• Journal of Power Electronics
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• 제14권5호
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• pp.1038-1046
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• 2014

Lithium-ion batteries are widely used in hybrid and pure electric vehicles. State-of-charge (SOC) estimation is a fundamental issue in vehicle power train control and battery management systems. This study proposes a novel model-based SOC estimation method that applies closed-loop state observer theory and a comprehensive battery model. The state-space model of lithium-ion battery is developed based on a three-order resistor-capacitor equivalent circuit model. The least square algorithm is used to identify model parameters. A multi-state closed-loop state observer is designed to predict the open-circuit voltage (OCV) of a battery based on the battery state-space model. Battery SOC can then be estimated based on the corresponding relationship between battery OCV and SOC. Finally, practical driving tests that use two types of typical driving cycle are performed to verify the proposed SOC estimation method. Test results prove that the proposed estimation method is reasonably accurate and exhibits accuracy in estimating SOC within 2% under different driving cycles.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2011년도 정기총회 및 추계학술대회 논문집
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• pp.2329-2335
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• 2011

The Wireless low floor tram uses the energy more effectively than other systems with onboard battery system. But for this the SOC(state of charge) management of the battery system is required. This paper is focused on the SOC management strategy of battery system for propulsion in wireless low floor tram. For minimizing consumption energy, the SOC management strategy that maximizes the regeneration energy is studied. The SOC operating region is divided to overcome the limited life cycle pointed out as a disadvantage of battery system. And the effective energy management strategy of tram is suggested through the charge/discharge of the battery system according to tram status in catenary/catenary-free section.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.33-34
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• 2016

This paper presents a load sharing method based on the low bandwidth communication (LBC) applied to a DC microgrid in order to balance the state of charge (SOC) of the battery units connected in parallel to the common bus. In this method, SOC of each battery unit is transferred to each other through LBC to calculate average SOC value. After that, droop coefficients of battery units are adjusted according to the difference between SOC of each unit and average SOC value of all batteries in the system. The proposed method can effectively balance the SOC of battery units in charging and discharging duration with a simple low bandwidth communication system.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2018년도 추계학술대회
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• pp.36-38
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• 2018

As the battery capacity requirement increases, battery cells are connected in a parallel configuration. However, the sharing current of each battery cell becomes unequal due to the imbalance between cell's impedance which results the mismatched states of charge (SOC). The conventional fixed-resistance balancing methods have a limitation in battery equalization performance and system efficiency. This paper proposes a battery equalization method based on dynamic resistance technique, which can improve equalization performance and reduce the loss dissipation. Based on the SOC rate of parallel connected battery cells, the switches in the equalization circuit are controlled to change the equivalent series impedance of the parallel branch, which regulates the current flow to maximize SOC utilization. To verify the method, operations of 4 parallel-connected 18650 Li-ion battery cells with 3.7V-2.6Ah individually are simulated on Matlab/Simulink. The results show that the SOCs are balanced within 1% difference with less power dissipation over the conventional method.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2016년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.309-310
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• 2016

Sealed flooded lead acid batteries are becoming popular in the industry because of their low cost as compared to their counterparts. State of Charge (SOC) estimation has always been an important factor in battery management systems. For the accurate SOC estimation, open circuit voltage (OCV) hysteresis should be modelled accurately. The hysteresis phenomenon of the sealed flooded lead acid battery is discussed in detail and its ultimate modeling is proposed based on the conventional parallelogram method. The SOC estimation is performed by using Unscented Kalman Filter (UKF) while the parameters of the battery are estimated using Auto Regressive with external input (ARX) method. The validity of the proposed method is verified by the experimental results. The SOC estimation error by the proposed method is less than 3 % all wing the 125hr test.

• 전자공학회논문지SC
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• 제48권1호
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• pp.9-17
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• 2011

본 논문에서는 저전류 충방전용 배터리의 SOC(Storage of Charge)을 구하기 위하여 헤르미트 보간법을 이용한 새로운 SOC 다항식을 제안하였다. 또한 SOC 다항식의 계수들을 직접 구할 수 있는 일반 공식이 제안되었다. 실험한 결과, 제안된 방식이 기존의 볼츠만(Boltzmann) SOC 방정식보다 실측 SOC에 정확하게 근사됨을 알 수가 있었으며, 계산적으로도 효율적인 솔루션임이 입증 되었다.

