KR20220165989A - Method for examining credibility of battery management system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배터리 관리에 관한 것으로서, 특히 배터리를 관리하는 BMS의 신뢰성을 검사하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to battery management, and more particularly to a method for inspecting the reliability of a BMS that manages a battery.
리튬이온 배터리는 현재 상용화되어 있는 이차전지 중에서 가장 성능이 우수하다. 다른 이차 전지들과 비교하여 상대적으로 무게가 가볍고, 에너지 밀도가 높기 때문에, 휴대용 제품에서부터 대형 에너지 저장 시스템에 이르기까지 다양한 분야에 널리 이용되고 있다. 특히 전기차가 보급되고 있음에 따라, 주행거리 향상을 위한 배터리의 저장용량 문제와 치명적인 단점인 안정성 문제를 해결하기 위하여 리튬-황(Lithium-Sulfur), 리튬-에어(Lithium-Air), 나트륨-마그네슘(Sodium-Magnesium) 및 전고체(Solid-State) 배터리와 같은 차세대 전지를 개발해 나가고 있다. 하지만 이와 같은 차세대 전지들은 상용화에 이르기까지는 아직까지 해결해야 할 문제들이 많다. 따라서 당분간은 리튬이온전지 시장이 지속적으로 확대되어 갈 전망이다. 특히, 휴대폰 및 퍼스널 모빌리티(전동 킥보드, 전기자전거 등) 시장의 성장과 더불어 리튬이온전지의 효율적 에너지 사용과 안정성 문제가 더욱 부각되고 있다.Lithium-ion batteries have the best performance among commercially available secondary batteries. Because it is relatively light in weight and high in energy density compared to other secondary batteries, it is widely used in various fields ranging from portable products to large-scale energy storage systems. In particular, with the spread of electric vehicles, lithium-sulfur, lithium-air, and sodium-magnesium are used to solve the problem of battery storage capacity for improving mileage and stability, which is a fatal disadvantage. We are developing next-generation batteries such as Sodium-Magnesium and Solid-State batteries. However, there are still many problems to be solved before these next-generation batteries are commercialized. Therefore, for the time being, the lithium-ion battery market is expected to continue to expand. In particular, with the growth of the cell phone and personal mobility (electric kickboards, electric bicycles, etc.) markets, the efficient energy use and safety issues of lithium-ion batteries are becoming more prominent.
일반적으로 리튬이온 배터리는 초기에는 한동안 안정적이다. 하지만 사용빈도가 늘어날수록 수명이 줄어들고, 전해질이 산화-환원 반응에 의해 분해되고, 이것이 SEI(Solid Electrolyte Interface)층을 형성하여, 내부 저항이 증가하는 효과를 가져오게 되면서, 사용할 수 있는 배터리 용량이 줄어들게 된다. SEI층은 전해질이 계속해서 분해되지 않도록 하는 보호막 역할을 하지만, 반면 엔트로피 측면에서 보았을 때, 가역용량의 감소를 가져오는 직접적인 원인이 된다.Generally, lithium-ion batteries are initially stable for a while. However, as the frequency of use increases, the life span decreases, and the electrolyte is decomposed by an oxidation-reduction reaction, which forms a SEI (Solid Electrolyte Interface) layer, resulting in an increase in internal resistance, resulting in a decrease in usable battery capacity. will decrease The SEI layer serves as a protective film to prevent continued decomposition of the electrolyte, but on the other hand, from the point of view of entropy, it is a direct cause of a decrease in reversible capacity.
수명이 줄어든 상태에서 충방전을 반복하게 되면, 상황에 따라 과충전, 과방전, 과전류 등의 문제가 발생할 수 있다. 특히, 퍼스널 모빌리티 시장의 성장으로 인해 각 가정에서 전동킥보드 및 전기자전거 등을 충전하면서, 수명상태를 고려하지 않고 충전을 하다가, 과열 및 발화로 인한 화재사고도 빈번하게 발생하고 있다.If charging and discharging are repeated in a state where the lifespan is reduced, problems such as overcharging, overdischarging, and overcurrent may occur depending on circumstances. In particular, due to the growth of the personal mobility market, while charging electric kickboards and electric bicycles at home, fire accidents due to overheating and ignition occur frequently while charging without considering the lifespan.
리튬이온 배터리는 용량이 초기 용량 대비 80% 이하로 떨어지게 되면, 수명을 다한 것으로 간주하고 있다. 이러한 배터리의 수명을 예측하는 것은 에너지 저장 장치의 효율적인 자원 활용과 안정적인 관리 및 사용을 위하여 매우 중요한 것이다.Lithium-ion batteries are considered to have reached the end of their lifespan when their capacity drops below 80% of their initial capacity. Predicting the lifespan of such a battery is very important for efficient resource utilization and stable management and use of energy storage devices.
특히, 최근의 ESS 화재 사고와 전기차의 화재 사건의 원인으로 배터리 자체의 문제와 BMS의 동작 불량이 크게 지목되고 있다. 즉, 배터리의 상태가 불량/고장이라 하더라도 BMS의 역할이 정확하고 안정적이었다면 사고를 방지할 수 있었기 때문에, BMS의 자체 성능에 대한 신뢰성에 검증이 필요하다. In particular, the problem of the battery itself and the poor operation of the BMS are largely pointed out as the causes of recent ESS fire accidents and electric vehicle fire accidents. That is, even if the battery is in a bad/failure state, if the role of the BMS was accurate and stable, the accident could have been prevented. Thus, the reliability of the BMS performance needs to be verified.
이와 같이, 배터리의 수명을 관리하는 BMS의 중요성이 점점 높아지고 있다.As such, the importance of the BMS for managing the lifespan of a battery is gradually increasing.
대한민국 특허 공개 번호 제 10-2010-0019660 (2010.02.19.) "이차전지의 수명 예측 장치 및 이를 이용한 수명 예측방법"은, 이차전지의 작동 전압 범주에서 1차 충전시키는 단계, 상기 이차전지의 특정 용량의 충전시점에서 cut-off시키는 단계, 상기 cut-off 전압에 도달시, 특정 용량의 전류까지 2차 충전시키는 단계, 상기 2차 충전에서 상기 전류에 도달될 때까지의 시간을 측정하는 단계, 상기 측정시간과 미리 설정된 기준 시간과의 데이터 맵핑을 통하여 전지의 수명을 예측하는 단계, 및 상기 예측된 수명을 표시하는 단계를 포함하는 전지 충전시의 정전압 구간을 통한 이차전지의 수명 예측 방법 및 이를 예측할 수 있는 장치를 개시한다. 이러한 종래 기술에 의하면 이용자가 이차전지의 수명을 확인할 수 있어 예상치 못한 시기에 이차 전지가 방전됨에 따라 사용자가 휴대용 전기기기를 사용하지 못하는 불편함을 없앨 수 있고, 특히 이차 전지의 교체가 필요한데도 불구하고 충전기에서 충전하기 전에 이를 사용자가 알지 못하여 불필요한 충전을 하게 되는 문제를 해결할 수 있다.Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0019660 (2010.02.19.) "Life Prediction Apparatus of Secondary Battery and Life Prediction Method Using the Same", the step of primary charging in the operating voltage range of the secondary battery, the specification of the secondary battery cut-off at the charging point of capacity, secondary charging up to a specific capacity current when the cut-off voltage is reached, measuring the time from the secondary charging to reaching the current, A method for predicting the life of a secondary battery through a constant voltage section during battery charging, including predicting the life of the battery through data mapping between the measurement time and a preset reference time, and displaying the predicted lifespan, and Discloses a predictable device. According to this prior art, the user can check the lifespan of the secondary battery, and as the secondary battery is discharged at an unexpected time, it is possible to eliminate the inconvenience of the user not being able to use the portable electric device, and in particular, despite the need to replace the secondary battery It is possible to solve the problem of unnecessary charging because the user does not know this before charging in the charger.
하지만, 종래 기술의 BMS가 배터리 수명을 유지하고 화재 등의 사고를 미연에 방지하기 위해 중요한 역할을 담당하고 있음에도, BMS 자체의 신뢰성을 검증할 수 있는 기술은 개발되지 않은 상황이다. BMS의 신뢰성에 문제가 생겨서 BMS가 오동작할 경우, 잔여 수명이 많이 남은 배터리의 수명이 다했다고 오진단을 할 수 있고, 더 심각하게는 배터리의 화재 등의 사고를 미연에 방지할 수 없으므로 엄청난 재산과 인명 피해가 발생될 수 있다.However, even though the BMS of the prior art plays an important role in maintaining battery life and preventing accidents such as fire, technology capable of verifying the reliability of the BMS itself has not been developed. If the BMS malfunctions due to a problem with the reliability of the BMS, it may misdiagnose that the life of the battery with much remaining life is over, and more seriously, it is impossible to prevent accidents such as battery fire, and personal injury may occur.
따라서, BMS 동작의 신뢰성을 확인할 수 있는 기술이 절실히 요구된다.Therefore, a technique capable of verifying the reliability of BMS operation is urgently required.
