가 인가됨에 따른 전하 전달 저항(Rct) 임피던스 추정값을 도출할 수 있다.As shown in Figure 4, the first peak voltage value of the incremental curve according to deterioration was used to set the region for deriving the impedance estimate (from discharge start voltage to peak voltage), and in the subsequent S160 step, current and voltage data of the region were collected. By using this, the electrolyte resistance (Rs) due to the instantaneous current and the impedance estimate of the charge transfer resistance (Rct) due to the initial current application can be derived.
도 1의 S160 단계에서는, 상기 'AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역'의 전류, 전압 데이터를 활용하여 순간 전류에 의한 전해질 저항(Rs) 및 초기에 전류가 인가됨에 따른 전하 전달 저항(Rct), 와버그 임피던스를 AC 임피던스 파라미터들로서 도출할 수 있다.In step S160 of FIG. 1, the current and voltage data of the 'voltage area for AC impedance calculation' are used to calculate electrolyte resistance (Rs) due to instantaneous current and charge transfer resistance (Rct) due to initial current application, and The bug impedance can be derived as AC impedance parameters.
AC 임피던스는, 모델링 파라미터로서, 전해질 저항 및 전하 전달 저항, 와버그 임피던스 등을 포함할 수 있다. 이외에도 다른 파라미터도 존재하나, 배터리 진단/분석을 위한 모델링에 있어서, 상기 3 파라미터들이 중요하다. 이중, 전해질 저항(Rs)은 비교적 용이하게 추정값을 구할 수 있으나, 운용 중인 배터리에서 전하 전달 저항(Rct)을 구하는 것은 추정값을 구하는 것이라도 용이하지 않다. AC impedance, as a modeling parameter, may include electrolyte resistance, charge transfer resistance, Warburg impedance, etc. Although there are other parameters, the above three parameters are important in modeling for battery diagnosis/analysis. Among them, the electrolyte resistance (Rs) can be estimated relatively easily, but it is not easy to obtain the charge transfer resistance (Rct) in an operating battery, even if it is an estimated value.
그러나, 본 발명에서는 초기 강하 지점 전압(Vdrop) 및 τ지점의 V(τ)을 활용하여 전하 전달 저항(Rct)을 도출할 수 있다.However, in the present invention, the charge transfer resistance (Rct) can be derived using the initial drop point voltage (V drop ) and V(τ) at the τ point.
추가적으로 본 발명에서는 도 4b의 각 간략화된 곡선의 저항-커패시턴스 모델을 이용하여 와버그 임피던스를 구할 수 있다.Additionally, in the present invention, the Warburg impedance can be obtained using the resistance-capacitance model of each simplified curve in FIG. 4b.
도 5a는 배터리의 상태에 따른 배터리 방전 곡선들을 나타내며, 도 5b는 각 방전 곡선에 대응하는 과도 응답 등가 회로 모델 그래프들을 나타낸 것이다.FIG. 5A shows battery discharge curves according to the state of the battery, and FIG. 5B shows transient response equivalent circuit model graphs corresponding to each discharge curve.
도 5a의 그래프는 대상 배터리의 종류에 따라 제조사 등에서, 동종의 다른 배터리들로 다수회 기 측정하여 구해진 방전 곡선들으로서 획득될 수 있다. 도시한 다수 곡선들 중 맨 위쪽 곡선이 초기 상태의 배터리에 대한 것이며, 맨 아래쪽 곡선이 열화가 크게 진행된 배터리에 대한 것이다.The graph in FIG. 5A may be obtained as discharge curves obtained by measuring the battery multiple times with different batteries of the same type by a manufacturer, etc., depending on the type of target battery. Among the multiple curves shown, the uppermost curve is for a battery in its initial state, and the lowermost curve is for a battery that has significantly deteriorated.
도 5a의 그래프에서 V1은 방전 개시 직후 강하된 상태의 전압으로서 방전 초기 강하 지점 전압(Vdrop)이지만, 정밀도가 요하지 않는 경우 방전 시작 전압(Vini)으로 대체될 수도 있다. In the graph of FIG. 5A, V1 is the voltage in a dropped state immediately after the start of discharge and is the initial drop point voltage (V drop ) of discharge. However, if precision is not required, it may be replaced with the discharge start voltage (V ini ).
