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KR102850998B1 - Smart battery management system for fire prevention - Google Patents

Smart battery management system for fire prevention

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KR102850998B1
KR102850998B1 KR1020200084658A KR20200084658A KR102850998B1 KR 102850998 B1 KR102850998 B1 KR 102850998B1 KR 1020200084658 A KR1020200084658 A KR 1020200084658A KR 20200084658 A KR20200084658 A KR 20200084658A KR 102850998 B1 KR102850998 B1 KR 102850998B1
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KR
South Korea
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battery
soc
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optimal
management system
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배정효
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한국전기연구원
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Abstract

스마트 배터리관리시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 배터리관리시스템은 하나 이상의 배터리를 통합 관리하는 스마트 배터리관리시스템(Smart Battery Management System, S-BMS)에 있어서, 하이브리드 칼만필터(Hybrid Kalman Filter, HKF)를 이용하여 배터리 상태(State Of Charge, SOC)를 추정하되, 상기 하이브리드 칼만필터에 입력되는 상태변수인 배터리의 R, C 값을 딥러닝 기법으로 예측하는 배터리 상태 추정모듈; 상기 각 배터리의 셀의 온도, 화재 안전점검 항목 신호, 릴레이 접점 신호를 수집하는 화재 예방정보 수집모듈; 및 상기 배터리 상태 추정모듈 및 상기 화재 예방정보 수집모듈의 신호를 종합하여 배터리의 충/방전을 제어하는 전력제어모듈;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A smart battery management system is provided. According to one embodiment of the present invention, a smart battery management system (S-BMS) for integrated management of one or more batteries comprises: a battery state estimation module for estimating a battery state (SOC) using a hybrid Kalman filter (HKF), and predicting R and C values of a battery, which are state variables input to the hybrid Kalman filter, using a deep learning technique; a fire prevention information collection module for collecting cell temperatures of each battery, fire safety inspection item signals, and relay contact signals; and a power control module for controlling charging/discharging of a battery by synthesizing signals of the battery state estimation module and the fire prevention information collection module.

Description

화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템{Smart battery management system for fire prevention}Smart battery management system for fire prevention

본 발명은 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 정확도를 향상시킨 각 배터리의 SOC(State of charge) 추정과 수집된 배터리의 화재 예방정보를 종합하여 화재를 예방할 수 있는 스마트 배터리관리시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a smart battery management system for fire prevention, and more specifically, to a smart battery management system capable of preventing fire by estimating the SOC (State of Charge) of each battery with improved accuracy and synthesizing collected fire prevention information of the battery.

리튬이온 2차전지를 전원으로 하는 전기자동차, 전기선박 및 에너지저장장치와 같은 시스템에서 BMS는 시스템에 필요한 전력을 공급하는 2차전지의 안전성과 신뢰성을 보증하는 역할을 수행한다. 특히, 배터리의 수명을 연장하기 위해서는 배터리 충전상태(SOC : State Of Charge)를 정상범위(SOC 0%~100%) 내에서 일정하게 유지시켜주는 것이 중요하다. SOC가 너무 낮거나 높은 상태가 계속되면, SOC를 중간 수준으로 유지할 경우에 비하여 배터리의 열화가 빠르게 진행된다. 배터리가 과방전되면 구성부품이 열화되고, 배터리가 과충전되면 배터리가 과열되는 문제점이 있었다. 특히, 에너지저장장치에서 발생되는 화재의 경우에는 이러한 배터리 화재가 대형 화재로 확산되어 커다란 경제적 손실이 발생되는 심각한 문제점이 있었다.In systems powered by lithium-ion secondary batteries, such as electric vehicles, electric ships, and energy storage devices, the BMS ensures the safety and reliability of the secondary batteries that supply the power required by the system. In particular, maintaining the battery's state of charge (SOC) within a constant range (0% to 100%) is crucial for extending battery life. If the SOC remains too low or too high, battery deterioration progresses more rapidly than if the SOC is maintained at an intermediate level. Overdischarging can cause component deterioration, while overcharging can lead to battery overheating. Furthermore, fires occurring in energy storage devices can escalate into large-scale fires, resulting in significant economic losses.

따라서 배터리의 잔존용량을 정확히 추정하는 것은 배터리 사용효율과 수명증대, 성능최적화, 나아가 화재 예방을 위해 반드시 필요하며, 배터리 사용 조건이 시시각각 크게 변하고, 그로 인해 배터리의 파라미터도 변화되므로 배터리 노화 정도에 따라 정확한 추정 기술이 필요하다.Therefore, accurately estimating the remaining capacity of a battery is essential for battery usage efficiency, lifespan extension, performance optimization, and even fire prevention. Since battery usage conditions change significantly from moment to moment, and battery parameters also change accordingly, accurate estimation technology is required depending on the degree of battery aging.

이러한 기술로서, "배터리 상태 추정 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 컴퓨터 프로그램(등록번호 : 10-2016715)" 에서는 전류적산법(Ampere-hour Counting Method) 및 칼만 필터(Kalman Filter)를 결합(하이브리드형 칼만 필터 방법)하여 배터리의 상태 추정의 정확성을 향상시킬 수 있는 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 컴퓨터 프로그램을 개시하고 있다.As such a technology, "Battery state estimation method, device performing the method, and computer program (Registration No.: 10-2016715)" discloses a method for improving the accuracy of battery state estimation by combining an ampere-hour counting method and a Kalman filter (hybrid Kalman filter method), a device performing the method, and a computer program performing the method.

상술한 문헌에서 설명하는 바와 같이, 종래에는 전류적산법(Ampere-hour Counting)을 이용하여 배터리 SOC를 추정하는 방식이 있었다. 전류적산법은 아래의 [수학식 1]과 같이 Peukert 방정식을 이용하여 실제 전류값을 표준 전류값(standard current)으로 변환하고 그 값을 적산하는 방법으로 배터리 SOC를 측정하는 방법이다.As described in the aforementioned literature, a conventional method for estimating battery SOC has been using the ampere-hour counting method. The ampere-hour counting method is a method for measuring battery SOC by converting actual current values into standard current values using the Peukert equation, as shown in [Mathematical Equation 1] below, and then integrating the values.

여기서, SOC0는 배터리 초기 충전상태, Qn은 배터리의 공칭용량, I는 시간(t)에 따른 실시간으로 배터리에 흐르는 전류, a는 Peukert 방정식에 의해 계산 및 추론하는 전류 효율인자(일반적으로 1로 설정함)이다.Here, SOC 0 is the initial state of charge of the battery, Q n is the nominal capacity of the battery, I is the current flowing through the battery in real time according to time (t), and a is the current efficiency factor (typically set to 1) calculated and deduced by the Peukert equation.