본 발명의 목적은 배터리를 관리하는 BMS의 동작 신뢰성을 검사할 수 있는 BMS 신뢰성 검사 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a BMS reliability inspection system capable of inspecting the operational reliability of a BMS that manages a battery.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일면은, 직렬 연결된 배터리들 각각의 상태를 관리하기 위한 배터리 관리 시스템(BMS)의 신뢰성을 검사하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(BMS)의 신뢰성을 검사하기 위한 방법은, 상기 배터리의 충전 시에, 전력 공급부가, 충전 전류, 충전 전압, 충전 임계 온도 중 적어도 하나를 포함하는 충전 조건에 따라서 상기 배터리를 충전하는 전력을 공급하는 단계; 상기 배터리의 방전 시에, 전자 부하가, 방전 전류, 방전 전압, 및 방전 임계 온도 중 적어도 하나를 포함하는 방전 조건에 따라서 상기 배터리에 저장된 전력을 소모하는 단계; 충전 및 방전 시에, 데이터 획득부가, 상기 데이터 획득부의 채널간 간섭을 방지하는 절연 신호 변환기를 사용하여, 상기 배터리들 각각에 대한 단자 전압, 단자 전류, 및 온도에 대한 현재 데이터를 차동 전압의 형태로 획득하는 단계; 및 충전 및 방전 시에, 중앙 제어부가, 상기 데이터 획득부에 의해서 획득된 현재 데이터와 상기 BMS로부터 수신된 수신 데이터를 비교하여, 상기 BMS의 신뢰성을 검사하는 단계를 포함한다. 특히, 상기 전력 공급부는 상기 중앙 제어부의 제어 하에 설정된 충전 전류, 충전 종료 전압에 따라서 상기 배터리를 충전하도록 구성되고, 상기 전자 부하는, 상기 전력 공급부와 상보적으로 동작하며, 상기 중앙 제어부의 제어 하에 설정된 방전 전류 및 방전 종료 전압에 따라서 상기 배터리를 방전시키도록 구성된다. 또한, 상기 중앙 제어부는, 상기 전력 공급부와 상기 전자 부하가 동시에 동작하지 않도록 인터락 기능을 제공하도록 구성되고, 상기 BMS 및 상기 데이터 획득부는 동일한 동작 주파수에서 동작하도록 구성된다. 더 나아가, 상기 중앙 제어부는, 동일한 동작 기간 동안에 획득된 상기 현재 데이터와 상기 수신 데이터 중 하나의 누락 여부, 동일한 동작 기간 동안 획득된 상기 현재 데이터와 상기 수신 데이터의 차이를 나타내는 개별 오차, 및 상기 개별 오차를 전체 검사 기간에 걸쳐 누적한 전체 오차를 사용하여 상기 BMS의 신뢰성을 검사하도록 구성된다. 특히, 배터리 관리 시스템(BMS)의 신뢰성을 검사하기 위한 방법은, 변동하는 충전 전류 및 방전 전류로 상기 배터리를 충전 및 방전하면서, 상기 배터리의 전압, 충전 상태(state of charge; SOC), 및 방전 깊이(depth of discharge; DOD)를 측정하는 단계; 엔탈피와 엔트로피 법칙을 사용하여, 상기 전압 및 상기 충전 상태(SOC)로부터 상기 배터리가 충방전 되는 과정에서 발생되는 비가역적 에너지량(Q ir )을 유도하는 단계 - 상기 배터리의 총 에너지량은 수학식One aspect of the present invention for achieving the above objects relates to a method for inspecting the reliability of a battery management system (BMS) for managing the state of each battery connected in series. A method for inspecting the reliability of a battery management system (BMS) according to the present invention, when charging the battery, the power supply according to a charging condition including at least one of a charging current, a charging voltage, and a charging threshold temperature. supplying power to charge the battery; consuming, by an electronic load, power stored in the battery according to a discharge condition including at least one of a discharge current, a discharge voltage, and a discharge threshold temperature when the battery is discharged; During charging and discharging, the data acquisition unit converts the current data on the terminal voltage, terminal current, and temperature of each of the batteries in the form of a differential voltage using an isolated signal converter that prevents interference between channels of the data acquisition unit. Obtaining as; and comparing, by a central control unit, current data acquired by the data acquisition unit with received data received from the BMS during charging and discharging, and checking reliability of the BMS. In particular, the power supply unit is configured to charge the battery according to the charging current and the charging end voltage set under the control of the central control unit, and the electronic load operates complementaryly with the power supply unit, and under the control of the central control unit and discharging the battery according to the set discharging current and discharging end voltage. In addition, the central control unit is configured to provide an interlock function so that the power supply unit and the electronic load do not operate simultaneously, and the BMS and the data acquisition unit are configured to operate at the same operating frequency. Furthermore, the central control unit determines whether one of the current data and the received data obtained during the same operation period is missing, an individual error representing a difference between the current data obtained during the same operation period and the received data, and the individual error. and to check the reliability of the BMS using a total error accumulated over an entire inspection period. In particular, a method for inspecting the reliability of a battery management system (BMS) is, while charging and discharging the battery with a fluctuating charge current and discharge current, the battery voltage, state of charge (SOC), and discharge measuring depth of discharge (DOD); Deriving an irreversible energy amount ( Q ir ) generated in the process of charging and discharging the battery from the voltage and the state of charge (SOC) using the laws of enthalpy and entropy - The total energy amount of the battery is
에 의하여 비가역적 줄열과 가역적 줄열 그리고 단자저항에 의한 열의 합으로서 정의됨 -; 및 유도된 비가역적 에너지량(Q ir )으로부터 상기 배터리의 잔여 수명을 예측하는 단계를 수행하도록 구성되고, 비가역적 에너지량(Q ir )은 수학식 Defined as the sum of irreversible Joule heat, reversible Joule heat and heat due to terminal resistance by -; and estimating the remaining life of the battery from the derived irreversible energy amount ( Q ir ), wherein the irreversible energy amount ( Q ir ) is expressed by the equation
를 사용하여 유도되고, 여기에서 Q0는 배터리 최대 용량, α는 아레니우스 상수(Arrhenius rate constant)이고, EC 및 ED는 각각 충전시 및 방전시의 셀전압이며, 상기 배터리의 잔여 수명은 수학식, where Q 0 is the maximum capacity of the battery, α is the Arrhenius rate constant, E C and E D are the cell voltages during charging and discharging, respectively, and the remaining life of the battery. is the equation
를 사용하여 예측되고, 여기에서 Q ir_m 은 비가역적 에너지량의 사이클별 최대값, m은 최대 사이클 기간, N a 및 N p 는 각각 실제 사이클 횟수와 예측된 사이클 횟수이고, Q ir_k 는 k번째 사이클 현재의 비가역적 에너지량이다. 특히, 상기 배터리의 잔여 수명을 예측하는 단계는, Q ir_m 및 Q ir_k 를, 상기 배터리에 대한 전압과 충전 상태(SOC)의 관계를 나타내는 그래프에서 사이클별 충방전 곡선이 차지하는 면적으로부터 구하며, 상기 사이클별 충방전 곡선의 면적은, 상기 충방전 곡선을 적어도 두 개 이상의 섹션으로 분할하고, 분할된 섹션별 면적을 합산하여 구해지는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 사이클별 충방전 곡선을 분할하는 것은, 상기 충방전 곡선에서, 연속하는 두 사이클에서의 충전 시작점(PCS, P* CS), 충전 변곡점(PCK, P* CK), 방전 시작점(PDS, P* DS), 및 방전 변곡점(PDK, P* DK)을 추출하는 것, 및, where Q ir_m is the maximum cycle-by-cycle value of irreversible energy, m is the maximum cycle period, N a and N p are the actual cycle number and predicted cycle number, respectively, and Q ir_k is the kth cycle is the current amount of irreversible energy. In particular, the step of estimating the remaining life of the battery may include obtaining Q ir_m and Q ir_k from an area occupied by a cycle-by-cycle charge/discharge curve in a graph representing a relationship between voltage and state of charge (SOC) for the battery, and the cycle The area of each charge/discharge curve may be obtained by dividing the charge/discharge curve into at least two sections and summing up the areas of the divided sections. In addition, dividing the charge/discharge curve for each cycle is, in the charge/discharge curve, the charge start point in two consecutive cycles (P CS , P * CS ), the charge inflection point (P CK , P * CK ), the discharge start point ( Extracting P DS , P * DS ), and discharge inflection points (P DK , P * DK ), and
상기 충방전 곡선을: PCS, P* CS, PCK, 및 P* CK에 의해 형성되는 제 1 섹션; P* CS, P* CK, P* DS, 및 P* DK에 의해 형성되는 제 2 섹션; 및 PDS, P* DS, PDK, 및 P* DK에 의해 형성되는 제 3 섹션으로 분할하는 것을 포함한다. 또한, 상기 충전 시작점(PCS) 및 방전 시작점(PDS)은 전류의 방향 변동에 의해 추출되고, 상기 충전 변곡점(PCK) 및 방전 변곡점(PDK)은 충전 상태(SOC)에 대한 전압의 변화량에 기반하여 추출된다. The charge/discharge curve is defined as: a first section formed by P CS , P * CS , P CK , and P * CK ; a second section formed by P * CS , P * CK , P * DS , and P * DK ; and dividing into a third section formed by P DS , P * DS , P DK , and P * DK . In addition, the charging start point (P CS ) and the discharge start point (P DS ) are extracted by the direction change of the current, and the charge inflection point (P CK ) and the discharge inflection point (P DK ) are the voltage of the state of charge (SOC) It is extracted based on the amount of change.