V3는 피크 전압(Vpeak)으로서 앞서 설명한 바와 같이 도 3의 맨 우측에 도시한 전압-증분용량 곡선에서 고전압쪽에서의 첫번째 피크시 전압값으로 정해질 수 있다.V3 is the peak voltage (V peak ) and, as described above, can be determined as the voltage value at the first peak on the high voltage side of the voltage-incremental capacity curve shown on the far right of FIG. 3.
V2는 상기 V1 및 V3의 값들이 정해진 후, 도 5a의 각 곡선에 의해 구해지는 값으로서, 피크 전압 기준 시정수 지점 전압(Vtc)이 된다.V2 is a value obtained from each curve in FIG. 5A after the values of V1 and V3 are determined, and becomes the peak voltage reference time constant point voltage (V tc ).
도 5a의 각 전압값들은 도 1의 상기 배터리의 AC 임피던스를 도출하는 단계(S160)에서 구해질 수 있다. 즉, 상기 S160 단계는, S120 단계에서 수집된 측정값들로부터 방전 시작 전압(Vini) 및 방전에 따른 초기 강하 지점 전압(Vdrop)을 도출하는 단계; 및 도 5a의 방전 곡선들 중, 방전 시작 전압(Vini) 또는 상기 방전 초기 강하 지점 전압(Vdrop)에 의해 특정되는 방전 곡선을 이용하여, 상기 초기 강하 지점 전압(Vdrop)과 상기 피크 전압(Vpeak)으로부터 도출된 피크 전압 구간에서의 시정수 지점 전압(Vtc)을 도출하는 단계를 포함할 수 있다. Each voltage value in FIG. 5A can be obtained in step S160 of deriving the AC impedance of the battery in FIG. 1. That is, step S160 includes deriving a discharge start voltage (V ini ) and an initial drop point voltage (V drop ) according to discharge from the measured values collected in step S120; And among the discharge curves of FIG. 5A, using the discharge curve specified by the discharge start voltage (V ini ) or the discharge initial drop point voltage (V drop ), the initial drop point voltage (V drop ) and the peak voltage It may include deriving a time constant point voltage (V tc ) in the peak voltage section derived from (V peak ).
임피던스 추정값들은 DC 기반 데이터를 기반하므로, 상기 S160 단계에서는 전기적 등가회로 모델 기반 파라미터 도출법을 통해 도출할 수 있는 바, 예컨대, 도 5a와 같은 개념도상의 전압값들을 도출하고, 이를 이용하여 전해질 저항 및 전하 전달 저항을 구하기 위한 값들을 도출할 수 있다.Since impedance estimates are based on DC-based data, in step S160, they can be derived through an electrical equivalent circuit model-based parameter derivation method. For example, voltage values on a conceptual diagram such as Figure 5a are derived, and this is used to determine electrolyte resistance and Values for finding charge transfer resistance can be derived.
다시 말해, 상기 배터리의 AC 임피던스를 도출하는 단계(S160)는, 방전 시작 전압 및 초기 강하 지점 전압과 상기 인가 전류로부터, 전해질 저항을 도출하는 단계; 및 상기 초기 강하 지점 전압 및 상기 전압 영역에서의 기준 시정수 지점 전압과 상기 인가 전류로부터, 전하 전달 저항을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.In other words, deriving the AC impedance of the battery (S160) includes deriving electrolyte resistance from the discharge start voltage, the initial drop point voltage, and the applied current; and deriving a charge transfer resistance from the initial drop point voltage, the reference time constant point voltage in the voltage region, and the applied current.
예컨대, 상기 전해질 저항을 도출하는 단계에서는 하기 수학식 1에 따라 전해질 저항(Rs_Est.)을 도출할 수 있다.For example, in the step of deriving the electrolyte resistance, the electrolyte resistance (Rs_Est.) can be derived according to Equation 1 below.
예컨대, 상기 전하 전달 저항을 도출하는 단계에서는 하기 수학식 2에 따라 전하 전달 저항(Rct_Est.)을 도출할 수 있다.For example, in the step of deriving the charge transfer resistance, the charge transfer resistance (Rct_Est.) can be derived according to Equation 2 below.
추가적으로, 도출한 영역 이후 나타나는 확산 저항 성분에 대응되는 임피던스 추정값을 도출하기 위해 도 5b와 같이 커패시턴스 모델을 활용하여 이상적인 전압 강하와 확산 현상이 발생했을 때의 전압 강하의 편차를 활용하여 와버그 임피던스 추정값을 도출할 수 있다.Additionally, in order to derive an impedance estimate corresponding to the diffusion resistance component that appears after the derived region, a capacitance model is used as shown in Figure 5b, and the deviation of the ideal voltage drop and the voltage drop when the diffusion phenomenon occurs is utilized to obtain the Warburg impedance estimate. can be derived.
