KR20130142807A - Method for presuming state of charge of battery - Google Patents
Method for presuming state of charge of battery Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130142807A KR20130142807A KR1020120066341A KR20120066341A KR20130142807A KR 20130142807 A KR20130142807 A KR 20130142807A KR 1020120066341 A KR1020120066341 A KR 1020120066341A KR 20120066341 A KR20120066341 A KR 20120066341A KR 20130142807 A KR20130142807 A KR 20130142807A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- battery
- state
- soc
- value
- voltage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/3644—Constructional arrangements
- G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
실시 예는 분극전압에 의거 충/방전을 구분하고, 상기 구분된 충전 상태, 방전 상태 각각의 상태에서 배터리의 용량 상태(SOC, State Of Charge)값을 추정하기 위한 것이다.The embodiment is for estimating the SOC (State Of Charge) value of the battery in each of the divided charging state and discharging state by dividing charge / discharge based on the polarization voltage.
2차 전지에서 충전과 방전을 반복하게 되면 동일한 배터리 용량 상태 (배터리 충전 /방전상태 또는 잔존 상태에서의 SOC)에서 서로 다른 전압 레벨을 가지게 된다. 일반적으로 충전과 방전의 중간값을 가지고 배터리 상태를 추정하게 되는데, 이 경우 중간값 선택으로 인한 오차를 포함하게 되고, 이러한 오차를 줄이기 위해 복잡한 알고리즘을 추가하여 보상 작업이 진행된다. 이렇게 복잡한 알고리즘의 추가는 시스템의 복잡성을 증가시키고 연산 시간 또한 증가시킨다. 또한 시스템의 복잡성 증가는 실시간 구현에 있어서도 문제를 발생시킨다When the secondary battery is repeatedly charged and discharged, different voltage levels are obtained in the same battery capacity state (SOC in the battery charging / discharging state or the remaining state). In general, the battery state is estimated with the middle value between the charge and the discharge. In this case, the error due to the intermediate value selection is included, and the compensation operation is performed by adding a complicated algorithm to reduce the error. The addition of such complex algorithms increases the complexity of the system and increases the computation time. Increasing complexity of the system also causes problems in real-time implementation
실시 예는 배터리의 용량 상태 (충전/방전상태 또는 잔존 상태에서의 SOC)를 정확히 추정하는 것을 제안한다.The embodiment proposes to accurately estimate the capacity state of the battery (SOC in the charging / discharging state or the remaining state).
실시 예는 분극전압의 극성에 의거 충전과 방전의 상태를 결정하고, 상기 결정된 충전시 또는 방전시의 각각의 특성(SOC vs OCV 그래프)에 의거하여 SOC를 추정하는 것을 제안한다.The embodiment proposes to determine the charging and discharging states based on the polarity of the polarization voltage and to estimate the SOC based on the determined characteristics (SOC vs OCV graph) at the time of charging or discharging.
실시 예는 충전과 방전을 결정함에 있어, 단순히 전류의 방향만을 사용하여 충전과 방전 상태를 결정하는 것이 아니라, 전류 방향에 따라 누적된 값에 의거 결정된 분극 전압값을 사용하여 충/방전 상태를 결정하여 오차를 최소화하는 것을 제안한다.In the embodiment, in determining the charging and discharging, the charge / discharge state is determined by using the polarization voltage value determined based on the accumulated value in the current direction, rather than simply determining the charging and discharging states using only the direction of the current Thereby minimizing the error.
실시 예는 배터리의 분극 전압의 극성이 "+" 인 경우에는 충전으로 인식하고, 배터리의 분극 전압의 극성이 "-" 인 경우에는 방전으로 인식하는 것을 제안한다.The embodiment proposes that when the polarity of the polarized voltage of the battery is "+ ", it is recognized as charging, and when the polarity of the polarized voltage of the battery is" - ", the discharge is recognized.
실시 예는 전류가 방전(-)극성을 가지고 있을 경우에는 분극 전압에는 (-)값이 누적되고, 전류가 충전(+)극성일 경우에는 분극 전압에는 (+)값이 누적되며, 전류의 흐름이 없을 경우에는 분극 전압의 값은 0으로 수렴하게 된다. 분극전압의 값이 0이 되었을 경우에는 직전의 최종 극성으로 SOC를 유지시키는 것을 제안한다.(-) values are accumulated in the polarization voltage when the current has the negative (-) polarity, and (+) values are accumulated in the polarization voltage when the current is the positive (+) polarity, The value of the polarization voltage converges to zero. When the value of the polarization voltage becomes 0, it is proposed that the SOC is maintained at the last polarity immediately before.
실시 예는 동일 OCV (Open Circuit Voltage, 개방전압) 값이 충전과 방전일 경우 서로 다른 SOC로 나타나므로, 배터리의 SOC를 추정할 때, 충전과 방전에 서로 다른 기준을 각각 적용하며 SOC를 추정하여 오차를 줄이는 것을 제안한다.In this embodiment, when the same OCV (Open Circuit Voltage) value is represented as a different SOC, the SOC is estimated by applying different criteria to the charge and discharge when estimating the SOC of the battery It is proposed to reduce the error.
실시 예에서는 배터리를 R-C Circuit으로의 모델링을 통해 내부의 분극전압과 OCV 및 SOC를 계산하는 것을 제안한다.In the embodiment, it is proposed to calculate the internal polarization voltage, OCV and SOC through modeling the battery into an R-C circuit.