본 발명에 의하여, BMS의 동작 신뢰성을 모니터링할 수 있고, BMS의 오동작으로 인해 잔여 수명이 남은 배터리가 버려지는 것을 방지하여 환경 보호에 기여할 수 있다.According to the present invention, it is possible to monitor the operational reliability of the BMS, and contribute to environmental protection by preventing a battery with remaining service life from being discarded due to a malfunction of the BMS.
또한, 본 발명에 의하여, 덴드라이트로 인해 분리막이 훼손되어 화재를 유발할 가능성이 있는 배터리가 사전에 파악되지 않는 위험을 줄일 수 있으므로, 배터리 화재로 인한 인명 피해를 방지할 수 있고, 배터리 화재가 연소되어 걷잡을 수 없이 커질 수 있는 재산상 손실을 사전에 방지할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to reduce the risk of a battery that is likely to cause a fire due to damage to the separator due to dendrites being not identified in advance, thereby preventing human damage due to a battery fire, and preventing battery fire from burning property damage that can grow out of control can be prevented in advance.
도 1a는 본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 1b는 본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법이 수행될 수 있는 BMS 신뢰성 검사 시스템을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 2a는 본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법이 수행되는 BCES의 각 구성요소들을 계층화하여 보여주는 예시도이다.
도 2b는 본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법이 수행되는 BCES에서 수행되는 동작들을 동작 모드별로 순차적으로 보여주는 흐름도이다.
도 3a는 본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법이 수행되는 BCES의 검사 초기 화면을 예시한다.
도 3b는 본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법이 수행되는 BCES의 설정 화면을 예시한다.
도 4a는 본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법이 수행되는 BCES에서 실행될 수 있는 엔트로피-엔탈피에 기반한 배터리 수명 예측 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이고, 도 4b는 도 4a의 배터리 수명 예측 방법을 실행하는 배터리 수명 예측 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 5는 점검출 방법(PDM)의 개념을 설명한다.
도 6은 충방전 상태에 따른 PDM의 네 가지 경우를 보여준다.
도 7은 섹션 분할 방법을 적용하는 개념을 설명한다.1A is a block diagram schematically illustrating a BMS reliability checking method according to the present invention.
1B is a flowchart schematically showing a BMS reliability testing system in which the BMS reliability testing method according to the present invention can be performed.
2A is an exemplary diagram showing each component of a BCES in which a method for checking reliability of a BMS according to the present invention is layered.
2B is a flowchart sequentially showing operations performed in the BCES in which the BMS reliability checking method according to the present invention is performed, for each operation mode.
3A illustrates an initial test screen of BCES in which a BMS reliability test method according to the present invention is performed.
3B illustrates a setting screen of BCES in which the BMS reliability checking method according to the present invention is performed.
4A is a flowchart schematically illustrating a method for predicting battery life based on entropy-enthalpy that can be executed in a BCES in which a BMS reliability checking method according to the present invention is performed, and FIG. 4B is a flowchart illustrating a battery life prediction method of FIG. 4A. It is a block diagram schematically illustrating the prediction system.
5 illustrates the concept of the Check Deletion Method (PDM).
6 shows four cases of PDM according to charging and discharging states.
7 illustrates the concept of applying the section division method.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention and its operational advantages and objectives achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the described embodiments. And, in order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings indicate the same members.
도 1a는 본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법이 수행되는 BCES에서 수행되는 BMS 신뢰성 검사 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.1A is a flowchart schematically illustrating a BMS reliability checking method performed in a BCES in which a BMS reliability checking method according to the present invention is performed.
이와 같은 BMS의 신뢰성을 검사하기 위한 방법에서는, 배터리의 충전 시에, 충전 전류, 충전 전압, 충전 임계 온도 중 적어도 하나를 포함하는 충전 조건에 따라서 배터리를 충전하는 전력이 공급된다(S410). 반면에, 배터리의 방전 시에 방전 전류, 방전 전압, 및 방전 임계 온도 중 적어도 하나를 포함하는 방전 조건에 따라서 배터리에 저장된 전력이 소모된다(S430).In the method for inspecting the reliability of the BMS, power for charging the battery is supplied according to a charging condition including at least one of a charging current, a charging voltage, and a charging threshold temperature when charging the battery (S410). On the other hand, when discharging the battery, power stored in the battery is consumed according to a discharging condition including at least one of a discharging current, a discharging voltage, and a discharging threshold temperature (S430).
이러한 충전 및 방전 동작 중에, 데이터 획득부는 데이터 획득부의 채널간 간섭을 방지하는 절연 신호 변환기를 사용하여 배터리들 각각에 대한 단자 전압, 단자 전류, 및 온도에 대한 현재 데이터를 차동 전압의 형태로 획득한다(S450).During these charging and discharging operations, the data acquisition unit acquires current data on the terminal voltage, terminal current, and temperature of each of the batteries in the form of a differential voltage by using an isolated signal converter that prevents interference between channels of the data acquisition unit. (S450).
그러면, 획득된 현재 데이터가 BMS로부터 수신된 수신 데이터와 비교되어, BMS의 신뢰성을 검사하기 위해 사용될 수 있다(S470). 필요하다면, 중앙 제어부는 충전 및 방전 시에 배터리의 충방전 특성을 사용하여 배터리의 수명을 예측할 수도 있다(S490).Then, the obtained current data is compared with the received data received from the BMS, and can be used to check the reliability of the BMS (S470). If necessary, the central control unit may predict the lifespan of the battery using charge/discharge characteristics of the battery during charging and discharging (S490).
도 1b는 본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법이 수행되는 BCES(BMS credibility examining system; BCES)를 개략적으로 나타내는 블록도이다.1B is a schematic block diagram of a BMS credibility examining system (BCES) in which a BMS reliability test method according to the present invention is performed.
본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법이 수행되는 BCES는 배터리 팩(110), 전력 공급부(130), BMS(140), 중앙 제어부(150), 데이터 획득부(170), 및 전자 부하(190)를 포함한다.The BCES, in which the BMS reliability test method according to the present invention is performed, includes the
전력 공급부(130)는 배터리 팩(110)을 충전하기 위한 전력을 공급하고, 전자 부하(190)는 배터리 팩(110)에 저장된 전력을 소모한다.The
데이터 획득부(170)는 하나 이상의 배터리와 병렬 연결되어 배터리의 전압, 전류, 및 온도를 포함하는 현재 데이터를 획득하며, 중앙 제어부(150)는 데이터 획득부(170), 전력 공급부, 전자 부하, 및 BMS(140)를 제어한다.The
특히, 데이터 획득부(170)는 배터리 팩(110)들 각각의 단자 전압을 차동 전압의 형태로 읽어들이기 위하여, 데이터 획득부(170)의 채널간 간섭을 방지하는 절연 신호 변환기(미도시)를 포함할 수 있다.In particular, the
또한, 중앙 제어부(150)는, 충전 시에는 충전 조건에 따라서 전력 공급부를 제어하고, 방전 시에는 방전 조건에 따라서 전자 부하를 제어한다. 충전 조건은 충전 전류, 충전 전압, 충전 임계 온도 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 방전 조건은 방전 전류, 방전 전압, 및 방전 임계 온도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In addition, the