와버그 임피던스 추정값을 도출하기 위하여 사용한 커패시턴스 모델의 수식은 하기 수학식 3과 같다. The formula for the capacitance model used to derive the Warburg impedance estimate is as shown in Equation 3 below.
상기 수학식 3의 과도응답수식으로 도 5b의 점으로 간략화한 곡선으로 표현될 수 있다. 각 점선 곡선들은 다양한 τ값에 따른 것이다. τ값은 배터리의 RC 모델링에 있어서 C 성분을 반영하고 있으며, Vtc(=V2) 지점의 시각값으로서 구해질 수 있다. The transient response equation of Equation 3 can be expressed as a curve simplified by the points in FIG. 5b. Each dotted curve is for various values of τ. The τ value reflects the C component in the RC modeling of the battery, and can be obtained as the visual value at the point V tc (=V2).
V0는 Vt의 수렴값인데, 상기 시각값으로서 알고 있는 τ값을 t에 적용하여 상기 수학식 3에서 V0에 대하여 정리한 식에 대입하는 방식으로 V0값을 획득할 수 있다.V 0 is the convergence value of Vt, and the value of V 0 can be obtained by applying the τ value known as the time value to t and substituting it into the equation summarized for V 0 in Equation 3 above.
도 6은 도 5a의 방전 곡선들 및 도 5b의 간략화한 곡선들 중 Vtc(=V2) 및 τ값이 일치하는 것들을 1대1로 비교한 그래프이다. FIG. 6 is a graph comparing the discharge curves of FIG. 5A and the simplified curves of FIG. 5B with identical V tc (=V2) and τ values on a one-to-one basis.
도시한 그래프에서 도출한 피크 전압 지점(V Peak )에서의 시간에 해당하는 커패시턴스 모델 전압 지점 도출하고, 이를 커패시턴스 모델에 반영하고, 이를 통한 전압을 활용한 확산 저항 성분 파라미터(Warb._Est.), 즉, 와버그 임피던스를 도출할 수 있다.Derive the capacitance model voltage point corresponding to the time at the peak voltage point ( V Peak ) derived from the graph shown, reflect this in the capacitance model, and use the voltage through this to determine the diffusion resistance component parameter (Warb._Est.), In other words, the Warburg impedance can be derived.
다시 말해, 상기 배터리의 AC 임피던스를 도출하는 단계(S160)는, 커패시턴스 모델을 활용하여 이상적인 전압 강하(VTR_peak)와 확산 현상이 발생했을 때의 전압 강하(Vpeak)의 편차를 이용하여 와버그 임피던스(Warb._Est.)를 도출하는 단계를 더 포함할 수 있다.In other words, the step of deriving the AC impedance of the battery (S160) uses a capacitance model to calculate the Warberg A step of deriving impedance (Warb._Est.) may be further included.
예컨대, 상기 와버그 임피던스(Warb._Est.)를 도출하는 단계에서는 하기 수학식 4에 따라 와버그 임피던스(Warb._Est.)를 도출할 수 있다. For example, in the step of deriving the Warburg impedance (Warb._Est.), the Warburg impedance (Warb._Est.) can be derived according to Equation 4 below.
도 7은 본 발명의 사상에 따른 배터리 파라미터 획득 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.Figure 7 is a block diagram showing an embodiment of a battery parameter acquisition device according to the spirit of the present invention.