실시 예에서는 배터리의 용량 상태(SOC)를 측정하기 위해서 배터리를 R-C Circuit으로 모델링하며, 상기 모델링을 위한 파라미터 성분은 내부저항(Rs), 전류 변화에 반응하는 저항 및 콘텐서 (RPL, CPL , RPS, CPS )이며, 측정이 가능한 요소인 온도, 전압, 전류 등을 입력하여 용량상태(SOC)를 추정하는 것을 제안한다.Example In order to measure the capacitance state (SOC) of the battery, and modeling the battery in the RC Circuit, parameters component for the modeling is the internal resistance (Rs), the resistance and the cone tensor in response to a current variation (R PL, C PL , R PS , C PS ), and it is proposed to estimate the capacity state (SOC) by inputting temperature, voltage, current, and the like, which are measurement-capable elements.
실시 예에서는 배터리를 R-C Circuit으로의 모델링은, 가장 기본적인 요소인 배터리 내부 저항 성분과, 짧은 시간 동안 큰 전류에 대해 움직이는 short-term 분극 성분(RPS, CPS ) 및 긴 시간 동안 전류의 영향을 받는 long-term 분극 성분(RPL, CPL)을 파라미터로 이용하는 것을 제안한다.In the embodiment, the modeling of the battery to the RC circuit is based on the internal resistance component of the battery which is the most basic element, the short-term polarization component (R PS , C PS ) moving for a large current for a short time, It is proposed to use the received long-term polarization component (R PL , C PL ) as a parameter.
실시 예에 따른 배터리 용량 상태 추정 방법은, 배터리의 분극전압이 확인 되는 단계; 상기 확인된 결과에 의거 배터리 충전 및 방전 상태 중에서 적어도 하나의 상태가 결정되는 단계; 및 상기 결정된 각 상태별로 배터리의 용량상태 (SOC)가 추정되는 단계;를 포함하여 구현된다.A method for estimating a battery capacity state according to an embodiment includes: checking a polarization voltage of a battery; Determining at least one of a battery charging and discharging state based on the confirmed result; And estimating a capacity state (SOC) of the battery for each of the determined states.
실시 예는 분극전압에 의거 충전과 방전 상태가 판별된 배터리 전원상태 (충전/방전)에 따라 배터리 용량 상태 (SOC) 추정의 기준을 각각 다르게 함으로써 시스템의 복잡성과 연산 속도를 개선 할 수 있다.Embodiments can improve the complexity and operation speed of the system by setting the criteria for estimating the battery capacity state (SOC) according to the battery power state (charging / discharging) in which the charging and discharging states are determined based on the polarization voltage.
실시 예는 충전과 방전을 인식함에 있어, 단순히 전류의 방향만을 사용하여 충전과 방전 상태를 선택하는 것이 아니라 배터리 내부에서 발생하는 분극 전압값을 사용하여 충/방전 상태를 추정함으로써, 충/방전 상태를 추정하는데 발생하는 오차를 최소화 할 수 있다.In the embodiment, in recognizing charging and discharging, rather than simply selecting the charging and discharging states using only the direction of the current, estimating the charging / discharging states using the polarization voltage value generated in the battery, Can be minimized.
도 1은 실시 예에 따른 도 1은 실시 예에 따른 배터리를 R-C Circuit으로 모델링한 회로도
도 2는 실시 예에 따라 상기 도 1에 의한 모델링에 의거 각각의 전원 상태 (충전/방전)에 따른 개방전압 (OCV, Open Circuit Voltage) 및 용량상태 (SOC)값을 보여주는 도면
도 3a,도 3b,도 3c 및 도 3d는 분극전압이 충전상태의 경우로써, SOC값에 의거 갱신되는 각 파라미터 값 (내부저항(Rs), 저항(Rp), 콘텐서(Cp)) table을 하나의 예로써 나타내는 도면.
도 4a,도 4b,도 4c 및 도 4d는 분극전압이 방전상태의 경우로써, SOC값에 의거 갱신되는 각 파라미터 값 (내부저항(Rs), 저항(Rp), 콘텐서(Cp)) table을 하나의 예로써 나타내는 도면.
도 5는 실시 예로써, 분극전압에 의거 충/방전을 구분하고, 상기 구분된 충전 상태, 방전 상태 각각의 상태에서 배터리의 용량 상태(SOC, State Of Charge)값을 추정하는 것을 나타내는 흐름도FIG. 1 is a circuit diagram of a battery according to an embodiment, which is modeled by an RC circuit. FIG.
2 is a diagram showing the values of an open circuit voltage (OCV) and a capacity state (SOC) according to the respective power states (charging / discharging) in accordance with the modeling according to the embodiment shown in FIG.
3A, 3B, 3C, and 3D show table values of each parameter (internal resistance Rs, resistance Rp, and condenser Cp) updated based on the SOC value when the polarization voltage is in a charged state Fig.
4A, 4B, 4C, and 4D show table values of each parameter (internal resistance Rs, resistance Rp, and condenser Cp) updated based on the SOC value when the polarization voltage is in the discharge state Fig.
FIG. 5 is a flow chart showing the charge / discharge discrimination based on the polarization voltage and estimating the state of charge (SOC) value of the battery in each of the divided charging state and discharging state,
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 배터리 용량 상태(SOC) 추정 방법을 설명한다.Hereinafter, a battery capacity state (SOC) estimation method will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원 인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이는 해당되는 실시 예 설명부분에서 상세히 그 동작 및 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 동작/의미로서 본 실시 예를 파악하여야 됨을 밝혀두고자 한다.First, the terms used in the embodiments of the present invention are selected as general terms that are widely used as far as possible. However, in some cases, terms selected arbitrarily by the applicant may be used. It is to be understood that the present embodiment should be grasped as an action / meaning of a term that is not a name of a simple term.
실시 예의 설명에 있어서, 용량 상태 (SOC, State Of Charge)는 배터리의 충전상태 또는 배터리의 잔존 상태를 포함하는 의미이며, 각각의 상태에서의 배터리의 용량상태를 나타내는 것이다.In the description of the embodiment, the SOC (State Of Charge) means a charged state of the battery or a remaining state of the battery, and indicates the capacity state of the battery in each state.