더 나아가, 중앙 제어부(150)는 충전 및 방전 시에, 데이터 획득부(170)가 직렬 연결된 배터리들 각각에 대한 단자 전압, 단자 전류, 및 온도에 대한 현재 데이터를 절연 신호 변환기를 사용하여 획득하도록 데이터 획득부(170)를 제어하고, 데이터 획득부(170)에 의해서 획득된 현재 데이터와 BMS(140)로부터 수신된 수신 데이터를 비교하여, BMS(140)의 신뢰성을 검사하도록 구성될 수 있다.Furthermore, the
전력 공급부(130)는 중앙 제어부(150)의 제어 하에 설정된 충전 전류, 충전 종료 전압에 따라서 배터리 팩(110)를 충전하도록 구성되며, 검사 목적을 위하여 프로그램될 수 있다.The
또한, 중앙 제어부(150)는 과충전과 완전 방전을 방지하기 위하여 정해진 전압에서 배터리 팩(110)이 충전되도록 전력 공급부(130)와 전자 부하(190)를 제어한다. 그리고, 후술되는 바와 같이, 이벤트가 발생했을 경우에는 이벤트 로그를 제공하고 데이터 이상을 알릴 수 있으며, 충방전 이력도 관리할 수 있다. 더 나아가, 중앙 제어부(150)는 배터리의 충방전 특성을 사용하여 배터리의 수명을 예측하는 수명 예측 알고리즘도 구현할 수 있다. 중앙 제어부(150)에서 구현될 수 있는 수명 예측 알고리즘에 대해서는 본 명세서의 해당 부분에서 상세히 후술된다. 그러므로, 명세서의 간략화를 위하여 반복적인 설명이 생략된다.In addition, the
데이터 획득부(170)는 배터리의 충방전 상태에 대한 데이터를 획득한다. 예를 들어, 전압이 12개의 채널에서, 전류가 1 내지 12번째 채널에서, 그리고 온도가 12번째 채널에서 수집될 수 있다. 특히, 데이터 획득부(170)는 DAQ(Data Acquisition) 보드 또는 DAQ 장치로서 구현될 수 있다. DAQ에서 데이터는 아날로그 데이터와 디지털 데이터로 구분되는데, 일반적으로 아날로그 신호는 압력, 유량, 온도, 속도 등의 계측값을 전기 신호로 표현하고, 디지털 신호는 과전류 발생, 리미트 스위치의 온오프 상태 등의 정보를 나타낸다. 즉, DAQ 장치는 아날로그 입력을 수신하고, 디지털 출력을 생성하며, 특히 특정 장비를 구성할 때 PC에서 입출력 신호를 제어하기 위해서 필요할 수 있다.The
전자 부하(190)는 각종 전원 장치를 설계 제작할 때 필수적으로 수행해야 하는 전자 부하 실험을 위해 사용되는 장치이다. 전자 부하 실험이란 해당 전원 장치가 전력을 이상 없이 공급 할 수 있는지를 확인하는 실험을 나타내며, 이 과정에서 전자 부하가 사용된다. 즉, 전자 부하는 부하의 형태를 전자적으로 구현해, 전력원의 전력을 흡수하는 역할을 한다. 전자 부하(190)가 필요한 이유는 전력이 같아도 전압이 다르면 요구하는 부하가 달라지기 때문이고, 전자 부하(190)를 사용함으로써 전력 공급부(130)를 제조할 때 여러 부하를 적용하기 위한 상당한 노력과 비용이 절감될 수 있다.The
도 1b에서, 전자 부하(190)는 전력 공급부(130)와 상보적으로 동작하며, 중앙 제어부(150)의 제어 하에 설정된 방전 전류 및 방전 종료 전압에 따라서 배터리 팩(110)를 방전시키도록 구성될 수 있다. 본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법이 수행되는 BMS 신뢰성 검사 시스템(BCES)의 동작 안정성을 보장하기 위하여, 중앙 제어부(150)는 전력 공급부(130)와 전자 부하(190)가 동시에 동작하지 않도록 인터락 기능을 제공할 수도 있다.In FIG. 1B , the
본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법이 수행되는 BCES에서, BMS(140) 및 데이터 획득부(170)는 동일한 동작 주파수에서 동작하여 동기화된 데이터를 생성한다. 그러면, 중앙 제어부(150)는 동일한 동작 기간 동안에 획득된 현재 데이터와 수신 데이터 중 하나의 누락 여부, 동일한 동작 기간 동안 획득된 현재 데이터와 수신 데이터의 차이를 나타내는 개별 오차, 및 개별 오차를 전체 검사 기간에 걸쳐 누적한 전체 오차를 사용하여 BMS(140)의 신뢰성을 검사할 수 있다.In the BCES where the BMS reliability checking method according to the present invention is performed, the
예를 들어, 중앙 제어부(150)는 동일한 동작 기간 동안에 획득된 현재 데이터와 수신 데이터 중에서 누락된 데이터가 적을수록, 그리고 동일한 동작 기간 동안 획득된 현재 데이터와 수신 데이터의 차이를 나타내는 개별 오차가 적을수록 BMS(140)의 동작 신뢰성이 높다고 판단할 수 있다. 마찬가지로, 개별 오차를 전체 검사 기간에 걸쳐 누적한 전체 오차가 적을수록 BMS(140)의 동작 신뢰성 높다고 판단될 수도 있다.For example, the
이와 같이, 본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법이 수행되는 BCES는 전력 공급부(130)와 전자 부하(190)를 이용하여 배터리 팩(110)의 각 배터리의 전압, 전류, 및 온도를 모니터링할 수 있고, 이를 통하여 BMS(140)의 신뢰성을 검사할 수 있다.As described above, the BCES in which the BMS reliability test method according to the present invention is performed can monitor the voltage, current, and temperature of each battery of the
BMS(140)는 주로 전압, 전류, 온도, 시간 정보를 이용하여 배터리의 상태(SOC, SOH, SOL 등)를 상위 컨트롤러로 제공하는 역할을 수행하며, 자체적인 판단에 따라 충방전 동작을 ON/OFF 제어하는 기능을 가지기도 한다.The BMS (140) serves to provide the state of the battery (SOC, SOH, SOL, etc.) to the upper controller using voltage, current, temperature, and time information, and turns on/discharges the charge/discharge operation according to its own judgment. It also has a function to control OFF.
흔히 배터리는 기본적으로 BMS(140)와 결합되며, BMS(140)는 배터리 팩(110)으로부터 전압, 전류, 온도 값을 읽어들인다. 전술된 바와 같이, 데이터 획득부(170)는 배터리 팩(110)과 병렬인 형태로 연결된다. 또한, 배터리 팩(110)은 직렬 형태로 결합되어 있는 많은 수의 배터리를 포함하고 있으므로, 데이터 획득부(170)는 각 배터리 단자별로 차동 전압 형태로 전압 값을 읽어들여야 한다.Often, the battery is basically coupled to the
하지만, 데이터 획득부(170)에서 채널이 절연이 되지 않은 경우에는 채널 간 간섭이 생겨, 배터리 전압을 정확히 읽어낼 수가 없게 된다. 그러므로, 데이터 획득부(170)는 절연 신호 변환기(미도시)를 사용하여 채널 간 절연을 수행하고, 따라서 배터리의 전압을 각 채널 사이의 차동 형태로 수신하게 된다. 변환된 새로운 전압 정보 Vp는 데이터 획득부(170)로 전달되어 디지털 값으로 변환될 수 있다.However, when the channels are not insulated in the
충방전 중에, 배터리의 셀 전압, 충방전 전류, 및 온도 정보는 BMS(140)에 의해 수집됨과 동시에 절연 신호 증폭기(미도시)를 통해 데이터 획득부(170)로 전달된다. BMS에 전달된 신호는 I2C 통신을 통해, DAQ로 전달된 정보는 USB 이용한 직렬통신을 통해 메인 PC로 전달될 수 있다.During charging/discharging, cell voltage, charging/discharging current, and temperature information of the battery are collected by the
본원에서 I2C(Inter-integrated Circuit) 통신이란 타이밍 동기화를 통해서 데이터를 통신하는 프로토콜을 의미한다. I2C의 입출력선은 TWD 및 TWCK라고 각각 불릴 수도 있다. TWD는 외부 시리얼 데이터선을 구동하는 시리얼 데이터이고, TWCK는 외부 시리얼 클록선을 구동하는 시리얼 데이터를 의미할 수 있다. I2C는 하나의 마스터와 하나 이상의 슬레이브로 이루어져 있으며, 최대 127 개의 슬레이브가 동시에 연결될 수 있다.Inter-integrated circuit (I2C) communication herein refers to a protocol for communicating data through timing synchronization. The input/output lines of I2C may be called TWD and TWCK, respectively. TWD may mean serial data driving an external serial data line, and TWCK may mean serial data driving an external serial clock line. I2C consists of one master and one or more slaves, and up to 127 slaves can be connected simultaneously.
이와 같이 데이터가 전달되면, BMS(140) 및 데이터 획득부(170) 양자 모두가 동일 동작 주파수로 동작하여, 두 값이 비교될 수 있게 한다.When the data is transmitted in this way, both the
또한, BMS 신뢰성 검사 시스템은 BMS를 탑재하지 않은 복수의 단일 셀에 대하여도 충방전 동작을 하게 함으로써, 직병렬로 조합된 모듈에 대하여 충방전을 통해 획득한 데이터를 BMS로부터 수신된 데이터와 비교하여 분석할 수 있게 한다.In addition, the BMS reliability inspection system compares the data obtained through charging and discharging of modules combined in series and parallel with the data received from the BMS by performing charge and discharge operations on a plurality of single cells that do not have a BMS. make it possible to analyze
도 2a는 본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법이 수행되는 BCES의 각 구성요소들을 계층화하여 보여주는 예시도이다.2A is an exemplary diagram showing each component of a BCES in which a method for checking reliability of a BMS according to the present invention is layered.
도 2a에서 HMI는 human-machine interface를 의미하고, 배터리 지그는 검사 대상인 배터리를 수용하여 외부 계측 장치와 연결하기 위해 사용된다. PC는 개인용 컴퓨터를 의미하고, PC와 별개로 콘트롤 박스가 표현되어 있다.In FIG. 2A , HMI means a human-machine interface, and a battery jig is used to receive a battery to be inspected and connect it to an external measuring device. PC means a personal computer, and a control box is expressed separately from the PC.
도 2b는 본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법이 수행되는 BCES에서 수행되는 동작들을 동작 모드별로 순차적으로 보여주는 흐름도이다.2B is a flowchart sequentially showing operations performed in the BCES in which the BMS reliability checking method according to the present invention is performed, for each operation mode.
예시된 바와 같이, BMS 신뢰성 검사 시스템은 직렬 및 병렬 모드에서 동작될 수 있고, 각각의 모드에 상응하는 데이터를 출력한다.As illustrated, the BMS reliability testing system can be operated in serial and parallel modes, and outputs data corresponding to each mode.
또한, 동작 모드는 자동 모드, 충전 모드, 및 방전 모드가 존재한다. 자동 모드는 충전 모드와 방전 모드를 일괄적으로 수행하는 모드를 의미한다.In addition, the operation mode includes an automatic mode, a charging mode, and a discharging mode. The automatic mode refers to a mode in which a charging mode and a discharging mode are performed collectively.