이러한 전류적산법은 용이하게 구현할 수 있다는 장점이 있으나 초기치 문제와 센서 노이즈로 인한 배터리 SOC 추정 오차 누적의 문제점이 있어 배터리가 완전히 충전되는 경우에 배터리 SOC를 리셋하는 등의 정기적인 교정이 요구되었다. 즉, 배터리의 충방전 경로에 설치된 전류 센서를 통해 측정된 전류에 의해 배터리 SOC가 추정되기 때문에 전류 센서의 정확한 센싱이 매우 중요하지만, 전류 센서는 성능 저하나 퇴화 등의 원인에 의하여 실제 전류와 측정 전류의 측정값에 차이가 있는 전류 오프셋(offset)이 발생하는 문제점과 이러한 전류 오프셋의 누적으로 인하여 시간이 경과할수록 실제 배터리 SOC와 추정된 배터리 SOC 사이의 오차범위가 커지는 문제점이 있었다.This current integration method has the advantage of being easy to implement, but it has the problem of accumulating battery SOC estimation errors due to initial value problems and sensor noise, so regular calibration, such as resetting the battery SOC when the battery is fully charged, is required. In other words, since the battery SOC is estimated by the current measured by the current sensor installed in the battery's charge/discharge path, accurate sensing of the current sensor is very important. However, the current sensor has a problem in that a current offset occurs due to causes such as performance degradation or deterioration, where the measured values of the actual current and the measured current differ, and the error range between the actual battery SOC and the estimated battery SOC increases over time due to the accumulation of this current offset.

종래의 배터리 상태 추정 장치는 도 1과 같이, 배터리의 전기화학적 특성을 반영하여 등가회로로 모델링할 수 있다. 도 1에서 E(t)는 개방 회로 전압(Open Circuit Voltage, OCV), I(t)는 전류, R1은 배터리의 내부저항, R2는 분극저항, C는 분극용량을 의미한다.A conventional battery condition estimation device can be modeled as an equivalent circuit that reflects the electrochemical characteristics of the battery, as shown in Fig. 1. In Fig. 1, E(t) represents the open circuit voltage (OCV), I(t) represents the current, R 1 represents the internal resistance of the battery, R 2 represents the polarization resistance, and C represents the polarization capacity.

배터리의 등가회로에 대하여 키르히호프 법칙 및 전류적산법을 적용하면 아래의 [수학식 2] 내지 [수학식 5]를 얻을 수 있다.By applying Kirchhoff's law and current integration method to the equivalent circuit of the battery, the following [Mathematical Equations 2] to [Mathematical Equations 5] can be obtained.

여기서, S(t)는 SOC 값이고, Q0는 공칭용량이며, F[S(t)]는 SOC와 OCV의 함수이다.Here, S(t) is the SOC value, Q 0 is the nominal capacity, and F[S(t)] is a function of SOC and OCV.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 도 2와 같이, 칼만필터(KF) 알고리즘을 이용하는 방법이 연구되었다. 칼만필터(KF)는 배터리 등가회로를 구성하고, 배터리의 SOC 및 배터리 등가회로의 분극용량과 저항을 상태 변수로 포함하는 시스템 방정식을 산출하고, 배터리의 SOC 관측값을 출력 변수로 포함하는 측정 방정식을 산출하여 배터리에 대한 측정 전류, 시스템 방정식 및 측정 방정식을 칼만필터(KF) 알고리즘에 적용하여 기 설정된 주기로 배터리의 SOC를 추정하는 단계로 이루어진다.In order to solve the above-described problem, a method using the Kalman filter (KF) algorithm was studied, as shown in Fig. 2. The Kalman filter (KF) includes the steps of constructing a battery equivalent circuit, calculating a system equation including the SOC of the battery and the polarization capacity and resistance of the battery equivalent circuit as state variables, calculating a measurement equation including the observed SOC of the battery as an output variable, and applying the measured current, system equation, and measurement equation for the battery to the Kalman filter (KF) algorithm to estimate the SOC of the battery at a preset cycle.

여기서, 시스템 방정식과 측정 방정식은 각각 아래의 [수학식 6]와 [수학식 7]로 표현될 수 있다.Here, the system equation and the measurement equation can be expressed as [Mathematical Equation 6] and [Mathematical Equation 7] below, respectively.

여기서, S(k+1) 및 uc(k+1)은 각각 현 단계의 SOC 및 배터리의 분극 용량, 즉 SOC 및 배터리의 분극용량의 예측값이고, S(k) 및 uc(k)는 각각 이전 단계의 SOC 및 배터리 분극용량이다. 또한, I(k)는 이전의 배터리 전류를 나타내고, w1(k) 및 w2(k)는 시스템의 잡음, v(k)는 전압 측정 잡음, R1, R2 및 C는 각각 배터리 등가회로의 내부저항, 분극저항 및 분극용량이다.Here, S(k+1) and u c (k+1) are the SOC and the polarization capacity of the battery at the current stage, i.e., the predicted values of the SOC and the polarization capacity of the battery, respectively, and S(k) and u c (k) are the SOC and the polarization capacity of the battery at the previous stage, respectively. In addition, I(k) represents the previous battery current, w 1 (k) and w 2 (k) are the noise of the system, v(k) is the voltage measurement noise, and R 1 , R 2 , and C are the internal resistance, polarization resistance, and polarization capacity of the battery equivalent circuit, respectively.

한편, 배터리 상태 추정의 정확성을 향상시키기 위하여 전류적산법과 칼만필터를 결합한 하이브리드 칼만필터(HKF)를 이용하여 배터리 SOC를 예측하는 방법이 연구되었다. 즉, 하이브리드 칼만필터(HKF)는 칼만필터(KF)를 이용한 SOC 예측방법 중 측정 방정식을 산출하는 단계에서 측정 전류에 전류 관측 잡음을 더 포함하여 전류적산법을 적용하고, 아래의 [수학식 8]과 같은 측정 방정식을 산출하는 것이다.Meanwhile, a method for predicting battery SOC using a hybrid Kalman filter (HKF) that combines the current integration method and the Kalman filter has been studied to improve the accuracy of battery state estimation. That is, the hybrid Kalman filter (HKF) is a method for predicting SOC using a Kalman filter (KF) that applies the current integration method by including current observation noise in the measured current during the step of calculating the measurement equation, and calculates a measurement equation as shown in [Mathematical Formula 8] below.

여기서, zk는 측정 방정식, S(t0)는 SOC 초기값, Qn은 배터리 공칭용량, H(k)는 전류 측정 잡음이다.Here, z k is the measurement equation, S(t 0 ) is the initial SOC value, Q n is the nominal battery capacity, and H(k) is the current measurement noise.