또한 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성 간에 연결, 접속 또는 접촉되었다 함은 이는 직접적으로 연결 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 구성, 다른 매체 또는 다른 소자 등을 통한 기구적 연결, 전기적 연결 또는 유/무선 연결된 경우도 포함된다.Also, in the description of the embodiments, the connections, connections, or contacts between the components means that they are not only directly connected, but also include mechanical connections, electrical connections, or connections through other components, / Wireless connection is also included.
실시 예에서, 충전과 방전의 구분은 배터리 내부의 분극전압에 의거 결정되며, 분극 전압의 극성은 전류 방향에 따라 값이 누적되어 결정된다. 전류가 방전(-)극성을 가지고 있을 경우에는 분극 전압에는 (-)값이 누적되고, 전류가 충전(+)극성일 경우에는 분극 전압에는 (+)값이 누적된다.In the embodiment, the distinction between charge and discharge is determined on the basis of the polarization voltage inside the battery, and the polarity of the polarization voltage is determined by accumulating the value in accordance with the current direction. When the current has negative (-) polarity, negative (-) values accumulate. When the current is positive (+) polarity, positive polarity accumulates.
그리고 전류의 흐름이 없을 경우에는 분극 전압의 값은 0으로 수렴하게 된다. 분극 전압의 값이 0이 되었을 경우에는 직전의 최종 극성으로 SOC를 유지시킨다When there is no current flow, the polarization voltage converges to zero. When the value of the polarization voltage becomes zero, the SOC is maintained at the last polarity
부연하면, 충전과 방전 상태를 구분할 때, 단순히 현재 전류의 방향을 기준으로 할 경우, 배터리 내부의 상태를 충분히 반영하지 못하게 된다. 동일한 배터리 용량상태(SOC)에서 기준이 되는 개방전압(OCV: Open Circuit Voltage)이 다르기 때문에 단순히 전류를 기준으로 하면 전류가 변하는 시점에서 배터리 용량 상태(SOC)가 크게 변하게 된다. In other words, when distinguishing between charging and discharging states, when the direction of the current is used as a reference, the internal state of the battery is not sufficiently reflected. Since the OCV (Open Circuit Voltage), which is a reference in the same battery capacity state (SOC), differs greatly, the battery capacity state (SOC) greatly changes when the current is changed based on the current.
예를 들어, 30분간 15A의 전류로 충전을 하다가 10초간 1A로 방전한 경우 전류의 최종 방향은 방전이지만 배터리 내부의 용량 상태(SOC)는 충전에 더 가깝게 나타난다. 이렇게 배터리의 충전과 방전 상태를 결정할 때는 전류의 크기와 전류의 지속 시간을 충분히 고려해야만 한다. 본 실시 예에서는 이러한 기준에 충족하는 부분을 배터리 내부의 분극전압 성분으로 결정하여 충전과 방전의 상태를 결정하도록 하였다. 분극 전압은 배터리 내부 성분으로 전류의 극성과 지속 시간에 따라 변하게 된다.For example, if the battery is charged at 15A for 30 minutes and then discharged at 1A for 10 seconds, the final direction of current is discharge but the state of charge (SOC) inside the battery is closer to charging. When determining the state of charging and discharging of the battery, the magnitude of the current and the duration of the current must be fully considered. In the present embodiment, the portion satisfying these criteria is determined as the polarization voltage component in the battery to determine the states of charge and discharge. The polarization voltage is the internal component of the battery, which changes with the polarity and duration of the current.
이하 도 1은 실시 예에 따른 배터리를 R-C Circuit으로 모델링한 회로도(100)이다. 1 is a circuit diagram 100 of a battery according to an embodiment modeled as an R-C circuit.
도 2는 상기 도 1에 의한 모델링에 의거 각각의 전원 상태 (충전/방전)에 따른 개방전압 (OCV, Open Circuit Voltage) 및 용량상태 (SOC)값을 보여주는 도면 (200)이다.2 is a diagram 200 showing an open circuit voltage (OCV) and a capacity state (SOC) value according to each power state (charging / discharging) based on the modeling according to the FIG.
먼저, 도 1을 참조하면, 일반적으로 배터리의 용량은 직접적으로 측정이 불가능하다. 따라서 측정이 불가능한 충전상태를 측정하기 위해서 배터리를 R-C Circuit으로 모델링하고, 측정이 가능한 온도, 전압, 전류 등을 통해 용량 상태(SOC)를 추정하게 된다. 배터리를 R-C Circuit으로 모델링할 때, 분극 전압의 성분(반응에 따른 R,C)이 충분히 표현이 되도록 모델을 정하는 것이 중요하다. 우선 기본적으로 배터리 모델링에서 가장 기본적인 요소인 배터리 내부 저항 성분 (101)을 고려하여 모델이 적용한다. 그리고 짧은 시간동안 큰 전류에 대해 움직이는 short-term 분극 성분(105)과, 긴 시간 동안 전류의 영향을 받는 long-term 분극 성분 (103)으로 구성된다. First, referring to FIG. 1, the capacity of a battery is generally not directly measurable. Therefore, the battery is modeled as an R-C circuit to measure the impossible charging state, and the capacity state (SOC) is estimated through temperature, voltage, and current that can be measured. When modeling a battery with an R-C circuit, it is important to determine the model so that the components of the polarization voltage (R, C depending on the response) are sufficiently expressed. First, the model is applied considering the battery
부연하면, 배터리 내부에는 내부 저항과 짧은 시간에 급격히 변하는 성분과 오랜 시간 동안 천천히 변하는 성분으로 구성되는 것으로 나타낼 수 있는데, 도 1에서 Rs 성분 (101)은 배터리의 내부 저항을 표현하고, RPL , CPL (103)은 전류 변화에 대해 천천히 반응하는 성분이고, RPS , CPS (105)는 전류 변화에 대해 빠르게 반응하는 성분이다. 배터리개방전압(107, OCV, Open Circuit Voltage)은 배터리의 용량을 대변하는 전압이다.1, the
배터리는 화학적 특성을 가지는 물질인데, 이것을 분석하기 위해서 배터리의 특성과 동일한 특성을 가지는 회로를 구성하고, 그 회로를 분석하여 배터리의 성능을 알아보기 위한 작업이 배터리 모델링이다. R-C circuit으로 한다는 것은 회로가 복잡해질수록 분석하기 어렵기 때문에 간단하게 저항과 콘덴서로 구성된 회로로 배터리의 특성이 표현되도록 구성한다는 것이다. The battery is a chemical substance. To analyze this, a circuit having the same characteristics as the characteristics of the battery is constructed, and battery modeling is an operation for analyzing the circuit to analyze the performance of the battery. R-C circuit is difficult to analyze as the circuit becomes complicated, so it is configured to express the characteristics of the battery with a circuit composed of a resistor and a capacitor.