도 3a는 본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법이 수행되는 BCES의 검사 초기 화면을 예시한다.3A illustrates an initial test screen of BCES in which a BMS reliability test method according to the present invention is performed.
검사 초기 화면의 각 파라미터는 다음과 같다.Each parameter of the test initial screen is as follows.
- 전력 공급부- power supply
현재 전압 : 전력 공급부의 현재 전압 값을 표시Current Voltage: Displays the current voltage value of the power supply.
현재 전류 : 전력 공급부의 현재 전류 값을 표시 Current Current: Displays the current current value of the power supply.
출력 전압 : 전력 공급부의 설정 전압 값을 표시Output voltage: Displays the set voltage value of the power supply
출력 전류 : 전력 공급부의 설정 전류 값을 표시Output Current: Displays the set current value of the power supply
정지 전압 : 전력 공급부의 정지 전압 값 설정Stop voltage: set the stop voltage value of the power supply
정지 전압 : 전력 공급부의 정지 전류 값 설정Static voltage: set the quiescent current value of the power supply
출력 ON : 전력 공급부의 상태 표시Output ON: Indicates the status of the power supply
- TEMP/LOAD-TEMP/LOAD
부하 전류 : 전자 부하의 설정 전류 값을 표시Load Current: Displays the set current value of the electronic load
정지 온도 : 외부 온도가 설정 온도가 되면 시스템 정지 Stop Temperature: When the external temperature reaches the set temperature, the system stops
정지 전압 CH1 : 채널 1의 전압값이 설정 값에 도달하면 전자 부하 정지Stop Voltage CH1: Stop the electronic load when the voltage value of
LOAD ON : 전자 부하의 상태 표시LOAD ON: display the status of electronic load
- INPUT STATE -INPUT STATE
충전 SW : 충전 입력 스위치 Dev1/port1/line0 Charging SW: Charging input switch Dev1/port1/line0
방전 SW : 방전 입력 스위치 Dev1/port1/line1Discharge SW: Discharge input switch Dev1/port1/line1
START SW : START 입력 스위치 Dev1/port1/line2START SW: START input switch Dev1/port1/line2
STOP SW : STOP 입력 스위치 Dev1/port1/line3STOP SW: STOP input switch Dev1/port1/line3
자동 SW : 자동 입력 스위치 Auto SW: Auto input switch
직렬/병렬 : 셀의 상태에 따라 직/병렬 선택.Series/Parallel: Select serial/parallel according to the state of the cell.
- OUTPUT STATE -OUTPUT STATE
START LAMP : 시작 램프START LAMP : Start lamp
STOP LAMP : 정지 램프STOP LAMP : stop lamp
BUZZER :부저BUZZER : Buzzer
SMPS : 전력 공급부 상태 표시SMPS: Power supply status display
직렬 : 직렬운전 상태 표시Serial: Indicate serial operation status
- 운전상태- Driving status
충전 중 : 충전 중 상태표시Charging: Status display while charging
충전 완료 : 충전 완료 상태표시Charging complete: Displays charging complete status
방전 중: 방전 중 상태표시Discharging: Status display during discharging
방전 완료 : 방전 완료 상태표시Discharge complete: Discharge complete status display
CYCLE : 현재 횟수 표시(목표횟수 설정 가능)CYCLE: Display the current number of times (can set the target number of times)
도 3a에서 직렬 상태와 병렬 상태를 구별하는 이유는 각 상태에 따른 설정값의 차이가 크기 때문이다. 따라서, 정확한 결과를 얻기 위해서는 상태들을 변환할 필요가 있다. 전자 부하의 정지 전압은 CH1의 값만으로 모니터링될 수 있지만, 정지 온도는 모든 채널의 상태 값에서 모니터링되므로, 한 채널이라도 연결되어 있지 않으면 시스템이 동작하지 않게 된다.The reason why the series state and the parallel state are distinguished in FIG. 3A is that the difference in set values according to each state is large. Therefore, it is necessary to transform states in order to obtain accurate results. The stop voltage of the electronic load can be monitored only with the value of CH1, but the stop temperature is monitored from the status values of all channels, so if even one channel is not connected, the system will not operate.
도 3b는 본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법이 수행되는 BCES의 설정 화면을 예시한다.3B illustrates a setting screen of BCES in which the BMS reliability checking method according to the present invention is performed.
도 3b의 각 파라미터들은 다음과 같다.Each parameter of FIG. 3B is as follows.
- 전자 부하 설정 화면- Electronic load setting screen
MODE(0:CC)MODE(0:CC)
CC : 정전류 모드. 동작 범위. 0~70A 사이에서 설정가능CC: constant current mode. range of motion. Can be set between 0 and 70A
CV : 정전압 모드 동작 범위. 1.5V~150V 사이에서 설정가능CV: constant voltage mode operating range. Can be set between 1.5V and 150V
CR : 정저항 모드 동작 범위. 21.428mΩ~1.25kΩ 사이에서 설정가능CR: constant resistance mode operating range. Settable between 21.428mΩ and 1.25kΩ
CP : 정전력 모드 동작 범위. 35W~350W 사이에서 설정가능CP: constant power mode operating range. Can be set between 35W and 350W
- Static/Dynamic(0:Static)- Static/Dynamic (0:Static)
Static: 정상적인 부하 특성 테스트 Static: normal load characteristic test
Dynamic: 과도 부하 특성 테스트Dynamic: transient load characteristic test
Von(1.0V) : 설정 전압 이상일 경우에만 부하 동작 Von(1.0V): Load operation only when the set voltage or higher
Level 2 : 동적 모드(Dynamic)에서 동작 설정(CV모드에서는 지원안함)Level 2: Operation setting in Dynamic mode (not supported in CV mode)
Rise (mA/us) : 부하의 동작 시작에서 설정 값으로 도달하는 기울기 Rise (mA/us): The slope that reaches the set value at the start of the load operation
Fall (mA/us) :부하의 동작 완료후 정지 값으로 도달하는 기울기 Fall (mA/us) : The slope reached to the stop value after the operation of the load is completed
T1(s) : 동적(Dynamic)에서 동작 설정T1(s): Set motion in Dynamic
T2(s) : 동적(Dynamic)에서 동작 설정T2(s): Set motion in Dynamic
CV : 정전압 모드 설정CV: set constant voltage mode
Response Speed : CV 모드에서만 사용Response Speed: Used only in CV mode
이러한 파라미터들의 설명은 설명의 편의를 위한 것으로서, 본 발명을 한정하는 것이 아님이 이해되어야 한다.It should be understood that the description of these parameters is for convenience of description and does not limit the present invention.
도 4a는 본 발명에 의한 BMS 신뢰성 검사 방법이 수행되는 BCES에서 실행될 수 있는 엔트로피-엔탈피에 기반한 배터리 수명 예측 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이고, 도 4b는 도 4a의 배터리 수명 예측 방법을 실행하는 배터리 수명 예측 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.4A is a flowchart schematically illustrating a method for predicting battery life based on entropy-enthalpy that can be executed in a BCES in which a BMS reliability checking method according to the present invention is performed, and FIG. 4B is a flowchart illustrating a battery life prediction method of FIG. 4A. It is a block diagram schematically illustrating the prediction system.
배터리 수명 및 안전과 같은 배터리 성능을 위한 최적의 작동 조건을 설정하려면 충전 / 방전의 C-레이트를 기준으로 열 발생 및 온도 변화를 정량화하는 것이 중요하다. 이해의 편의를 위하여 시간 파라미터가 반영된 배터리 수명 예측 방법에 대해 간략히 설명한다.To establish optimal operating conditions for battery performance, such as battery life and safety, it is important to quantify heat generation and temperature change relative to the C-rate of charge/discharge. For convenience of understanding, a method for predicting battery life in which time parameters are reflected will be briefly described.
배터리의 충방전 전압에 관한 특성방정식은 쉐퍼드(Shepherd) 모델을 근거로 하여, 전류항목과 온도(T) 그리고 SOH에 관련된 파라미터들로 다음과 같이 나타낼 수 있다.The characteristic equation for the charge/discharge voltage of the battery can be expressed as follows with parameters related to the current item, temperature (T) and SOH based on the Shepherd model.
위 식은 배터리 해석을 위한 전압 특성방정식으로써 많은 연구자들이 기본모델로 제시한 것이다. 하지만 여기서는 전류는 CC(Constant Current)모드에 의해서 동작하는 정전류로 해석을 하더라도, 
또한, 위 식들은 시간에 관한 함수로 계산되어지기 때문에, 배터리의 사용패턴이나 부하환경 등의 변화에 따른 많은 오차를 가져올 수 있는 확률이 크고, 따라서 비현실적인 해석방법이 될 수 있다. 또한 많은 연구들에서 해석하고 있는 열적인 요소를 반영한 내부저항, 분극저항, 용량 등을 추정하는 것은 현실적으로 많은 오류 요소를 포함하고 있어, 실제적인 사용방법에 한계가 있다.In addition, since the above equations are calculated as a function of time, there is a high probability of bringing about a large number of errors due to changes in battery use patterns or load environments, and thus can be an unrealistic analysis method. In addition, estimating the internal resistance, polarization resistance, and capacity reflecting the thermal factors analyzed in many studies includes many error factors in reality, so there are limitations in practical use.