이러한 하이브리드 칼만필터(HKF)를 이용하여 정확한 SOC를 추정하기 위해서는 [수학식 3]에서 R2 및 C에 정확한 값을 대입하여 오차를 감소시키는 것이 중요하다.In order to estimate accurate SOC using this hybrid Kalman filter (HKF), it is important to reduce the error by substituting accurate values for R 2 and C in [Mathematical Formula 3].

종래에는 R2 및 C의 값을 추정하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리의 방전중에 펄스 입력을 주어 곡선의 시작점을 기준으로 V1과 V2를 측정하고, 이를 이용하여 [수학식 3]에서 입력되는 R2 및 C의 값을 연산하는 방법이 있었다.In the past, in order to estimate the values of R 2 and C, as shown in Fig. 3, there was a method of measuring V 1 and V 2 based on the starting point of the curve by giving a pulse input during the discharge of the battery, and calculating the values of R 2 and C input in [Mathematical Formula 3] using this.

그러나 상술한 방법에 의하면 도 4(a)와 같이, 어느 점을 곡선의 시작점으로 잡느냐에 따라 그 결과가 크게 차이나 오차범위가 커지는 문제점이 있었다. 또한 배터리의 충,방전 누적으로 인한 경년변화, 성능저하 등의 환경변화 요인에 따라 R,C값이 변함에도 불구하고 이러한 환경변화 요인은 고려하지 않고, 최초 산출된 R2 및 C값을 이용하여 SOC를 계속해서 추정하므로 배터리의 충/방전 횟수가 증가할수록 SOC 예측의 신뢰도가 저하될 수 있다는 한계가 있으므로 이에 대한 새로운 기술 개발이 절실히 필요한 시점이다.However, according to the above-described method, there was a problem that the results differed greatly and the error range increased depending on which point was set as the starting point of the curve, as shown in Fig. 4(a). In addition, although the R and C values change depending on environmental change factors such as aging and performance degradation due to accumulated charging and discharging of the battery, these environmental change factors are not taken into account, and the SOC is continuously estimated using the initially calculated R 2 and C values. Therefore, there is a limitation that the reliability of the SOC prediction may decrease as the number of battery charging/discharging cycles increases. Therefore, there is an urgent need for the development of new technologies for this.

KRKR 10-201671510-2016715 B1B1

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 기술로서, 하이브리드 칼만필터(Hybrid Kalman Filter, HKF) 알고리즘에 입력되는 상태변수인 배터리의 R, C 값을 정확하게 추정함으로써 배터리 SOC 예측의 정확도를 향상시키고, 수집된 배터리의 화재 예방정보를 종합하여 배터리의 화재를 예방할 수 있도록 하는 새로운 형태의 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention is a technology for improving the problems of the prior art, and aims to provide a new type of smart battery management system for fire prevention that improves the accuracy of battery SOC prediction by accurately estimating the R and C values of the battery, which are state variables input to the Hybrid Kalman Filter (HKF) algorithm, and prevents battery fire by synthesizing the collected fire prevention information of the battery.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 배터리관리시스템은 하나 이상의 배터리를 통합 관리하는 스마트 배터리관리시스템(Smart Battery Management System, S-BMS)에 있어서, 하이브리드 칼만필터(Hybrid Kalman Filter, HKF)를 이용하여 배터리 상태(State Of Charge, SOC)를 추정하되, 상기 하이브리드 칼만필터에 입력되는 상태변수인 배터리의 R, C 값을 딥러닝 기법으로 예측하는 배터리 상태 추정모듈; 상기 각 배터리의 셀의 온도, 화재 안전점검 항목 신호, 릴레이 접점 신호를 수집하는 화재 예방정보 수집모듈; 및 상기 배터리 상태 추정모듈 및 상기 화재 예방정보 수집모듈의 신호를 종합하여 배터리의 충/방전을 제어하는 전력제어모듈;을 포함하여 구성되며, 상기 배터리 상태 추정모듈은, 전체 배터리 중에서 샘플링된 n개의 샘플링 배터리의 R, C값들을 계측하는 제1-1 단계; 상기 계측된 R, C값들을 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 통해 각 샘플링 배터리의 SOCn를 산출하는 제2-1 단계; 샘플링 배터리의 SOCn을 이상적인 SOC와 비교하여 최적 근사값 SOC을 찾는 제3-1 단계; 및 상기 최적 근사값 SOC의 R, C값을 전체 배터리의 R, C 값으로 정하는 제4-1 단계;의 알고리즘을 수행하여 상기 샘플링 배터리의 R, C 계측값들과 연산된 최적 R, C값을 누적하여 빅데이터를 획득하고, 상기 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하여, 딥러닝 알고리즘을 통해 최적의 R, C값 및 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행한 각 배터리의 SOC를 예측하는 것을 특징으로 한다. (이상적인 SOC : 배터리 설계값에 의해 계산되는 최적값 또는 실험으로 추정되는 최적값)In order to achieve the above object, a smart battery management system according to an embodiment of the present invention is a smart battery management system (S-BMS) that comprehensively manages one or more batteries, comprising: a battery state estimation module that estimates a state of charge (SOC) of a battery using a hybrid Kalman filter (HKF), and predicts R and C values of a battery, which are state variables input to the hybrid Kalman filter, using a deep learning technique; a fire prevention information collection module that collects cell temperatures of each battery, fire safety inspection item signals, and relay contact signals; and a power control module that controls charging/discharging of a battery by synthesizing signals of the battery state estimation module and the fire prevention information collection module; wherein the battery state estimation module comprises: a 1-1 step of measuring R and C values of n sampling batteries sampled from among all batteries; a 2-1 step of calculating SOC n of each sampling battery through a hybrid Kalman filter algorithm that uses the measured R and C values as input state variables; The method is characterized in that the algorithm of the step 3-1 of finding the optimal approximate SOC by comparing the SOC n of the sampling battery with the ideal SOC and the step 4-1 of determining the R, C values of the optimal approximate SOC as the R, C values of the entire battery is performed to accumulate the R, C measured values of the sampling battery and the calculated optimal R, C values to obtain big data, and the deep learning algorithm is performed using the big data, and the SOC of each battery is predicted by performing the hybrid Kalman filter algorithm using the optimal R, C values and the input state variables through the deep learning algorithm. (Ideal SOC: the optimal value calculated by the battery design value or the optimal value estimated by the experiment)