도시한 배터리 파라미터 획득 장치는, 배터리 운용 중 방전 구간에서의 측정된 인가 전류 값들 및 단자 전압 값들을 수집하는 모니터링 수집부(110); 수집된 상기 측정된 인가 전류 값들 및 단자 전압 값들 및 배터리 방전 곡선으로부터 AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역을 설정하는 전압 영역 설정부(140); 및 상기 상기 전압 영역에서 모니터링 값들을 등가회로 모델에 적용하여 배터리의 AC 임피던스를 도출하는 AC 임피던스 도출부(160)를 포함할 수 있다.The illustrated battery parameter acquisition device includes a
상기 모니터링 수집부(110)는 운용 중인 배터리 및/또는 상기 배터리를 충/방전시키는 PCS(200)로부터 방전 구간에서 소정의 측정 간격 시간 마다 인가 전류 및 단자 전압을 측정하여, 측정된 값들을 도시한 저장부(120)에 기록하는 방식으로 수집할 수 있다. 상기 측정 시간 간격은 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같은 배터리 방전 곡선과 비교할 수 있도록 충분히 조밀한 것이 바람직하다.The
상기 저장부(120)는 상기 측정된 인가 전류 값들 및 단자 전압 값들 및 배터리의 고유 특성으로서 배터리 방전 곡선 정보를 저장할 수 있다. 구현에 따라, 상기 배터리 방전 곡선 정보는 도 5a에 도시한 바와 같은 곡선을 규정할 수 있는 정보로 저장되거나, 또는, 도 5a의 V1, V2, V3 각 지점에서의 전압 및 시각 값들만으로 저장될 수 있다.The
상기 전압 영역 설정부(140)는, 도 3에 도시한 바와 같이 용량과 전압의 관계를 도출하고, 전압과 증분 용량의 관계를 도출하여, 상기 전압과 증분 용량의 관계에서 고전압쪽에서 첫번째 피크 지점의 전압이며 상기 전압 영역을 규정하는 피크 전압(Vpeak)을 도출할 수 있다. The voltage
상기 AC 임피던스 도출부(160)는, 도 5a에 도시한 V1, V2, V3 각 지점에서의 전압들의 관계에 따라, 상기 수집된 상기 측정된 인가 전류 값들 및 단자 전압 값들에서 방전 시작 전압(Vini) 및 방전에 따른 초기 강하 지점 전압(Vdrop)을 도출하고, 상기 초기 강하 지점 전압(Vdrop)과 상기 피크 전압(Vpeak)을 상기 배터리 방전 곡선에 반영하여, 도출된 피크 전압 구간에서의 시정수 지점 전압(Vtc)을 도출할 수 있다.The AC
도시한 상기 AC 임피던스 도출부(160)는, 상기 저장부(120)에 수집/기록된 해당 전압 영역의 전류, 전압 데이터를 활용하여, 방전 시작 전압 및 초기 강하 지점 전압과 상기 인가 전류로부터, 전해질 저항(Rs_Est.)을 도출하는 전해질 저항 도출부(162); 및 상기 초기 강하 지점 전압 및 상기 전압 영역에서의 기준 시정수 지점 전압과 상기 인가 전류로부터, 전하 전달 저항(Rct_Est.)을 도출하는 전하 전달 저항 도출부(164); 커패시턴스 모델을 활용하여 이상적인 전압 강하와 확산 현상이 발생했을 때의 전압 강하의 편차를 이용하여 와버그 임피던스(Warb._Est.)를 도출하는 와버그 임피던스 도출부(166)를 포함할 수 있다. The illustrated AC
예컨대, 상기 전해질 저항 도출부(162)는 상기 수학식 1에 따른 도출을 수행할 수 있으며, 상기 전하 전달 저항 도출부(164)는 상기 수학식 2에 따른 도출을 수행할 수 있으며, 상기 와버그 임피던스 도출부(166)는 상기 수학식 3 및 4에 따른 도출을 수행할 수 있다.For example, the electrolyte
도시한 바와 같이, 상기 AC 임피던스 도출부(160)에서 도출된 전해질 저항(Rs_Est.), 전하 전달 저항(Rct_Est.) 및 와버그 임피던스(Warb._Est.)는 배터리 안전관리시스템 및/또는 BMS에 제공되어, 배터리를 제어/관리하는데 이용될 수 있다.As shown, the electrolyte resistance (Rs_Est.), charge transfer resistance (Rct_Est.), and Warburg impedance (Warb._Est.) derived from the AC
도 8a 내지 8c는 본 발명의 사상에 따른 파라미터 추정 방법을 통해 추출한 임피던스 추정값을 검증한 결과를 나타낸 그래프들이다.Figures 8a to 8c are graphs showing the results of verifying the impedance estimate extracted through the parameter estimation method according to the spirit of the present invention.