이러한 문제를 예방하기 위해, 전류가 '0'인 상태, 즉 OCV를 측정하여 상태를 해석하는 방법도 제안되고 있지만, OCV를 측정하기 위해서는 안정화되기까지 시간이 다소 소요되기 때문에, 실시간 예측방법에는 적용하기가 어렵다.In order to prevent this problem, a method of interpreting the state by measuring the current '0' state, that is, the OCV, has been proposed. It's hard to do.
우선, 배터리를 충방전하면서 배터리의 전압, SOC, DOD 등을 측정한다(S410). 이러한 동작은 배터리 상태 측정부에서 수행될 수 있다.First, the voltage, SOC, DOD, etc. of the battery are measured while the battery is charged and discharged (S410). This operation may be performed by the battery state measuring unit.
현실적인 사용환경을 고려한다면, 실제 측정가능한 파라미터는 전압과 전류, 온도이다. 여기서 온도는 중요한 파라미터임에는 틀림없다. ESS등과 같이 대용량 어플리케이션에서는 배터리의 안정적인 동작을 위하여 냉각 설비를 구비하고, 온도에 따라 배터리 표면온들를 제어하도록 하는 시스템을 운영한다. 그러나, 대부분의 소용량 시스템들은 냉각설비를 구비하지 않고, 적절한 I-레이트을 유지하도록 하며, 온도는 리미트를 걸어 보호장치로만 사용한다.Considering the realistic usage environment, the actual measurable parameters are voltage, current, and temperature. Temperature is undoubtedly an important parameter here. In large-capacity applications such as ESS, a cooling facility is provided for stable operation of the battery, and a system that controls the battery surface temperature according to temperature is operated. However, most small-capacity systems do not have a cooling facility, maintain an appropriate I-rate, and limit the temperature to use only as a protection device.
온도의 내부와 외부에서의 열전달 특성과 온도센서 측정 및 응답의 느린 동특성을 고려한다면, 실시간적인 계산에 반영하는 것은 배터리의 상태를 해석하는데 오류를 범할 수 있는 확률이 높다.Considering the internal and external heat transfer characteristics of the temperature and the slow dynamics of the temperature sensor measurement and response, there is a high probability of making an error in interpreting the battery state by reflecting it in real-time calculation.
- 수명 예측을 위한 수학적 모델링- Mathematical modeling for life prediction
따라서, 수학식 1 내지 6과 같은 시간 요소를 배제하고, 엔트로피와 엔탈피 개념을 사용하여 배터리의 잔여 수명을 예측하는 것이 유리하다.Therefore, it is advantageous to predict the remaining life of the battery using the concept of entropy and enthalpy, excluding time factors such as
수학식 7과 같이 깁스(Gibb's) 자유 에너지(ΔG)에 관한 식으로 엔탈피(ΔH)와 엔트로피(ΔS)에 대한 개념을 설명한다. 여기서 n은 반응에 포함되는 전자의 개수로 리튬이온의 경우 n=1이며, F는 패러데이 상수이다. 여기서 x는 리튬이온의 농도를 나타내며, 이 값은 SOC와 비례하기 때문에 수학식 8과 같이 표현할 수 있다.As shown in
위 식을 토대로 엔트로피 법칙을 기초로 하여 수학식 9와 같이 비가역적 줄열과 가역적 줄열 그리고 단자저항에 의한 열로 정의할 수 있다.Based on the above equation, based on the entropy law, it can be defined as irreversible Joule heat, reversible Joule heat, and heat due to terminal resistance as shown in Equation 9.
여기서 비가역적 줄열에 관심을 두어야 한다. 왜냐하면 온도에 관련된 함수나 내부저항의 경우, 앞서 언급하 바와 같이, 측정 또는 추정오차, 느린 동특성으로 인해 오류가 발생할 확률이 많기 때문이다. 따라서 실시간 추정이 가능한 전압과 전류의 항으로 되어 있는 비가역적 에너지량을 응용하는 것이 바람직하다.Attention should be paid here to irreversible Joule heating. This is because, as mentioned above, in the case of a temperature-related function or internal resistance, errors are likely to occur due to measurement or estimation errors and slow dynamic characteristics. Therefore, it is desirable to apply the irreversible energy amount in terms of voltage and current that can be estimated in real time.
여기서 EC는 충전시 셀전압을 나타내며, ED는 방전시 셀전압을 나타낸다. 비가역 열량의 총량은 수학식 10을 적분하여 다음과 같이 나타낼 수 있다(S420).Here, E C represents the cell voltage during charging, and E D represents the cell voltage during discharging. The total amount of irreversible heat can be expressed as follows by integrating Equation 10 (S420).
수학식 13 에서, Vb를 양측에 곱하고 적분식으로 표현하면 수학식 14가 된다.In Equation 13, when both sides are multiplied by V b and expressed as an integral equation, Equation 14 is obtained.
여기서 Vb를 αEC-ED로 정의하고, 식을 정리하면, 수학식 15와 같이 정의된다.Here, V b is defined as αE C -E D , and when the equation is arranged, it is defined as in Equation 15.
수학식 11로부터 수학식 15를 다시 정리하면, 수학식 16과 같이 SOC에 대한 전압변화의 총량이 곧 비가역에너지를 구할 수 있는 식으로 유도가 될 수 있음을 알 수 있다. 이러한 동작은 비가역적 에너지량 유도부에서 수행될 수 있다.If Equation 15 is rearranged from Equation 11, it can be seen that the total amount of voltage change for SOC can be derived in such a way that irreversible energy can be obtained as shown in Equation 16. This operation may be performed in an irreversible energy amount induction unit.
각각의 충방전 사이클 동안, 배터리 수명은 비가역적 에너지(Qir_k)를 추가하고 이것을 한 사이클 동안 생성될 수 있는 비가역적 에너지의 최대량(Qir_m)과 최대 사이클 기간(maximum cycle period)의 곱과 비교하여 계산될 수 있다.During each charge/discharge cycle, the battery life adds irreversible energy (Q ir_k ) and compares it to the product of the maximum amount of irreversible energy (Q ir_m ) that can be produced during one cycle times the maximum cycle period. can be calculated by
수학식 17을 사용하면, 배터리의 잔여 수명 상태(state of life; SOL)가 추정될 수 있다. 따라서, 배터리 수명은 해당 충방전에 따른 비가역적 에너지를 계산함으로써 결정될 수 있다.Using Equation 17, the remaining state of life (SOL) of the battery can be estimated. Accordingly, battery life may be determined by calculating irreversible energy according to corresponding charging and discharging.
일반적으로, 수학식 17을 이용하여 배터리의 수명은 충방전에 따른 비가역적 에너지의 총합이 초기 배터리 용량의 80% 이하가 되면 수명을 다한 것으로 판단할 수 있다.In general, using Equation 17, it can be determined that the life of a battery has reached its end when the total amount of irreversible energy resulting from charging and discharging is 80% or less of the initial battery capacity.
배터리 제조사에서 제공하는 충방전 사이클은 DOD가 100% 기준 횟수를 의미하므로, 이를 통해 실제 사용가능한 충방전 사이클이 다음과 같이 계산될 수 있다. 이러한 동작은 잔여 수명 예측부에서 수행될 수 있다.Since the charge/discharge cycle provided by the battery manufacturer means the number of times DOD is 100%, the actual usable charge/discharge cycle can be calculated as follows. This operation may be performed by the remaining life predicting unit.
또한, 배터리가 충방전 되는 과정에서 발생되는 비가역적 에너지량(Q ir )가 유도된 후에, 충방전 곡선에서, 연속하는 두 사이클에서의 충전 시작점(PCS, P* CS), 충전 변곡점(PCK, P* CK), 방전 시작점(PDS, P* DS), 및 방전 변곡점(PDK, P* DK)을 추출하고(S430), 추출된 점들을 이용하여 충방전 곡선을 세 개의 섹션으로 분할한다(S440).In addition, after the irreversible energy amount ( Q ir ) generated in the process of charging and discharging the battery is induced, in the charging and discharging curve, the charging start point (P CS , P * CS ) in two consecutive cycles, and the charging inflection point (P CK , P * CK ), discharge start points (P DS , P * DS ), and discharge inflection points (P DK , P * DK ) are extracted (S430), and the charge/discharge curve is divided into three sections using the extracted points It is divided (S440).
그리고, 각 섹션의 면적을 구해 합산함으로써(S450) Q ir_m 및 Q ir_k 가 계산된다(S460). 그리고, 계산된 Q ir_m 및 Q ir_k 로부터 배터리의 잔여 수명이 예측된다(S470). 이러한 과정들은 명세서의 해당 부분에서 상세히 후술된다.Then, by calculating and summing the area of each section (S450), Q ir_m and Q ir_k is calculated (S460). And, the calculated Q ir_m and The remaining battery life is predicted from Q ir_k (S470). These processes are described in detail later in the relevant section of the specification.