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이러한 스마트 배터리관리시스템의 상기 배터리 상태 추정모듈은, 전체 배터리 중에서 샘플링된 1개의 샘플링 배터리의 R, C값들을 계측하는 제1-2 단계; 상기 계측된 R, C값 및 계측된 R, C 값에 미소증분값 ΔR, ΔC를 m차 가감한 Rm, Cm을 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 통해 샘플링 배터리의 SOCm를 산출하는 제2-2 단계; 샘플링 배터리의 SOCm를 이상적인 SOC와 비교하여 최적 근사값 SOC을 찾는 제3-2 단계; 및 상기 최적 근사값 SOC의 R, C값을 전체 배터리의 R, C 값으로 정하는 제4-2 단계;의 알고리즘을 수행하여 상기 샘플링 배터리에 대한 최적 R, C값을 누적하여 빅데이터를 획득하고, 상기 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하여, 딥러닝 알고리즘을 통해 최적의 R, C값 및 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행한 각 배터리의 SOC를 예측하는 것을 특징으로 한다. (이상적인 SOC : 배터리 설계값에 의해 계산되는 최적값 또는 실험으로 추정되는 최적값)The battery state estimation module of the smart battery management system is characterized in that it performs the following algorithms: 1-2 steps of measuring R, C values of one sampling battery sampled from among all batteries; 2-2 steps of calculating SOC m of the sampling battery through a hybrid Kalman filter algorithm that uses the measured R, C values and R m , C m , which are obtained by adding or subtracting micro-incremental values ΔR, ΔC m to the measured R, C values, as input state variables; 3-2 steps of comparing the SOC m of the sampling battery with an ideal SOC to find an optimal approximate SOC; and 4-2 steps of determining the R, C values of the optimal approximate SOC as the R, C values of the entire battery; thereby accumulating optimal R, C values for the sampling batteries to obtain big data, and using the big data to perform a deep learning algorithm, thereby predicting the SOC of each battery that has performed the hybrid Kalman filter algorithm that uses the optimal R, C values and the hybrid Kalman filter algorithm that uses the optimal R, C values as input state variables through the deep learning algorithm. (Ideal SOC: Optimal value calculated by battery design value or optimal value estimated by experiment)

이러한 스마트 배터리관리시스템의 상기 배터리 상태 추정모듈은, 배터리 샘플링 시간이 배터리 설치 초기인 것을 특징으로 한다.The battery status estimation module of this smart battery management system is characterized in that the battery sampling time is the initial stage of battery installation.

이러한 스마트 배터리관리시스템의 상기 배터리 상태 추정모듈은, 배터리 샘플링이 배터리 설치 후 주기적 반복 실시되어 배터리 사용 시간에 따른 최적 R, C 값을 경년변화 빅데이터로 획득하고, 상기 경년변화 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하여, 딥러닝 알고리즘을 통해 배터리 사용에 따라 변화되는 최적의 R, C값 및 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행한 각 배터리의 SOC를 예측하는 것을 특징으로 한다.The battery state estimation module of the smart battery management system is characterized in that battery sampling is performed periodically and repeatedly after battery installation to obtain optimal R, C values according to battery usage time as aging big data, and a deep learning algorithm is performed using the aging big data, and the SOC of each battery is predicted by performing a hybrid Kalman filter algorithm using the optimal R, C values that change according to battery usage through the deep learning algorithm and the hybrid Kalman filter algorithm that uses these as input state variables.

이러한 스마트 배터리관리시스템의 상기 화재 안전점검 항목 신호는, 전원신호, 지락검출차단(GPT)신호, 전력변환장치(PCS)신호, 서지보호장치(SPD)신호, 절연감시장치(IMD)신호, 과전류차단(Fuse)신호 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.The fire safety inspection item signal of the smart battery management system is characterized in that it includes at least one of a power signal, a ground fault detection and tripping (GPT) signal, a power conversion device (PCS) signal, a surge protection device (SPD) signal, an insulation monitoring device (IMD) signal, and an overcurrent tripping (fuse) signal.

이러한 스마트 배터리관리시스템의 상기 전력제어모듈은, 상기 각 배터리에서 화재위험을 감지하면 해당 배터리의 접속을 차단시키는 것을 특징으로 한다.The power control module of this smart battery management system is characterized in that it blocks the connection to each battery when it detects a fire risk in the battery.

본 발명에 의한 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템에 의하면, 칼만필터 알고리즘 적용 시 입력되는 상태변수인 배터리의 R, C 값을 딥러닝을 통해 예측하므로 상태변수인 배터리의 R, C 값 추정의 정확도를 향상시킬 수 있고, 이에 따라 SOC 예측의 오차범위가 축소되어 SOC 예측의 정확도 향상을 도모할 수 있다.According to the smart battery management system for fire prevention according to the present invention, the R and C values of the battery, which are state variables input when applying the Kalman filter algorithm, are predicted through deep learning, so that the accuracy of estimating the R and C values of the battery, which are state variables, can be improved, and accordingly, the error range of the SOC prediction can be reduced, thereby improving the accuracy of the SOC prediction.

따라서 SOC 예측 오류로 인하여 배터리가 지속적으로 과충전 또는 과방전되고, 배터리의 스트레스 누적으로 인한 과열이 화재로 이어지는 문제를 사전에 예방하고 차단할 수 있다.Therefore, it is possible to prevent and block problems in advance, such as continuous overcharging or overdischarging of the battery due to SOC prediction errors, and overheating due to accumulated stress in the battery leading to fire.

배터리에서 화재가 발생될 수 있는 다양한 신호를 수집하고, 배터리 SOC 예측 정보와 종합하여 배터리의 화재를 예방할 수 있도록 하는 효과가 있다.It has the effect of collecting various signals that may cause a fire in the battery and synthesizing them with battery SOC prediction information to prevent battery fire.

추가로, 본 발명에 의한 스마트 배터리관리시스템을 통하여 배터리 전류, 전압, 온도 등의 상태를 실시간으로 모니터링하여 잔존 용량 및 교체시기를 예측하여 시스템 제어에 활용 및 배터리의 성능 균등제어를 통한 배터리 수명을 확보할 수 있고, 배터리 보호와 자가진단을 통한 시스템 신뢰성과 안전성을 확보하여 유지비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.Additionally, the smart battery management system according to the present invention has the advantage of being able to monitor the status of battery current, voltage, temperature, etc. in real time to predict the remaining capacity and replacement time, and utilize this for system control, and secure the battery life through battery performance equalization control, and reduce maintenance costs by securing system reliability and safety through battery protection and self-diagnosis.