상기 RPL , CPL (103)은 배터리 내부가 화학 물질이기 때문에 활성화 상태에서 안정화 상태로 변화할 때, 시간이 걸리는데, 이때 안정화 될 때까지 서서히 변화하는 특성을 반영하기 위한 성분이다.Wherein R PL, PL C (103) is a component serving to reflect the characteristics which gradually changed until when the change to the stable state in the active state because it is an internal battery chemicals, is geolrineunde time, this time to stabilize.
상기 RPS , CPS (105)는 큰 전류를 짧은 시간 동안 인가했을 때, 배터리가 변화하는 특성을 나타내는 성분이다. 즉 짧은 시간 동안 큰 전류를 인가하였을 경우, 배터리가 급격하게 변화는 특성을 표현하기 위해 설계된 성분이다.The R PS , C PS (105) is a component that shows characteristics of a battery change when a large current is applied for a short time. That is, when a large current is applied for a short time, the battery is a component designed to express a sudden change in characteristics.
일반적으로 RC가 병렬인 경우 시정수는 T= RC에 의거 상기에서의 RC값이 고려될 것이다.In general, if RC is parallel, the time constant will take into account the RC value in the above based on T = RC.
또한 도 1과 같이 모델링된 회로는 각 회로 소자(101, 103,105)와 관련된 전압 (t 시점에서 전압 변화량 또는 전압강하)을 다음과 같은 수학식 1의 각각의 식에 의거 나타낼 수 있다.Also, the circuit modeled as shown in FIG. 1 can express the voltage (voltage change amount or voltage drop at time t) related to each
상기한 바와 같이, RC 모델링은 배터리를 전기전자적으로 해석하고 그 결과를 가지고 배터리 내부의 분극 전압과 OCV, SOC를 계산하는데 있어서, 배터리를 전기전자적으로 해석하기 위한 방법이다.As described above, RC modeling is a method for electrically and electrically analyzing a battery in calculating the polarization voltage, OCV, and SOC inside the battery by analyzing the battery electrically and electronically.
분극전압의 극성은 누적 계산된 분극 전압값의 부호 (+,-)로 결정되며, 제어부가 분극 전압값의 부호를 지속적으로 모니터링한다.The polarity of the polarization voltage is determined by the sign (+, -) of the accumulated polarization voltage value, and the control unit continuously monitors the sign of the polarization voltage value.
참고로, 상기 수식에서 VPL , VPS 를 더한 값이 분극전압이라고 할 수 있다. For reference, a value obtained by adding V PL and V PS in the above equation can be referred to as a polarization voltage.
도 2는 배터리에서의 충전 및 방전을 나타내는 그래프(200)이다.2 is a
도면에서 보는 바와 같이, 동일한 배터리 용량 상태 (SOC)에서 서로 다른 전압 (OCV) 레벨 (201, 203)을 가지게 된다. 따라서 본 실시 예에서는 충전과 방전에서 각각 다른 기준을 적용하여 배터리의 용량상태 (SOC)를 추정한다.(OCV) levels 201 and 203 in the same battery capacity state (SOC), as shown in the figure. Therefore, in this embodiment, the capacity state (SOC) of the battery is estimated by applying different criteria in charging and discharging.
도 3a,도 3b,도 3c 및 도 3d는 분극전압이 충전상태의 경우로서, 도 1 및 도 2에 의거한 OCV에 대응되는 SOC와, 상기 SOC에 의한 갱신되는 각 파라미터 값 (내부저항(Rs), 저항(Rp), 콘텐서(Cp)) table을 하나의 예로써 나타내는 도면이다.FIGS. 3A, 3B, 3C and 3D are graphs showing the relationship between the SOC corresponding to the OCV based on FIGS. 1 and 2 and the parameter values (internal resistance Rs ), A resistance (Rp), and a condenser (Cp)) table as an example.
도 4a,도 4b,도 4c 및 도 4d는 분극전압이 방전상태의 경우로서, 도 1 및 도 2에 의거한 OCV에 대응되는 SOC와, 상기 SOC에 의한 갱신되는 각 파라미터 값 (내부저항(Rs), 저항(Rp), 콘텐서(Cp)) table을 하나의 예로써 나타내는 도면이다.4A, 4B, 4C, and 4D are graphs showing the relationship between the SOC corresponding to the OCV based on FIGS. 1 and 2 and the parameter values (internal resistance Rs ), A resistance (Rp), and a condenser (Cp)) table as an example.