- 점검출 방법(point detection method; PDM)- point detection method (PDM)
일반적인 경우, 곡선의 면적을 구하기 위해서 적분기를 사용하는 방법을 사용한다. 하지만 적분기는 누적오차 제거를 위한 방법을 적용하여 처리해야 하는 단점을 가지고 있다. 따라서, 본 발명에서는 적분기를 사용하지 않고, 4개의 변곡점을 검출하여 사각형의 면적을 구하는 방법을 적용하였다. 이 방법의 경우, 적분기를 사용하는 경우의 단점을 제거할 수 있고, 보다 간편하고 효과적인 방법으로 비가역적 열용량을 구할수 있다.In general, a method using an integrator is used to obtain the area of a curve. However, the integrator has a disadvantage in that it must be processed by applying a method for removing accumulated errors. Therefore, in the present invention, a method of obtaining the area of a rectangle by detecting four inflection points without using an integrator is applied. In the case of this method, the disadvantages of using an integrator can be eliminated, and the irreversible heat capacity can be obtained in a simpler and more effective way.
도 5는 점검출 방법(PDM)의 개념을 설명한다.5 illustrates the concept of the Check Deletion Method (PDM).
포인트의 변화는 결론적으로 방전된 에너지가 충전된 에너지보다 적은 경우(도 8a), 및 방전된 에너지가 충전된 에너지보다 큰 경우(도 8b)로 나눠진다. 여기서 PCS는 충전 시작점(charging start point), PCK는 충전 변곡점(charging knee point), PDS는 방전 시작점(discharging start point), PDK는 방전 변곡점(knee point)으로 정의된다. 이러한 포인트의 변화는 총 4가지 경우의 수를 가지며, 그것을 도식적으로 나타내면 도 9와 같다. The change in points is consequently divided into a case where the discharged energy is less than the charged energy (FIG. 8a) and a case where the discharged energy is greater than the charged energy (FIG. 8b). Here, P CS is defined as a charging start point, P CK is a charging knee point, P DS is a discharging start point, and P DK is a discharge knee point. The change of these points has a total of four cases, and a schematic representation thereof is shown in FIG. 9 .
도 6은 충방전 상태에 따른 PDM의 네 가지 경우를 보여준다. 구체적으로, (a)는 DOD가 넓어질 경우; (b)는 DOD가 좁아지는 경우; (c)는 DOD 범위가 낮아지는 경우; 및 (d)는 DOD 범위가 높아지는 경우를 나타낸다.6 shows four cases of PDM according to charging and discharging states. Specifically, (a) is when the DOD is widened; (b) when the DOD is narrowed; (c) when the DOD range is lowered; and (d) shows a case where the DOD range is increased.
도 6은 DOD로서 표현될 수 있다. (a)의 경우, DOD의 범위가 이전보다 넓고, (b)의 경우, DOD 범위가 좁아진다. (c)의 경우에는 DOD 범위가 이동되는데, 즉 방전 깊이가 깊어지고 충전 깊이가 얕아진다. 여기에서, 충전 깊이(depth of charge)도 역시 깊다면, 이것은 (a)의 경우가 된다. 즉, (d)와 반대로, 방전 깊이는 얇아지고 충전 깊이가 증가한다. 유사하게, 충전 깊이도 역시 낮아진다면, 이것은 (b)의 경우가 된다. 일반적으로, 배터리의 거의 모든 충방전 상태는 위의 네 가지 경우에 포함된다. 도 6에서, 파란색 표시의 P(PCS, PCK, PDS, PDK)는 현재의 위치를 나타내고 이산 신호 처리 성분의 P(n-1)과 같다. 위첨자(*)로 표시되는 녹색점들 P*(P* CS, P* CK, P* DS, P* DK)은 새롭게 업데이트된 점이고, 이것은 이산 신호 처리 성분의 P(n)이다.6 can be expressed as DOD. In the case of (a), the DOD range is wider than before, and in the case of (b), the DOD range is narrowed. In the case of (c), the DOD range is shifted, that is, the discharge depth becomes deeper and the charge depth becomes shallow. Here, if the depth of charge is also deep, this becomes the case of (a). That is, contrary to (d), the discharge depth becomes thinner and the charge depth increases. Similarly, if the filling depth is also lowered, this is the case in (b). Generally, almost all charge/discharge states of a battery are included in the above four cases. In FIG. 6, P(P CS , P CK , P DS , P DK ) in blue indicates the current position and is equal to P(n-1) of the discrete signal processing component. The green dots P * (P * CS , P * CK , P * DS , P * DK ) denoted by superscript (*) are the newly updated points, which are P(n) of the discrete signal processing component.
- 섹션 분리 방법(Section Separation Method; SSM)- Section Separation Method (SSM)
도 7은 섹션 분할 방법을 적용하는 개념을 설명한다. 구체적으로는, (a)는 SSM이 적용되지 않는 경우의 PDM에 의한 Q 값을 나타내고 (b)는 SSM이 적용되는 경우의 PDM에 의한 Q 값을 나타낸다.7 illustrates the concept of applying the section division method. Specifically, (a) represents a Q value by PDM when SSM is not applied, and (b) represents a Q value by PDM when SSM is applied.
위의 PDM를 이용하여 면적을 구할 수 있으나, 곡선의 형태를 보면, DOD가 클 경우, 도 7(a)와 같이 면적의 계산 오차가 크게 된다. 물론, 실제 배터리 사용구간이 대부분 20-80%임을 감안하면, 곡선의 거의 일정한 구역이기 때문에 큰 오차가 발생하지 않지만, SOC의 전체구역 (0~100%)을 고려한다면, 이 방법을 비실용적인 방법일 될 수 있다. 따라서 도 10(b)와 같이 3개의 구역으로 분할하는 방법(SSM)을 제안한다.The area can be obtained using the above PDM, but looking at the shape of the curve, when the DOD is large, the error in calculating the area becomes large as shown in FIG. 7(a). Of course, considering that the actual battery use period is mostly 20-80%, there is no large error because it is an almost constant area of the curve, but considering the entire area of SOC (0-100%), this method is impractical. can be work Therefore, as shown in FIG. 10 (b), a method (SSM) for dividing into three zones is proposed.
본 발명에 의하여, BMS의 동작 신뢰성을 모니터링할 수 있고, BMS의 오동작으로 인해 잔여 수명이 남은 배터리가 버려지는 것을 방지하여 환경 보호에 기여할 수 있다.According to the present invention, it is possible to monitor the operational reliability of the BMS, and contribute to environmental protection by preventing a battery with remaining service life from being discarded due to a malfunction of the BMS.
또한, 본 발명에 의하여, 덴드라이트로 인해 분리막이 훼손되어 화재를 유발할 가능성이 있는 배터리가 사전에 파악되지 않는 위험을 줄일 수 있으므로, 배터리 화재로 인한 인명 피해를 방지할 수 있고, 배터리 화재가 연소되어 걷잡을 수 없이 커질 수 있는 재산상 손실을 사전에 방지할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to reduce the risk of a battery that is likely to cause a fire due to damage to the separator due to dendrites being not identified in advance, thereby preventing human damage due to a battery fire, and preventing battery fire from burning You can prevent property damage that can grow out of control in advance.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is only exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom.
또한, 본 발명에 따르는 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 분산 컴퓨터 시스템에 의하여 분산 방식으로 실행될 수 있는 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드를 저장할 수 있다. In addition, the method according to the present invention can be implemented as computer readable codes on a computer readable recording medium. A computer-readable recording medium may include all types of recording devices storing data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage devices, and also those implemented in the form of carrier waves (for example, transmission through the Internet). include In addition, the computer-readable recording medium may store computer-readable codes that can be executed in a distributed manner by distributed computer systems connected through a network.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 그리고, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. In the terms used in this specification, singular expressions should be understood to include plural expressions unless clearly interpreted differently in context, and terms such as “comprising” refer to the described features, numbers, steps, operations, and components. , parts or combinations thereof, but it should be understood that it does not exclude the possibility of the presence or addition of one or more other features or numbers, step-action components, parts or combinations thereof. In addition, terms such as "... unit", "... unit", "module", and "block" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware, software, or hardware. and software.
따라서, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.Therefore, this embodiment and the drawings accompanying this specification clearly represent only a part of the technical idea included in the present invention, and those skilled in the art can easily understand it within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the present invention. It will be obvious that all variations and specific examples that can be inferred are included in the scope of the present invention.
본 발명은 배터리의 상태를 관리하는 BMS의 신뢰성을 검사하기 위하여 사용될 수 있다.The present invention can be used to check the reliability of the BMS that manages the state of the battery.