도 1은 배터리의 전기화학적 특성을 반영한 등가회로도.
도 2는 종래의 칼만필터(KF) 알고리즘 순서도.
도 3은 종래에 R2 및 C의 값을 추정하기 위하여 배터리의 방전시 펄스 입력을 주었을 때 시간-전압 그래프.
도 4는 종래의 하이브리드 칼만필터(HKF)와 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 기법을 이용한 배터리 SOC 예측 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 배터리관리시스템의 블록도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 SOC 예측 알고리즘 블록도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 SOC 예측 알고리즘 블록도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 안전점검 항목 데이터 수집을 위한 최적 구성도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 배터리관리시스템의 구성도.
Figure 1 is an equivalent circuit diagram reflecting the electrochemical characteristics of a battery.
Figure 2 is a flowchart of a conventional Kalman filter (KF) algorithm.
Figure 3 is a time-voltage graph when a pulse input is given during discharge of a battery to estimate the values of R 2 and C.
Figure 4 is a battery SOC prediction graph using a conventional hybrid Kalman filter (HKF) and a deep learning technique according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a block diagram of a smart battery management system according to one embodiment of the present invention.
Figure 6 is a block diagram of a battery SOC prediction algorithm according to one embodiment of the present invention.
Figure 7 is a block diagram of a battery SOC prediction algorithm according to another embodiment of the present invention.
Figure 8 is an optimal configuration diagram for collecting fire safety inspection item data according to one embodiment of the present invention.
Figure 9 is a configuration diagram of a smart battery management system according to one embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 9에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 BMS, SOC, 칼만필터 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings, FIGS. 1 to 9. Meanwhile, in the drawings and detailed descriptions, the illustrations and references to the configurations and operations that can be easily understood by those skilled in the art from general BMS, SOC, Kalman filters, etc., are briefly or omitted. In particular, in the illustrations and detailed descriptions of the drawings, detailed descriptions and illustrations of specific technical configurations and operations of elements not directly related to the technical features of the present invention are omitted, and only the technical configurations related to the present invention are briefly illustrated or described.

본 발명의 실시예에 따른 화재 에방을 위한 스마트 배터리관리시스템은 도 5와 같이, 배터리 상태 추정모듈(100), 화재 예방정보 수집모듈(200) 및 전력제어모듈(300)을 포함하여 구성된다.A smart battery management system for fire prevention according to an embodiment of the present invention is configured to include a battery status estimation module (100), a fire prevention information collection module (200), and a power control module (300), as shown in FIG. 5.

배터리 상태 추정모듈(100)은 배터리 SOC를 예측한다.The battery state estimation module (100) predicts the battery SOC.

상술한 "배터리 상태 추정 방법, 그 방법을 수행하는 장치 및 컴퓨터 프로그램(등록번호 : 10-2016715)"에 의하면 도 4(a)와 같이, 어느 점을 곡선의 시작점으로 잡느냐에 따라 그 결과가 크게 차이나 오차범위가 커지는 문제점이 있었고, 배터리의 충,방전 누적으로 인한 경년변화, 성능저하 등의 환경변화 요인을 고려하여야 한다.According to the above-described "Battery State Estimation Method, Device and Computer Program Performing the Method (Registration Number: 10-2016715)", as shown in Fig. 4(a), there was a problem in that the results differed significantly and the error range increased depending on which point was selected as the starting point of the curve, and environmental change factors such as aging and performance degradation due to accumulated charging and discharging of the battery must be taken into consideration.

따라서 본 발명의 실시예에서는 충,방전 횟수와 그에따른 배터리의 환경변화를 고려한 딥러닝 기법을 이용하여 도 3의 다양한 지점에서 이러한 V1과 V2를 측정하고, 그에 따른 R2 및 C의 값을 연산하여 가장 적합한 값을 선정하도록 함으로써 도 4(b)와 같이, SOC 예측의 오차범위를 감소시킬 수 있는 것이다.Therefore, in the embodiment of the present invention, by using a deep learning technique that takes into account the number of charge and discharge cycles and the environmental changes of the battery accordingly, V 1 and V 2 are measured at various points in FIG. 3, and the values of R 2 and C are calculated accordingly to select the most appropriate values, thereby reducing the error range of SOC prediction, as shown in FIG. 4(b).

즉, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 SOC 예측 알고리즘은 도 6과 같이 나타내어 질 수 있다. 전체 배터리 중에서 샘플링된 n개의 샘플링 배터리의 R, C값을 계측하고, 계측된 R, C값들을 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 통해 각 샘플링 배터리의 SOCn를 산출한다. 이렇게 산출된 SOCn를 배터리 설계값에 의해 계산되는 최적값 또는 실험으로 추정되는 최적값으로 선택되는 이상적인 SOC와 비교하여 최적 근사값 SOC를 찾고, 최적 근사값 SOC의 R, C값을 전체 배터리의 R, C값으로 정한다.That is, the battery SOC prediction algorithm according to the embodiment of the present invention can be represented as shown in Fig. 6. The R and C values of n sampling batteries sampled from among all batteries are measured, and the SOC n of each sampling battery is calculated through a hybrid Kalman filter algorithm that uses the measured R and C values as input state variables. The SOC n thus calculated is compared with the ideal SOC selected as the optimal value calculated by the battery design value or the optimal value estimated by experiment, and the optimal approximate SOC is found, and the R and C values of the optimal approximate SOC are set as the R and C values of the entire battery.

이때, 샘플링 배터리의 R, C계측값들과 연산된 최적 R, C값을 누적하여 빅데이터를 획득할 수 있다. 획득한 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하며, 이를 통해 최적의 R, C값 및 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행하면 실제 예측하고자 하는 전체 배터리에 대하여 각 SOC를 예측할 수 있게 되는 것이다.At this time, big data can be acquired by accumulating the R, C measured values of the sampled batteries and the calculated optimal R, C values. Using the acquired big data, a deep learning algorithm is performed, and by performing the hybrid Kalman filter algorithm with the optimal R, C values and these as input state variables, it becomes possible to predict each SOC for the entire battery to be predicted.

이러한 배터리 SOC 예측 기법을 활용함으로써 더욱 정밀한 예측이 가능하고, 입력되는 상태변수의 최적값을 자동 추출하므로 사용자의 편의성을 도모할 수 있다.By utilizing this battery SOC prediction technique, more precise predictions are possible, and the optimal values of the input state variables are automatically extracted, thereby improving user convenience.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 SOC 예측 알고리즘은 도 7과 같이 나타내어 질 수 있다. 먼저, 전체 배터리 중에서 샘플링된 하나의 배터리의 실측된 최초 R, C값을 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행하여 SOC1를 연산한다.A battery SOC prediction algorithm according to another embodiment of the present invention can be represented as shown in Fig. 7. First, a hybrid Kalman filter algorithm is performed using the measured initial R, C values of one battery sampled from among all batteries as input state variables to calculate SOC 1 .

다음으로, 실측된 R1, C1값에 미소증분값 ΔR, ΔC를 m차 가감한 값들을 예측 Rm, Cm값으로 정하고, 수많은 예측 Rm, Cm값들을 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행하여 각 예측 Rm, Cm값에 대한 SOCm를 연산하고, 연산된 SOCm를 이상적인 SOC와 비교하여 최적 근사값 SOC를 찾고, 최적 근사값 SOC의 R, C값을 전체 배터리의 R, C값으로 정한다.Next, the values obtained by adding and subtracting the micro-incremental values ΔR and ΔC m times from the measured R 1 and C 1 are set as the predicted R m and C m values, and a hybrid Kalman filter algorithm that uses numerous predicted R m and C m values as input state variables is performed to calculate the SOC m for each predicted R m and C m value, and the calculated SOC m is compared with the ideal SOC to find the optimal approximate SOC, and the R and C values of the optimal approximate SOC are set as the R and C values of the entire battery.