도 3a에 나타난 바와 같이, 실시 예인 온도 20도에서 OCV값이 xx.xx(V) 인 경우에서, 충전인 경우라면, 미리 설정되어 저장된 충전 OCV-SOC table에 의해 SOC 50%값을 얻을 수 있다. 그리고 SOC가 충전 state에서 50% 이기 때문에, 도 3b,3c 및 3d에 나타난 바와 같이 각 parameter의 값이 a1, a2, a3로 갱신된다.As shown in FIG. 3A, when the OCV value is xx.xx (V) at a temperature of 20 ° C., which is an embodiment, in the case of charging, the
마찬가지로, 동일한 온도(20도)와 OCV전압 상황에서 방전인 경우라면, 도 4a에 나타난 방전 OCV-SOC table 에 의해 SOC 40%의 값을 얻을 수 있으며, SOC가 방전 state에서 40% 이기 때문에 각 parameter의 값은 b1, b2, b3로 갱신된다.Similarly, if the discharge is at the same temperature (20 degrees) and the OCV voltage situation, a value of SOC of 40% can be obtained by the discharge OCV-SOC table shown in FIG. 4A and since the SOC is 40% Is updated to b1, b2, b3.
상기 관계 테이블은 미리 설정되어 저장되어 있다.The relationship table is set and stored in advance.
도 5는 실시 예로써, 분극전압에 의거 충/방전이 구분되고, 상기 구분된 충전 상태, 방전 상태 각각의 전원 상태에서 배터리의 용량 상태(SOC, State Of Charge)값을 추정하는 것을 나타내는 흐름도(500)이다.FIG. 5 is a flow chart illustrating a method of estimating the SOC (State Of Charge) value of the battery in the charge state and the discharge state in the divided charging / discharging states based on the polarization voltage 500).
먼저, 도 5에 의한 실시 예의 동작을 개괄적으로 설명한다.First, the operation of the embodiment according to Fig. 5 will be outlined.
현재의 입력된 온도, 현재 상태의 배터리 전류/ 전압 값에 의거, 도 1의 배터리 모델링 및 수식이 계산되고, 그에 의거 충전/방전 상태 기준을 확인하기 위한 배터리의 분극전압이 확인되고, 또한 도 2의 SOC/OCV특성이 얻어진다.The battery modeling and the formula of FIG. 1 are calculated based on the current input temperature and the battery current / voltage value of the current state, the polarization voltage of the battery for confirming the charge / discharge state reference is confirmed based on the battery modeling and the formula, The SOC / OCV characteristic of the light emitting diode is obtained.
상기 판별된 충전 또는 방전 상태별로, 상기 과정에서 얻어진 도 2의 그래프를 이용하여 각각의 상태(충전/방전)에서의 SOC를 UPDATE한다. (상기 과정을 통해 OCV를 알고 있으므로 도 2의 그래프에 의거 SOC를 알수 있음)The SOC of each state (charging / discharging) is updated by using the graph of FIG. 2 obtained in the above-described process for each of the determined charging or discharging states. (Since the OCV is known through the above process, the SOC can be known based on the graph of FIG. 2)
상기 갱신된 SOC에 의거하여 도 3 및 도 4의 테이블을 통해 모델링 파라미터 값 (내부저항, 저항, 콘텐서)이 갱신된다.Based on the updated SOC, the modeling parameter values (internal resistance, resistance, and content) are updated through the tables in FIG. 3 and FIG.
상기에서 갱신된 파라미터 값 (내부저항, 저항, 콘텐서)에 의거 도 1의 모델링이 수행되어 현재 배터리 상태의 SOC를 추정한다. The modeling shown in FIG. 1 is performed based on the parameter values (internal resistance, resistance, and condenser) updated above to estimate the SOC of the current battery state.
이하 도 5를 참조하면, 배터리의 SOC를 연산하기 위해, 현재의 온도, 측정된 현재 배터리의 전압, 전류의 값이 입력된다. (S 501)5, in order to calculate the SOC of the battery, the current temperature, the measured voltage of the current battery, and the current value are input. (S 501)
상기에서 현재 배터리 전압과 배터리의 사용 전류는 BMS (Battery Management System)에서 측정한 값이다. 상기에서 전류, 전압, 온도 값을 주요 factor값으로 입력한 이유는 알고리즘을 설계할 때, 배터리의 상태가 무엇에 대해서 변화하는지 여부를 관찰한 결과, 다른 factor들의 영향은 없거나 미미하였다.The current battery voltage and the current of the battery are measured by a BMS (Battery Management System). The reason for entering the current, voltage, and temperature values as the main factor values is that when the algorithm is designed, it is observed whether the state of the battery changes with respect to the other factors.
또한 도 1에 나타난 바와 같이 회로 해석을 한 결과 실제 사용되는 입력 factor 또한 전류 전압 외에 다른 것은 없었다.Also, as shown in Fig. 1, there is no difference between the input voltage and the current voltage.
상기 입력받은 값과 이전 배터리 용량상태(SOC) 값을 사용하여 OCV를 연산 및 충전과 방전 상태를 파악하여 배터리 용량 상태(SOC)에서 충전/방전 기준을 선택한다. (S 503, S 505)The OCV is calculated using the input value and the previous battery capacity state (SOC) value, and the charge / discharge criterion is selected in the battery capacity state (SOC) by grasping the charging and discharging states. (S503, S505)
상기 단계 동작 관련, 만충전 용량 상태에서 안정화 이후 방전을 시작한 경우를 예를 들면, SOC 100% 상태(Pack 전압 = OCV 전압)의 parameter들이 도 1의 모델링한 회로에 적용된다. 이때 방전을 시작하면, SOC 100%일 때의 parameter들로 구성된 회로에 전류가 인가되면서 내부적으로 전압강하와 분극전압이 생기게 된다.For example, the
이를 수학식 1에 의거 내부에서 발생한 전압강하와 분극전압의 크기가 계산된다. 이를 내부 OCV 전압 추정에 반영한다.The voltage drop and the magnitude of the polarization voltage are calculated based on Equation (1). This is reflected in the internal OCV voltage estimation.