110 : 배터리 팩
130 : 전력 공급부
140 : BMS
150 : 중앙 제어부
170 : 데이터 획득부
190 : 전자 부하110: battery pack 130: power supply unit
140: BMS 150: central control unit
170: data acquisition unit 190: electronic load
Claims (11)
상기 배터리의 충전 시에, 전력 공급부가, 충전 전류, 충전 전압, 충전 임계 온도 중 적어도 하나를 포함하는 충전 조건에 따라서 상기 배터리를 충전하는 전력을 공급하는 단계;
상기 배터리의 방전 방전 시에, 전자 부하가, 방전 전류, 방전 전압, 및 방전 임계 온도 중 적어도 하나를 포함하는 방전 조건에 따라서 상기 배터리에 저장된 전력을 소모하는 단계;
충전 및 방전 시에, 데이터 획득부가, 상기 데이터 획득부의 채널간 간섭을 방지하는 절연 신호 변환기를 사용하여, 상기 배터리들 각각에 대한 단자 전압, 단자 전류, 및 온도에 대한 현재 데이터를 차동 전압의 형태로 획득하는 단계; 및
충전 및 방전 시에, 중앙 제어부가, 상기 데이터 획득부에 의해서 획득된 현재 데이터와 상기 BMS로부터 수신된 수신 데이터를 비교하여, 상기 BMS의 신뢰성을 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 BMS 신뢰성 검사 방법.As a method for inspecting the reliability of a battery management system (BMS) for managing the state of each battery connected in series,
supplying, by a power supply unit, power to charge the battery according to a charging condition including at least one of a charging current, a charging voltage, and a charging threshold temperature when charging the battery;
consuming, by an electronic load, power stored in the battery according to a discharge condition including at least one of a discharge current, a discharge voltage, and a discharge threshold temperature when the battery is discharged and discharged;
During charging and discharging, the data acquisition unit converts the current data on the terminal voltage, terminal current, and temperature of each of the batteries in the form of a differential voltage using an isolated signal converter that prevents interference between channels of the data acquisition unit. Obtaining as; and
BMS reliability test, characterized in that it comprises the step of checking, by the central control unit, the reliability of the BMS by comparing the current data obtained by the data acquisition unit with the received data received from the BMS during charging and discharging. method.
상기 전력 공급부는 상기 중앙 제어부의 제어 하에 설정된 충전 전류, 충전 종료 전압에 따라서 상기 배터리를 충전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 BMS 신뢰성 검사 방법.According to claim 1,
The BMS reliability test method of claim 1 , wherein the power supply unit is configured to charge the battery according to a charging current and a charging end voltage set under the control of the central control unit.
상기 전자 부하는, 상기 전력 공급부와 상보적으로 동작하며, 상기 중앙 제어부의 제어 하에 설정된 방전 전류 및 방전 종료 전압에 따라서 상기 배터리를 방전시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 BMS 신뢰성 검사 방법.According to claim 2,
The electronic load operates complementaryly with the power supply unit and is configured to discharge the battery according to a discharge current and a discharge end voltage set under the control of the central control unit.
상기 중앙 제어부는,
상기 전력 공급부와 상기 전자 부하가 동시에 동작하지 않도록 인터락 기능을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 BMS 신뢰성 검사 방법.According to claim 3,
The central control unit,
and providing an interlock function so that the power supply unit and the electronic load do not operate simultaneously.
상기 BMS 및 상기 데이터 획득부는 동일한 동작 주파수에서 동작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 BMS 신뢰성 검사 방법.According to claim 4,
The BMS reliability test method, characterized in that the BMS and the data acquisition unit are configured to operate at the same operating frequency.
상기 중앙 제어부는,
동일한 동작 기간 동안에 획득된 상기 현재 데이터와 상기 수신 데이터 중 하나의 누락 여부, 동일한 동작 기간 동안 획득된 상기 현재 데이터와 상기 수신 데이터의 차이를 나타내는 개별 오차, 및 상기 개별 오차를 전체 검사 기간에 걸쳐 누적한 전체 오차를 사용하여 상기 BMS의 신뢰성을 검사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 BMS 신뢰성 검사 방법.According to claim 5,
The central control unit,
Whether one of the current data and the received data obtained during the same operation period is missing, individual errors indicating the difference between the current data obtained during the same operation period and the received data, and the individual errors accumulated over the entire inspection period. and checking the reliability of the BMS using a total error.
상기 BMS 신뢰성 검사 방법은,
변동하는 충전 전류 및 방전 전류로 상기 배터리를 충전 및 방전하면서, 상기 배터리의 전압, 충전 상태(state of charge; SOC), 및 방전 깊이(depth of discharge; DOD)를 측정하는 단계;
엔탈피와 엔트로피 법칙을 사용하여, 상기 전압 및 상기 충전 상태(SOC)로부터 상기 배터리가 충방전 되는 과정에서 발생되는 비가역적 에너지량(Q ir )을 유도하는 단계 - 상기 배터리의 총 에너지량은 수학식
에 의하여 비가역적 줄열과 가역적 줄열 그리고 단자저항에 의한 열의 합으로서 정의됨 -; 및
유도된 비가역적 에너지량(Q ir )으로부터 상기 배터리의 잔여 수명을 예측하는 단계를 더 포함하고,
비가역적 에너지량(Q ir )은 수학식
를 사용하여 유도되고, 여기에서 Q0는 배터리 최대 용량, α는 아레니우스 상수(Arrhenius rate constant)이고, EC 및 ED는 각각 충전시 및 방전시의 셀전압이며,
상기 배터리의 잔여 수명은 수학식
를 사용하여 예측되고, 여기에서 Q ir_m 은 비가역적 에너지량의 사이클별 최대값, m은 최대 사이클 기간, N a 및 N p 는 각각 실제 사이클 횟수와 예측된 사이클 횟수이고, Q ir_k 는 k번째 사이클 현재의 비가역적 에너지량인 것을 특징으로 하는 BMS 신뢰성 검사 방법.According to claim 1,
The BMS reliability test method,
measuring a voltage, a state of charge (SOC), and a depth of discharge (DOD) of the battery while charging and discharging the battery with varying charge current and discharge current;
Deriving an irreversible energy amount ( Q ir ) generated in the process of charging and discharging the battery from the voltage and the state of charge (SOC) using the laws of enthalpy and entropy - The total energy amount of the battery is
Defined as the sum of irreversible Joule heat, reversible Joule heat and heat due to terminal resistance by -; and
Further comprising estimating the remaining life of the battery from the derived irreversible energy amount ( Q ir ),
The amount of irreversible energy ( Q ir ) is
, where Q 0 is the battery maximum capacity, α is the Arrhenius rate constant, E C and E D are the cell voltages during charging and discharging, respectively,
The remaining life of the battery is calculated by the equation
, where Q ir_m is the maximum cycle-by-cycle value of irreversible energy, m is the maximum cycle period, N a and N p are the actual cycle number and predicted cycle number, respectively, and Q ir_k is the kth cycle BMS reliability test method, characterized in that the current amount of irreversible energy.
상기 배터리의 잔여 수명을 예측하는 단계는,
Q ir_m 및 Q ir_k 를, 상기 배터리에 대한 전압과 충전 상태(SOC)의 관계를 나타내는 그래프에서 사이클별 충방전 곡선이 차지하는 면적으로부터 구하는 것을 특징으로 하는 BMS 신뢰성 검사 방법.According to claim 7,
The step of predicting the remaining life of the battery,
Q ir_m and Q ir_k are obtained from an area occupied by a cycle-by-cycle charge/discharge curve in a graph showing a relationship between voltage and state of charge (SOC) of the battery.
상기 사이클별 충방전 곡선의 면적은, 상기 충방전 곡선을 적어도 두 개 이상의 섹션으로 분할하고, 분할된 섹션별 면적을 합산하여 구해지는 것을 특징으로 하는 BMS 신뢰성 검사 방법.According to claim 8,
The area of the charge/discharge curve for each cycle is obtained by dividing the charge/discharge curve into at least two sections and summing the areas of each divided section.
상기 사이클별 충방전 곡선을 분할하는 것은,
상기 충방전 곡선에서, 연속하는 두 사이클에서의 충전 시작점(PCS, P* CS), 충전 변곡점(PCK, P* CK), 방전 시작점(PDS, P* DS), 및 방전 변곡점(PDK, P* DK)을 추출하는 것, 및
상기 충방전 곡선을:
PCS, P* CS, PCK, 및 P* CK에 의해 형성되는 제 1 섹션;
P* CS, P* CK, P* DS, 및 P* DK에 의해 형성되는 제 2 섹션; 및
PDS, P* DS, PDK, 및 P* DK에 의해 형성되는 제 3 섹션으로 분할하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 BMS 신뢰성 검사 방법.According to claim 9,
Dividing the charge/discharge curve for each cycle,
In the charge/discharge curve, the charge start point (P CS , P * CS ), the charge inflection point (P CK , P * CK ), the discharge start point (P DS , P * DS ), and the discharge inflection point (P DK , P * DK ), and
The charge/discharge curve is:
a first section formed by P CS , P * CS , P CK , and P * CK ;
a second section formed by P * CS , P * CK , P * DS , and P * DK ; and
and dividing it into a third section formed by P DS , P * DS , P DK , and P * DK .
상기 충전 시작점(PCS) 및 방전 시작점(PDS)은 전류의 방향 변동에 의해 추출되고,
상기 충전 변곡점(PCK) 및 방전 변곡점(PDK)은 충전 상태(SOC)에 대한 전압의 변화량에 기반하여 추출되는 것을 특징으로 하는 BMS 신뢰성 검사 방법.According to claim 10,
The charging start point (P CS ) and the discharge start point (P DS ) are extracted by changing the direction of the current,
The charging inflection point (P CK ) and the discharging inflection point (P DK ) are extracted based on the amount of change in voltage with respect to the state of charge (SOC) BMS reliability test method.
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| KR1020210074716A KR20220165989A (en) | 2021-06-09 | 2021-06-09 | Method for examining credibility of battery management system |
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| KR20100019660A (en) | 2008-08-11 | 2010-02-19 | 주식회사 엘지화학 | Life prediction apparatus and the life prediction method using the same |
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