실시예의 임피던스 추정값의 검증 결과에서 미소 전류, 전압을 활용하는 EIS 측정에 의한 전체적인 스케일 차이는 존재하지만, 도 8a 내지 8c와 같이 Rs의 상관계수는 09740, Rct는 09972, ZW는 09240으로 추정 임피던스와 실제 임피던스가 높은 상관성을 가지는 것으로 알 수 있다.As a result of verifying the impedance estimate value of the embodiment, there is an overall scale difference due to EIS measurement using minute current and voltage, but as shown in Figures 8a to 8c, the correlation coefficient of Rs is 09740, Rct is 09972, and ZW is 09240, which is the estimated impedance and It can be seen that the actual impedance has a high correlation.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains should understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features, and that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. Just do it. The scope of the present invention is indicated by the claims described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. .
110 : 모니터링 수집부 120 : 저장부
140 : 전압 영역 설정부 160 : AC 임피던스 도출부
162 : 전해질 저항 도출부 164 : 전하 전달 저항 도출부
166 : 와버그 임피던스 도출부110: monitoring collection unit 120: storage unit
140: Voltage area setting unit 160: AC impedance deriving unit
162: electrolyte resistance deriving part 164: charge transfer resistance deriving part
166: Warburg impedance derivation unit
Claims (11)
AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역을 설정하는 단계; 및
상기 전압 영역에서 수집된 전류 및 전압의 측정값들을 등가회로 모델에 적용하여 배터리의 AC 임피던스를 도출하는 단계
를 포함하는 배터리 파라미터 추정 방법.
Collecting measured values of applied current and terminal voltage in a discharge section during battery operation;
Setting a voltage region for AC impedance calculation; and
Deriving the AC impedance of the battery by applying the measured values of current and voltage collected in the voltage region to an equivalent circuit model.
A battery parameter estimation method including.
상기 AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역을 설정하는 단계는,
용량과 전압의 관계를 도출하는 단계;
전압과 증분 용량의 관계를 도출하는 단계; 및
상기 전압과 증분 용량의 관계에서 고전압쪽에서 첫번째 피크 지점의 전압인 피크 전압을 도출하는 단계
를 포함하는 배터리 파라미터 추정 방법.
According to paragraph 1,
The step of setting the voltage area for calculating the AC impedance is,
Deriving the relationship between capacity and voltage;
Deriving a relationship between voltage and incremental capacity; and
Deriving a peak voltage, which is the voltage at the first peak point on the high voltage side, from the relationship between the voltage and the incremental capacity.
A battery parameter estimation method including.
상기 배터리의 AC 임피던스를 도출하는 단계는,
방전 시작 전압 및 방전에 따른 초기 강하 지점 전압을 도출하는 단계; 및
상기 초기 강하 지점 전압과 상기 피크 전압으로부터 도출된 피크 전압 구간에서의 시정수 지점 전압을 도출하는 단계
를 포함하는 배터리 파라미터 추정 방법.
According to paragraph 2,
The step of deriving the AC impedance of the battery is,
Deriving a discharge start voltage and an initial drop point voltage according to discharge; and
Deriving a time constant point voltage in a peak voltage section derived from the initial drop point voltage and the peak voltage
A battery parameter estimation method including.
상기 배터리의 AC 임피던스를 도출하는 단계는,
방전 시작 전압 및 초기 강하 지점 전압과 상기 인가 전류로부터, 전해질 저항을 도출하는 단계; 및
상기 초기 강하 지점 전압 및 상기 전압 영역에서의 기준 시정수 지점 전압과 상기 인가 전류로부터, 전하 전달 저항을 도출하는 단계
를 포함하는 배터리 파라미터 추정 방법.
According to paragraph 3,
The step of deriving the AC impedance of the battery is,
Deriving electrolyte resistance from the discharge start voltage and initial drop point voltage and the applied current; and
Deriving a charge transfer resistance from the initial drop point voltage and the reference time constant point voltage in the voltage region and the applied current.
A battery parameter estimation method including.
상기 배터리의 AC 임피던스를 도출하는 단계는,
커패시턴스 모델을 활용하여 이상적인 전압 강하와 확산 현상이 발생했을 때의 전압 강하의 편차를 이용하여 와버그 임피던스를 도출하는 단계
를 더 포함하는 배터리 파라미터 추정 방법.
According to paragraph 4,
The step of deriving the AC impedance of the battery is,
A step of deriving the Warburg impedance using a capacitance model and using the ideal voltage drop and the deviation of the voltage drop when diffusion occurs.