OCV전압 = 배터리 Pack 전압 - 분극전압 - 전압강하, 이렇게 계산된 OCV를 다시 SOC로 환산하여 회로 모델의 parameter들을 update하게 된다. (도 1,2,3,4참고)OCV voltage = battery pack voltage - polarization voltage - voltage drop, and the calculated OCV is converted back to SOC to update the parameters of the circuit model. (See Figs. 1, 2, 3, and 4)
부연하여 설명하면, 도 1과 관련된 수학식 1에서의 VPL(t), VPS(t) 위에 있는 점은 미분을 표시하는 점들이며, t라는 시점에서의 변화량이다. SOC 100% 일 때, 도면 1의 배터리 모델회로에 있는 R-C 값들은 SOC 100% 일 때의, parameter 들로 update가 된 상태이다. 이때 방전을 하면, SOC 100% 일 때의 parameter 들로 구성된 회로에 전류가 흐르는 상태가 된다. 이 회로를 수식 적으로 분석하면 수학식 1의 (1), (2), (3)처럼 수식을 풀 수 있다. 즉, 각각의 RS ,100%, RPL ,100%, RPS ,100%, CPL,100%, CPS , 100% 를 사용하여 회로를 푼다. 이러한 과정들을 통해 얻은 SOC가 99%가 되면 각각의 parameter 들도 RS ,99%, RPL ,99%, RPS ,99%, CPL ,99%, CPS ,99% update하게 된다.In other words, the points on V PL (t) and V PS (t) in Equation (1) related to FIG. 1 are the points representing the differential and the amount of change at the point of time t. When the SOC is 100%, the RC values in the battery model circuit of FIG. 1 are updated with the parameters when the SOC is 100%. At this time, when the discharge is performed, a current flows in a circuit composed of parameters at
수학식 1의 (1),(2),(3)은 도면 1의 회로도를 수식으로 풀어놓은 것이다.(1), (2), and (3) in Equation (1) are obtained by expressing the circuit diagram of FIG.
도 2, 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 배터리는 상황에 따라 비선형적으로 변화는 성질이 있어서 각 상황에 해당하는 값을 table 화하여 가지고 있고, 그때 그때의 해당 값 및 파라미터값에 의거 계산을 수행한다.As shown in FIGS. 2, 3 and 4, the battery has a property of non-linearly changing according to the situation, so that the value corresponding to each situation is tabulated. Based on the corresponding value and parameter value at that time, .
분극 전압이 "+" 이면 충전, " -" 이면 방전상태로 구분한다.If the polarization voltage is "+", it is charged. If it is "-", it is classified as discharge.
분극전압의 극성은 누적 계산된 분극 전압값의 부호 (+,-)로 결정되며, 제어부가 분극 전압값의 부호를 지속적으로 모니터링한다.The polarity of the polarization voltage is determined by the sign (+, -) of the accumulated polarization voltage value, and the control unit continuously monitors the sign of the polarization voltage value.
상기 수학식 1에서 VPL , VPS 를 더한 값이 분극전압이라고 할 수 있다. The value obtained by adding V PL and V PS in Equation (1) can be regarded as a polarization voltage.
이어서 배터리 용량 (충전/방전) 상태(SOC) 기준을 각 갱신한다. (S 507, S 513)Subsequently, the battery capacity (charge / discharge) status (SOC) criterion is renewed each time. (S 507, S 513)
배터리를 충/방전하면, 충전 시 전압 변화와 방전 시 전압변화가 다르다. When the battery is charged / discharged, the voltage change upon charging differs from the voltage change upon discharging.
그리고 SOC성분은 서서히 변화하는 값이다. 만약 1분간 15A의 크기로 충전을 한 경우 배터리의 전압은 충전 시 전압 변화 특성을 반영하게 된다. 그런데 충전 완료 후 1초간 15A방전을 하게 되면, 방전으로 끝났지만 실제로 배터리의 전압 변화 특성은 아직 충전방향에 해당하는 특성을 가지고 있다. 이와 같은 상황에서 사용자는 배터리의 전압변화 특성이 충전인지 방전인지 결정을 분극전압 극성에 의거 충전과 방전의 상태를 구분하여, 도 2, 3, 4에 나타난 바와 같이 각 상태(충전/방전)에서의 SOC값을 정하는 것이다.And the SOC component gradually changes. If the battery is charged at 15 A for one minute, the voltage of the battery will reflect the voltage change characteristic at the time of charging. However, if 15A discharge is performed for 1 second after completion of charging, the discharge is ended, but the voltage change characteristic of the battery actually has a characteristic corresponding to the charging direction. In such a situation, the user determines whether the voltage change characteristic of the battery is charge or discharge based on the polarization voltage polarity and distinguishes the state of charging and discharging. As shown in FIGS. 2, 3 and 4, And the SOC value of the SOC.