이때, 샘플링 배터리에 대한 최적 R, C값을 누적하여 빅데이터를 획득할 수 있다. 획득한 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하며, 이를 통해 최적의 R, C값 및 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행하면 실제 예측하고자 하는 전체 배터리에 대하여 각 SOC를 예측할 수 있게 되는 것이다.At this time, big data can be acquired by accumulating optimal R and C values for sampled batteries. Using the acquired big data, a deep learning algorithm is performed, and by performing a hybrid Kalman filter algorithm with the optimal R and C values and these as input state variables, each SOC can be predicted for the entire battery to be predicted.

특히, 샘플링된 하나의 실측 데이터를 이용하여 수많은 데이터를 생성시켜 빅데이터화 함으로써 상술한 도 6과 같은 실시예의 경우보다 더욱 간단하게 SOC를 예측할 수 있다.In particular, by generating a large amount of data using a single sampled actual data and converting it into big data, SOC can be predicted more simply than in the case of the embodiment as shown in FIG. 6 described above.

배터리 상태 추정모듈(100)은 상술한 방법으로 배터리 설치 초기에 배터리의 SOC를 최초 예측하되, 배터리 샘플링이 주기적으로 반복 실시될 수 있도록 한다. 이는 배터리 사용 시간에 따라 배터리의 성능저하나 환경변화가 발생할 수 있고, 그에 따른 R, C값이 변화되기 때문에 SOC 최적값도 변화되기 때문이다.The battery condition estimation module (100) initially predicts the SOC of the battery at the initial stage of battery installation using the method described above, but allows battery sampling to be performed repeatedly and periodically. This is because battery performance may deteriorate or environmental changes may occur over time as the battery is used, and the R and C values may change accordingly, thereby causing the optimal SOC value to also change.

따라서 배터리의 경년변화에 따라 배터리 샘플링이 주기적으로 반복 실시되도록 함으로써 배터리 사용 시간에 따른 최적 R, C값을 경년변화 빅데이터로 획득할 수 있다. Therefore, by periodically repeating battery sampling according to the aging of the battery, the optimal R and C values according to the battery usage time can be obtained as aging big data.

도 6 또는 도 7에 도시된 방법에 의하여 전체 배터리의 각 SOC를 예측할 때 획득한 경년변화 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하면 배터리 사용에 따라 변화되는 배터리 사용 환경조건을 고려한 최적의 R, C값을 산출할 수 있고, 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행하면 각 배터리의 경년변화를 고려한 SOC를 예측할 수 있게 되는 것이다.When predicting each SOC of the entire battery by the method illustrated in FIG. 6 or FIG. 7, by performing a deep learning algorithm using the acquired aging big data, it is possible to calculate optimal R and C values that take into account the battery usage environment conditions that change according to battery usage, and by performing a hybrid Kalman filter algorithm that uses this as an input state variable, it is possible to predict the SOC that takes into account the aging of each battery.

본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 배터리관리시스템은 배터리 상태 추정모듈(100)을 통해 상술한 방법으로 배터리의 SOC를 예측하는 한편, 화재 예방정보 수집모듈(200)을 통해 화재가 발생될 수 있는 위험요소를 사전에 감지한다.A smart battery management system according to one embodiment of the present invention predicts the SOC of a battery using the above-described method through a battery state estimation module (100), and detects risk factors that may cause fire in advance through a fire prevention information collection module (200).

화재 예방정보 수집모듈(200)은 전력계통에서 화재 발생 위험도가 높은 요인들을 집중적으로 점검하기 위한 것으로, 각 배터리 셀의 온도, 화재 안전점검 항목 신호, 릴레이 접점 신호를 수집한다.The fire prevention information collection module (200) is intended to intensively inspect factors with a high risk of fire in a power system, and collects the temperature of each battery cell, fire safety inspection item signals, and relay contact signals.

그 중에서도 화재 안전점검 항목 신호는 아래와 같이 전원신호, 지락검출차단(GPT)신호, 전력변환장치(PCS)신호, 서지보호장치(SPD)신호, 절연감시장치(IMD)신호, 과전류차단(Fuse)신호 중 어느 하나 이상을 포함하며, 이러한 점검 항목들은 도 7과 같이 구성되어 신호가 수집될 수 있다.Among them, the fire safety inspection item signals include at least one of the following: a power signal, a ground fault detection and tripping (GPT) signal, a power conversion device (PCS) signal, a surge protection device (SPD) signal, an insulation monitoring device (IMD) signal, and an overcurrent tripping (fuse) signal, and these inspection items can be configured as shown in Fig. 7 so that signals can be collected.

상술한 바와 같이, 배터리에서 화재가 발생될 수 있는 다양한 신호를 수집하고, 배터리 SOC 예측 정보와 종합하여 배터리의 화재를 예방할 수 있도록 하는 효과가 있다.As described above, it has the effect of collecting various signals that may cause a fire in a battery and synthesizing them with battery SOC prediction information to prevent a fire in the battery.

본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 배터리관리시스템은 배터리 상태 추정모듈(100)에서 배터리의 SOC를 예측하고, 화재 예방정보 수집모듈(200)에서 화재가 발생될 수 있는 위험요소를 사전에 감지하는 한편, 화재가 발생되었을 때 확산되지 않도록 사전에 차단할 수 있도록 전력제어모듈(300)을 더 포함하여 구성된다.A smart battery management system according to one embodiment of the present invention is configured to predict the SOC of a battery in a battery state estimation module (100), detect risk factors that may cause fire in advance in a fire prevention information collection module (200), and further include a power control module (300) so that fire can be prevented from spreading in advance when it occurs.

전력제어모듈(300)은 배터리 상태 추정모듈(100) 및 화재 예방정보 수집모듈(200)의 신호를 종합하여 각 배터리의 충/방전을 제어한다. 특히, 배터리에서 화재위험을 감지하면 해당 배터리의 접속을 차단시킴으로써 화재의 확산을 방지할 수 있다.The power control module (300) integrates signals from the battery status estimation module (100) and the fire prevention information collection module (200) to control the charging/discharging of each battery. In particular, when a fire risk is detected in a battery, the power control module (300) blocks the connection to the battery, thereby preventing the spread of fire.