A battery parameter estimation method further comprising:
수집된 상기 측정된 인가 전류 값들 및 단자 전압 값들 및 배터리 방전 곡선으로부터 AC 임피던스 산출을 위한 전압 영역을 설정하는 전압 영역 설정부; 및
상기 상기 전압 영역에서 모니터링 값들을 등가회로 모델에 적용하여 배터리의 AC 임피던스를 도출하는 AC 임피던스 도출부
를 포함하는 배터리 파라미터 획득 장치.
a monitoring collection unit that collects measured applied current values and terminal voltage values in a discharge section during battery operation;
a voltage range setting unit that sets a voltage range for calculating AC impedance from the collected measured applied current values, terminal voltage values, and battery discharge curve; and
An AC impedance derivation unit that derives the AC impedance of the battery by applying the monitoring values in the voltage region to an equivalent circuit model.
A battery parameter acquisition device comprising a.
상기 전압 영역 설정부는,
용량과 전압의 관계를 도출하고,
전압과 증분 용량의 관계를 도출하여,
상기 전압과 증분 용량의 관계에서 고전압쪽에서 첫번째 피크 지점의 전압이며 상기 전압 영역을 규정하는 피크 전압을 도출하는 배터리 파라미터 획득 장치.
In paragraph 6
The voltage area setting unit,
Derive the relationship between capacity and voltage,
By deriving the relationship between voltage and incremental capacity,
A battery parameter acquisition device that derives a peak voltage that defines the voltage region and is the voltage at the first peak point on the high voltage side in the relationship between the voltage and incremental capacity.
상기 측정된 인가 전류 값들 및 단자 전압 값들 및 배터리 방전 곡선 정보를 저장하는 저장부
를 더 포함하는 배터리 파라미터 획득 장치.
According to clause 6,
A storage unit that stores the measured applied current values, terminal voltage values, and battery discharge curve information.
A battery parameter acquisition device further comprising:
상기 AC 임피던스 도출부는,
상기 수집된 상기 측정된 인가 전류 값들 및 단자 전압 값들에서 방전 시작 전압 및 방전에 따른 초기 강하 지점 전압을 도출하고,
상기 초기 강하 지점 전압과 상기 피크 전압을 상기 배터리 방전 곡선에 반영하여, 도출된 피크 전압 구간에서의 시정수 지점 전압을 도출하는 배터리 파라미터 획득 장치.
In clause 7,
The AC impedance deriving part is,
Deriving a discharge start voltage and an initial drop point voltage due to discharge from the collected measured applied current values and terminal voltage values,
A battery parameter acquisition device that reflects the initial drop point voltage and the peak voltage in the battery discharge curve to derive a time constant point voltage in the derived peak voltage section.
상기 AC 임피던스 도출부는,
방전 시작 전압 및 초기 강하 지점 전압과 상기 인가 전류로부터, 전해질 저항을 도출하는 전해질 저항 도출부; 및
상기 초기 강하 지점 전압 및 상기 전압 영역에서의 기준 시정수 지점 전압과 상기 인가 전류로부터, 전하 전달 저항을 도출하는 전하 전달 저항 도출부
를 포함하는 배터리 파라미터 획득 장치.
According to clause 9,
The AC impedance deriving part is,
an electrolyte resistance deriving unit that derives electrolyte resistance from the discharge start voltage, the initial drop point voltage, and the applied current; and
A charge transfer resistance deriving unit that derives a charge transfer resistance from the initial drop point voltage and the reference time constant point voltage in the voltage region and the applied current.
A battery parameter acquisition device comprising a.
상기 AC 임피던스 도출부는,
커패시턴스 모델을 활용하여 이상적인 전압 강하와 확산 현상이 발생했을 때의 전압 강하의 편차를 이용하여 와버그 임피던스를 도출하는 와버그 임피던스 도출부
를 더 포함하는 배터리 파라미터 획득 장치.
According to clause 10,
The AC impedance deriving part is,
Warburg impedance derivation unit that uses a capacitance model to derive Warburg impedance using the ideal voltage drop and the deviation of the voltage drop when diffusion occurs
A battery parameter acquisition device further comprising:
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---|---|---|---|
KR1020220069802A KR20230168917A (en) | 2022-06-08 | 2022-06-08 | Battery Parameter Estimation Method and Battery Parameter Acquisition Device |
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KR20200017367A (en) | 2018-08-08 | 2020-02-18 | 주식회사 민테크 | Apparatus for battery diagnosis |
-
2022
- 2022-06-08 KR KR1020220069802A patent/KR20230168917A/en active Search and Examination
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