또한 모델링의 파라미터를 도 3 및 도 4와 같이 갱신한다. (S 509, S 515)The parameters of the modeling are updated as shown in Figs. 3 and 4. (S 509, S 515)
충전과 방전은 실질적으로 동일한 절차로 진행된다. 단지 연산을 통해 계산된 SOC값과 온도, 그리고 충/방전 상태를 고려하여 갱신된다. 실험을 통해 얻어진 충전과 방전의 OCV-SOC 전압 table이 저장되어 있으며, 이 table은 2차원으로 온도 10도간격, SOC 10%간격으로 구성되어 있다. 연산을 통해 얻어진 OCV전압을 기준으로 현재 온도에서 연산된 OCV 전압이 table 기준으로 얼마의 SOC 값인지를 기준 table과 매칭하여 결과를 얻게 된다. 이렇게 얻어진 SOC 값을 기준으로 또 다시 온도와 SOC 기준의 parameter table(10도간격, SOC 10%간격의 2차원 table)에서 SOC에 해당하는 값을 연산하여 parameter 값을 얻게 된다.Charging and discharging proceed in substantially the same procedure. It is updated considering only SOC value, temperature, and charge / discharge state calculated through calculation. The OCV-SOC voltage table of the charge and discharge obtained from the experiment is stored. This table is composed of 2-dimensional intervals of 10 ° C. and
상기와 같이 갱신된 배터리 충전 상태(SOC) 기준과 파라미터를 이용하여 배터리 용량 상태(SOC)를 추정한다. (S 511).The battery capacity state (SOC) is estimated using the battery charge state (SOC) criterion and parameters updated as described above. (S 511).
일련의 연산을 통하여 얻어지는 결과는 SOC 값이다. 충전과 방전일 때 각각 배터리 내부 요소인 parameter를 이용하여 얻은 OCV값을 가지고 현재 배터리의 용량이 몇%인지를 나타내는 것이다. 현재 온도가 20도에서 방전 상태인데, 일련의 연산을 통해서 얻어진 내부의 OCV전압 값이 30V이면, 20도의 온도에서 방전 시 OCV 전압이 30V일 때의, SOC값을 table에 매칭하여 SOC 결과를 얻게 되며, 만약 충전일 경우는 충전 table의 값에 매칭시켜 얻게 된다. The result obtained through a series of operations is the SOC value. It indicates the current capacity of the battery with the OCV value obtained by using the internal parameter of the battery when charging and discharging, respectively. If the internal OCV voltage value obtained through a series of calculations is 30V, the SOC value is matched to the table when the OCV voltage is 30V at the discharge at the temperature of 20 degrees, and the SOC result is obtained If it is a charge, it is obtained by matching the value of the charge table.
상기 연산(추정)된 배터리 충전 상태(SOC) 값을 다음 추정 시점에 사용하게 된다. The calculated (estimated) battery charge state (SOC) value is used at the next estimation time point.
상기 실시 예에 의한 배터리 용량 상태 추정 방법은, 일반적인 배터리 용량 추정에도 적용할 수 있다.The battery capacity state estimation method according to the embodiment can also be applied to general battery capacity estimation.
예를 들어, 상기 배터리(100)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 재충전이 가능하고 충전상태를 고려해야 하는 리튬 이온전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등에도 적용 가능하다.For example, the type of the
또한 본 실시 예의 기술적은 사상은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 해석된다. Further, the technical idea of the present embodiment is not limited to the above-described embodiment and the attached drawings, but is construed according to the appended claims.
따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능 하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims, As will be described below.
101 : 내부저항, 103 : long-term 분극 성분, 105 : short-term 분극 성분101: internal resistance, 103: long-term polarization component, 105: short-term polarization component
Claims (10)
상기 확인된 결과에 의거 배터리 충전 및 방전 상태 중에서 적어도 하나의 상태가 결정되는 단계; 및
상기 결정된 각 상태별로 배터리의 용량상태 (SOC)가 추정되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 용량 상태 추정 방법.Checking the polarization voltage of the battery;
Determining at least one state among battery charge and discharge states based on the identified result; And
Estimating a capacity state (SOC) of the battery for each of the determined states.
상기 입력받은 요소를 이용하여 미리 정한 방식에 의한 배터리 모델링이 수행되는 단계;
상기 모델링 결과에 의거 분극전압, 개방전압 (OCV) 및 용량상태 (SOC)값 중에서 적어도 하나의 값이 획득되는 단계;
상기 분극전압에 의거 각 전원상태별로 배터리의 용량 상태 값이 갱신되는 단계;
상기 갱신된 배터리 용량 상태 값에 따른 배터리 모델링 파라미터 값이 갱신되는 단계; 및
상기 갱신된 모델링 파라미터값에 의거 배터리 용량 상태값 (SOC)이 계산되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 용량 상태 추정 방법.Receiving at least one element of temperature, current and voltage;
Performing battery modeling by a predetermined method using the input element;
Obtaining at least one of polarization voltage, open voltage (OCV), and capacitance state (SOC) value based on the modeling result;
Updating the capacity state value of the battery for each power state based on the polarization voltage;
Updating a battery modeling parameter value according to the updated battery capacity status value; And
Calculating a battery capacity state value (SOC) based on the updated modeling parameter value.