추가로, 본 발명에 의한 스마트 배터리관리시스템을 통하여 배터리 전류, 전압, 온도 등의 상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 모니터링 시스템이 더 구비된다면 관리자에 의하여 배터리의 상태가 실시간으로 모니터링되어 배터리의 잔존 용량 및 교체시기를 용이하게 예측할 수 있고, 이를 전력계통 제어에 활용하거나 배터리의 성능 균등제어를 통한 배터리 수명 확보를 통한 배터리관리시스템 신뢰성과 안전성 확보 및 유지비용 절감이 가능하다는 장점이 있다.In addition, if a monitoring system capable of monitoring the status of battery current, voltage, temperature, etc. in real time is further provided through the smart battery management system according to the present invention, the status of the battery can be monitored in real time by the manager, and the remaining capacity and replacement time of the battery can be easily predicted, and this can be utilized for power system control, or the reliability and safety of the battery management system can be secured and maintenance costs can be reduced by securing the battery life through performance balance control of the battery.

또한, 화재가 발생한 후 원인을 분석하여 재발을 방지할 수 있도록 하기 위해서는 클라우드 저장장치 또는 블랙박스가 더 구비될 수도 있다. 클라우드 저장장치 또는 블랙박스는 배터리 상태 추정모듈(100)에서 전달받은 배터리 감시 데이터, 화재 예방정보 수집모듈(200)에서 전달받은 안전점검항목별 데이터, 전력제어모듈(300)에서 전달받은 배터리 충/방전 및 운용 데이터를 데이터베이스에 저장하고, 사후 확인하여 분석 가능하도록 함으로써 화재가 발생되면 그 원인을 분석하여 화재의 재발을 방지할 수 있는 것이다.In addition, a cloud storage device or a black box may be additionally installed to analyze the cause after a fire has occurred and prevent recurrence. The cloud storage device or black box stores battery monitoring data received from the battery status estimation module (100), data on each safety inspection item received from the fire prevention information collection module (200), and battery charge/discharge and operation data received from the power control module (300) in a database, and enables post-confirmation and analysis, thereby analyzing the cause when a fire occurs and preventing recurrence of the fire.

최종적으로 배터리 상태 추정모듈(100), 화재 예방정보 수집모듈(200), 전력제어모듈(300), 모니터링 시스템, 클라우드 저장장치 또는 블랙박스를 포함하는 본 발명에 의한 스마트 배터리관리시스템은 도 8에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.Finally, the smart battery management system according to the present invention, which includes a battery status estimation module (100), a fire prevention information collection module (200), a power control module (300), a monitoring system, a cloud storage device, or a black box, can be configured as shown in FIG. 8.

따라서 본 발명의 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템은, 배터리 상태 추정모듈을 통해 배터리의 경년변화를 고려하여 SOC를 정밀하게 예측함으로써 배터리의 지속적인 과충전 또는 과방전으로 의한 스트레스 누적을 방지할 수 있고, 배터리의 과열 발생을 차단할 수 있다. 또한, 배터리에서 화재가 발생될 수 있는 다양한 신호를 수집하고, 배터리 SOC 예측 정보와 종합하여 배터리의 화재 발생 위험을 사전에 예방할 수 있도록 하는 효과가 있다.Therefore, the smart battery management system for fire prevention of the present invention can prevent the accumulation of stress due to continuous overcharging or overdischarging of the battery and block the occurrence of battery overheating by precisely predicting the SOC by considering the aging changes of the battery through the battery condition estimation module. In addition, it has the effect of collecting various signals that may cause fire in the battery and synthesizing them with battery SOC prediction information to prevent the risk of battery fire in advance.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.Although the smart battery management system for fire prevention according to the embodiment of the present invention as described above has been illustrated in accordance with the above description and drawings, this is merely an example, and those skilled in the art will readily understand that various changes and modifications are possible within the scope that does not depart from the technical spirit of the present invention.

100: 배터리 상태 추정모듈
200: 화재 예방정보 수집모듈
300: 전력제어모듈
100: Battery status estimation module
200: Fire Prevention Information Collection Module
300: Power control module

Claims (7)

하나 이상의 배터리를 통합 관리하는 스마트 배터리관리시스템(Smart Battery Management System, S-BMS)에 있어서,
하이브리드 칼만필터(Hybrid Kalman Filter, HKF)를 이용하여 배터리 상태(State Of Charge, SOC)를 추정하되, 상기 하이브리드 칼만필터에 입력되는 상태변수인 배터리의 R, C 값을 딥러닝 기법으로 예측하는 배터리 상태 추정모듈;
상기 각 배터리의 셀의 온도, 화재 안전점검 항목 신호, 릴레이 접점 신호를 수집하는 화재 예방정보 수집모듈; 및
상기 배터리 상태 추정모듈 및 상기 화재 예방정보 수집모듈의 신호를 종합하여 배터리의 충/방전을 제어하는 전력제어모듈;을 포함하여 구성되며,
상기 배터리 상태 추정모듈은,
전체 배터리 중에서 샘플링된 n개의 샘플링 배터리의 R, C값들을 계측하는 제1-1 단계;
상기 계측된 R, C값들을 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 통해 각 샘플링 배터리의 SOCn를 산출하는 제2-1 단계;
샘플링 배터리의 SOCn을 이상적인 SOC와 비교하여 최적 근사값 SOC을 찾는 제3-1 단계; 및
상기 최적 근사값 SOC의 R, C값을 전체 배터리의 R, C 값으로 정하는 제4-1 단계;의 알고리즘을 수행하여
상기 샘플링 배터리의 R, C 계측값들과 연산된 최적 R, C값을 누적하여 빅데이터를 획득하고,
상기 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하여,
딥러닝 알고리즘을 통해 최적의 R, C값 및 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행한 각 배터리의 SOC를 예측하는 것을 특징으로 하는 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템.
(이상적인 SOC : 배터리 설계값에 의해 계산되는 최적값 또는 실험으로 추정되는 최적값)
In a smart battery management system (S-BMS) that manages one or more batteries,
A battery state estimation module that estimates the battery state (SOC) using a hybrid Kalman filter (HKF), and predicts the R and C values of the battery, which are state variables input to the hybrid Kalman filter, using a deep learning technique;
A fire prevention information collection module that collects the temperature of each battery cell, fire safety inspection item signal, and relay contact signal; and
It is configured to include a power control module that controls the charging/discharging of the battery by synthesizing the signals of the battery status estimation module and the fire prevention information collection module;
The above battery status estimation module,
Step 1-1 of measuring the R and C values of n sampled batteries from among all batteries;
Step 2-1 of calculating the SOC n of each sampled battery through a hybrid Kalman filter algorithm using the measured R and C values as input state variables;
Step 3-1: Finding the optimal approximate SOC by comparing the SOC n of the sampled battery with the ideal SOC; and
Step 4-1 of determining the R, C values of the above optimal approximate SOC as the R, C values of the entire battery is performed by performing the algorithm.
Big data is obtained by accumulating the R, C measured values of the above sampling battery and the calculated optimal R, C values,
By using the above big data, a deep learning algorithm is performed,
A smart battery management system for fire prevention characterized by predicting the SOC of each battery by performing a hybrid Kalman filter algorithm using optimal R and C values and these as input state variables through a deep learning algorithm.
(Ideal SOC: Optimal value calculated by battery design value or optimal value estimated by experiment)
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 배터리 상태 추정모듈은,
전체 배터리 중에서 샘플링된 1개의 샘플링 배터리의 R, C값들을 계측하는 제1-2 단계;
상기 계측된 R, C값 및 계측된 R, C 값에 미소증분값 ΔR, ΔC를 m차 가감한 Rm, Cm을 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 통해 샘플링 배터리의 SOCm를 산출하는 제2-2 단계;
샘플링 배터리의 SOCm를 이상적인 SOC와 비교하여 최적 근사값 SOC을 찾는 제3-2 단계; 및
상기 최적 근사값 SOC의 R, C값을 전체 배터리의 R, C 값으로 정하는 제4-2 단계;의 알고리즘을 수행하여
상기 샘플링 배터리에 대한 최적 R, C값을 누적하여 빅데이터를 획득하고,
상기 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하여, 딥러닝 알고리즘을 통해 최적의 R, C값 및 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행한 각 배터리의 SOC를 예측하는 것을 특징으로 하는 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템.
(이상적인 SOC : 배터리 설계값에 의해 계산되는 최적값 또는 실험으로 추정되는 최적값)
In the first paragraph,
The above battery status estimation module,
Step 1-2: measuring the R and C values of one sampled battery among all batteries;
Step 2-2 of calculating the SOC m of the sampling battery through a hybrid Kalman filter algorithm that uses the measured R, C values and R m and C m obtained by adding or subtracting the micro-incremental values ΔR, ΔC to the measured R, C values m times as input state variables;
Step 3-2: Finding the optimal approximate SOC by comparing the SOC m of the sampled battery with the ideal SOC; and
The algorithm of step 4-2 is performed to determine the R, C values of the above optimal approximate SOC as the R, C values of the entire battery.
Obtain big data by accumulating optimal R and C values for the above sampling batteries,
A smart battery management system for fire prevention, characterized in that it performs a deep learning algorithm using the above big data, and predicts the SOC of each battery by performing a hybrid Kalman filter algorithm using the optimal R and C values and these as input state variables through the deep learning algorithm.
(Ideal SOC: Optimal value calculated by battery design value or optimal value estimated by experiment)
제3항에 있어서,
상기 배터리 상태 추정모듈은,
배터리 샘플링 시간이 배터리 설치 초기인 것을 특징으로 하는 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템.
In the third paragraph,
The above battery status estimation module,
A smart battery management system for fire prevention characterized by a battery sampling time that is early in the battery installation.
제4항에 있어서,
상기 배터리 상태 추정모듈은,
배터리 샘플링이 배터리 설치 후 주기적 반복 실시되어
배터리 사용 시간에 따른 최적 R, C 값을 경년변화 빅데이터로 획득하고,
상기 경년변화 빅데이터를 이용하여 딥러닝 알고리즘을 수행하여, 딥러닝 알고리즘을 통해 배터리 사용에 따라 변화되는 최적의 R, C값 및 이를 입력 상태변수로 하는 하이브리드 칼만필터 알고리즘을 수행한 각 배터리의 SOC를 예측하는 것을 특징으로 하는 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템.
In paragraph 4,
The above battery status estimation module,
Battery sampling is performed periodically after battery installation.
Obtain optimal R, C values according to battery usage time using big data on aging.
A smart battery management system for fire prevention characterized by performing a deep learning algorithm using the above-mentioned aging big data, and predicting the SOC of each battery by performing a hybrid Kalman filter algorithm using the optimal R, C values that change according to battery use through the deep learning algorithm and the input state variables.
제1항에 있어서,
상기 화재 안전점검 항목 신호는,
전원신호, 지락검출차단(GPT)신호, 전력변환장치(PCS)신호, 서지보호장치(SPD)신호, 절연감시장치(IMD)신호, 과전류차단(Fuse)신호 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템.
In the first paragraph,
The above fire safety inspection item signal is,
A smart battery management system for fire prevention, characterized in that it includes at least one of a power signal, a ground fault detection and tripping (GPT) signal, a power conversion device (PCS) signal, a surge protection device (SPD) signal, an insulation monitoring device (IMD) signal, and an overcurrent tripping (fuse) signal.
제1항에 있어서,
상기 전력제어모듈은,
상기 각 배터리에서 화재위험을 감지하면 해당 배터리의 접속을 차단시키는 것을 특징으로 하는 화재 예방을 위한 스마트 배터리관리시스템.
In the first paragraph,
The above power control module,
A smart battery management system for fire prevention, characterized in that when a fire risk is detected in each of the above batteries, the connection to the corresponding battery is blocked.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114861413B (en) * 2022-04-14 2024-09-24 哈尔滨理工大学 Estimation method and device of SOC of lithium-ion battery throughout its life cycle based on interactive multi-model
KR20240145624A (en) * 2023-03-28 2024-10-07 주식회사 카펙발레오 Post-analysis system and method for electric vehicle battery fire occurrence factors
KR102681422B1 (en) * 2023-04-27 2024-07-08 박신태 Shunt resistor built-in battery management system and battery management method
KR102703393B1 (en) * 2023-04-27 2024-09-06 박신태 Battery management system and method for outputting individual information of battery cells
KR102669896B1 (en) * 2023-04-27 2024-05-30 박신태 Battery management system and method for outputting accumulated battery usage
CN117639184B (en) * 2024-01-25 2024-04-05 广州鑫虹兴电子有限公司 Intelligent battery management method and system
CN118759378B (en) * 2024-09-05 2024-11-26 中国海洋大学 SOC estimation method for energy storage battery pack and energy storage battery pack management system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180246173A1 (en) 2017-02-28 2018-08-30 Honeywell International Inc. Online determination of model parameters of lead acid batteries and computation of soc and soh
KR102077736B1 (en) * 2019-10-16 2020-02-17 주식회사 에코전력 Energy storage system with black box for fire analysis

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102016715B1 (en) * 2016-11-23 2019-10-21 한국전기연구원 Method, apparatus and computer program for estimating state of battery charge
KR102805832B1 (en) * 2017-01-18 2025-05-12 삼성전자주식회사 Method and apparatus for managing battery
KR102783337B1 (en) * 2018-02-20 2025-03-19 주식회사 엘지에너지솔루션 Apparatus and method for calculating State Of Charge

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180246173A1 (en) 2017-02-28 2018-08-30 Honeywell International Inc. Online determination of model parameters of lead acid batteries and computation of soc and soh
KR102077736B1 (en) * 2019-10-16 2020-02-17 주식회사 에코전력 Energy storage system with black box for fire analysis

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