The method of claim 6 or 9, wherein the calculated capacity state value (SOC) is used in estimating the next battery capacity state value.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120066341A KR101394012B1 (en) | 2012-06-20 | 2012-06-20 | Method for presuming state of charge of battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120066341A KR101394012B1 (en) | 2012-06-20 | 2012-06-20 | Method for presuming state of charge of battery |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130142807A true KR20130142807A (en) | 2013-12-30 |
| KR101394012B1 KR101394012B1 (en) | 2014-05-12 |
Family
ID=49986339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120066341A KR101394012B1 (en) | 2012-06-20 | 2012-06-20 | Method for presuming state of charge of battery |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101394012B1 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018151431A1 (en) * | 2017-02-17 | 2018-08-23 | 주식회사 엘지화학 | Method for estimating state of charge of energy storage device |
| KR20190055525A (en) * | 2017-11-15 | 2019-05-23 | 주식회사 엘지화학 | Cell balancing circuit for preventing polarization of battery and method preventing polarization of battery using thereof |
| KR20200038914A (en) * | 2020-04-06 | 2020-04-14 | 주식회사 엘지화학 | Method for estimating state of charge(soc) |
| WO2020130324A1 (en) * | 2018-12-21 | 2020-06-25 | 주식회사 엘지화학 | Method and device for controlling step charging of secondary battery |
| CN112659957A (en) * | 2020-12-31 | 2021-04-16 | 爱驰汽车有限公司 | Remote monitoring method of charging equipment |
| CN112858913A (en) * | 2019-11-28 | 2021-05-28 | 中国石油化工股份有限公司 | Method for calculating residual capacity of battery based on variable parameter first-order RC model |
| US11262409B2 (en) | 2018-10-12 | 2022-03-01 | Lg Energy Solution, Ltd. | Battery management apparatus and method |
| WO2022242926A1 (en) * | 2021-05-20 | 2022-11-24 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method and control device for determining an energy quantity in a battery or battery cell |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002056903A (en) * | 2000-08-07 | 2002-02-22 | Hitachi Ltd | Polarization voltage value computing method, battery voltage value compensation method and remainder state estimation method of secondary battery, secondary battery unit and device using same |
| JP4097182B2 (en) * | 2001-12-27 | 2008-06-11 | パナソニックＥｖエナジー株式会社 | Secondary battery polarization voltage estimation method, secondary battery remaining capacity estimation method and apparatus, and battery pack system |
| KR100901252B1 (en) * | 2006-08-02 | 2009-06-08 | 주식회사 엘지화학 | Method and Apparatus for estimation of State Of Charge using sliding mode observer |
-
2012
- 2012-06-20 KR KR1020120066341A patent/KR101394012B1/en active IP Right Grant
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018151431A1 (en) * | 2017-02-17 | 2018-08-23 | 주식회사 엘지화학 | Method for estimating state of charge of energy storage device |
| KR20180095207A (en) * | 2017-02-17 | 2018-08-27 | 주식회사 엘지화학 | Method for estimating state of charge(soc) |
| US11112461B2 (en) | 2017-02-17 | 2021-09-07 | Lg Chem, Ltd. | Method for estimating state of charge of energy storage device |
| KR20190055525A (en) * | 2017-11-15 | 2019-05-23 | 주식회사 엘지화학 | Cell balancing circuit for preventing polarization of battery and method preventing polarization of battery using thereof |
| US11262409B2 (en) | 2018-10-12 | 2022-03-01 | Lg Energy Solution, Ltd. | Battery management apparatus and method |
| WO2020130324A1 (en) * | 2018-12-21 | 2020-06-25 | 주식회사 엘지화학 | Method and device for controlling step charging of secondary battery |
| US11876397B2 (en) | 2018-12-21 | 2024-01-16 | Lg Energy Solution, Ltd. | Apparatus and method for controlling step charging of secondary battery |
| CN112858913A (en) * | 2019-11-28 | 2021-05-28 | 中国石油化工股份有限公司 | Method for calculating residual capacity of battery based on variable parameter first-order RC model |
| CN112858913B (en) * | 2019-11-28 | 2023-09-26 | 中国石油化工股份有限公司 | Method for calculating residual battery capacity based on variable parameter first-order RC model |
| KR20200038914A (en) * | 2020-04-06 | 2020-04-14 | 주식회사 엘지화학 | Method for estimating state of charge(soc) |
| CN112659957A (en) * | 2020-12-31 | 2021-04-16 | 爱驰汽车有限公司 | Remote monitoring method of charging equipment |
| WO2022242926A1 (en) * | 2021-05-20 | 2022-11-24 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method and control device for determining an energy quantity in a battery or battery cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101394012B1 (en) | 2014-05-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101394012B1 (en) | Method for presuming state of charge of battery | |
| JP6555773B2 (en) | Storage power remaining amount estimation device, method for estimating remaining power storage amount of storage battery, and computer program | |
| US20220082631A1 (en) | Method and apparatus for determining the state of health and state of charge of lithium sulfur batteries | |
| CN105891729B (en) | The condition detection method and device of battery and battery pack | |
| JP6734784B2 (en) | How to estimate battery health | |
| EP3018753B1 (en) | Battery control method based on ageing-adaptive operation window | |
| Hussein | Capacity fade estimation in electric vehicle li-ion batteries using artificial neural networks | |
| JP6151163B2 (en) | Battery state calculation device and battery state calculation method | |
| Kim et al. | Online SOC and SOH estimation for multicell lithium-ion batteries based on an adaptive hybrid battery model and sliding-mode observer | |
| JP6714838B2 (en) | State estimation device and state estimation method | |
| JP7067566B2 (en) | Battery monitoring device, computer program and battery monitoring method | |
| Hussein | Kalman filters versus neural networks in battery state-of-charge estimation: A comparative study | |
| JP6455914B2 (en) | Storage power remaining amount estimation device, method for estimating remaining power storage amount of storage battery, and computer program | |
| JP6450565B2 (en) | Battery parameter estimation device | |
| WO2020198118A1 (en) | Methods, systems, and devices for estimating and predicting a remaining time to charge and a remaining time to discharge of a battery | |
| Jiani et al. | Li-ion battery SOC estimation using particle filter based on an equivalent circuit model | |
| KR102101912B1 (en) | Method for estimating state of charge(soc) | |
| JP2010019595A (en) | Residual capacity calculating apparatus of storage device | |
| JP2016531270A (en) | How to evaluate the state of charge of a battery | |
| JP2017129402A (en) | Battery state estimation method and device | |
| JP2017129401A (en) | Battery state estimation method and device | |
| JP2007139536A (en) | Inputtable/outputtable power estimation apparatus for secondary battery | |
| EP4333242A1 (en) | Battery state estimation device and power system | |
| JPWO2020012720A1 (en) | Secondary battery parameter estimation device, secondary battery parameter estimation method and program | |
| JP5412891B2 (en) | Secondary battery control device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170405 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180409 Year of fee payment: 5 |