• 전력전자학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.175-181
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• 2015

In this study, a lithium polymer battery (LiPB) is simply expressed by a primary RC equivalent model. The PI state observer is designed in Matlab/Simulink. The non-linear relationship with the OCV-SOC is represented to be linearized with 0.1 pu intervals by using battery parameters obtained by constant-current pulse discharge. A state equation is configured based on battery parameters. The state equation, which applied Peukert's law, can estimate SOC more accurately. SOC estimation capability was analyzed by utilizing reduced Federal Test Procedure (FTP-72) current profile and using a bi-directional DC-DC converter at temperature ($25^{\circ}C$). The PI state observer, which is designed in this study, indicated a SOC estimation error rate of ${\pm}2%$ in any of the initial SOC states. The PI state observer confirms a strong SOC estimation performance despite disturbances, such as modeling errors and noise.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권3호
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• pp.363-370
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• 2022

본 논문에서는 전기자동차용 배터리 충/방전 상태 추정의 정확도를 개선하기 위해 칼만 필터(Kalman Filter, KF) 알고리즘과 등가회로모델(Equivalent Circuit Model)을 활용한 State Of Charge (SOC) 추정 방법을 적용하였다. 특히 노화된 배터리 용량을 함께 추정 가능한 관측기(observer)를 설계하였다. 우선 노화가 없는 경우, 칼만 필터를 이용하여 SOC를 단일 추정하면, 관측기 없이 모델로 계산된 경우와 비교하여 평균 절대 오차율이 1.43%(관측기 미사용)에서 0.27%(관측기 사용)로 감소하였다. 차량 주행상태에서는 전류가 고정되지 않아 SOC와 배터리 용량을 모두 추정하는 것에 일반적인 KF 혹은 Extended KF 알고리즘을 이용할 수 없다. 배터리 노화에 의한 용량 변화는 단시간에 일어나지는 않다는 점에 착안하여, 충전 시 배터리 용량 추정을 주기적으로 실시하는 전략을 제시하였다. 충전 모드에서는 일정 구간마다 전류가 고정되기에, 해당 상황에서 배터리 노화 용량을 SOC와 함께 추정 전략을 제시하였다. 전류가 고정된 상태에서 SOC 추정의 평균 절대 오차율은 0.54% 였으며, 용량 추정의 평균 절대 오차율은 2.24%로 나타났다. 충전상태에서 전류가 고정됨으로 일반적인 EKF를 활용하여 배터리 용량과 SOC 동시 추정이 가능하도록 하였다. 이를 통하여 배터리 충전 시 주기적인 배터리 용량 보정을 수행할 수 있다. 그리고, 방전 시에는 해당 용량으로 고정한 채 SOC를 추정하는, 배터리 관리 시스템에서 활용 가능한 추정 알고리즘을 제안하였다.

• 전기전자학회논문지
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• 제24권1호
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• pp.333-338
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• 2020

본 논문은 역전파 뉴럴 네트워크(Back Propagation Neural Network; BPNN) 알고리즘을 이용한 배터리 셀의 잔존용량(State Of Charge; SOC) 추정 방법을 제안한다. 이를 위해 배터리 성능평가 시뮬레이터를 구현하고 다양한 온도에서의 충방전 실험을 통해 뉴럴 네트워크 학습에 필요한 입출력 데이터를 도출한다. 최종적으로 배터리의 SOC 추정 성능은 Matlab/Simulink 프로그램을 이용하여 Ah-counting에 의한 실험치와 비교를 통해 분석하고 오차율을 3% 미만으로 줄일 수 있음을 시뮬레이션을 통해 확인한다.

• 한국정보기술학회논문지
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• 제18권5호
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• pp.55-64
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• 2020

태양광 시스템의 안정성과 신뢰성 향상을 위해서는 배터리의 잔존량 (State of Charge, SOC)을 정확하게 추정하여야 한다. 본 연구에서는 gradient descent, Levenberg-Marquardt 및 scaled conjugate gradient 학습방법을 사용한 인공 신경회로망 (Artificial Neural Networks, ANN)과 적응형 뉴로-퍼지 추론 시스템 (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System, ANFIS)을 사용한 SOC 추정방법을 제안한다. 입력으로는 충전 시작 전압 및 적류적산법을 통해 구한 충전 전류를 사용하여 추정된 SOC를 출력한다. 4개의 모델 (ANN-GD, ANN-LM, ANN-SCG, 및 ANFIS)을 사용하여 SOC 추정 방법을 구현하였고 실험을 통해 MATLAB을 사용하여 4개의 모델의 성능을 비교 분석하였다. 실험 결과로부터 ANFIS 모델을 사용한 배터리의 SOC 추정이 가장 정확도가 높았으며 빠른 속도로 수렴함을 확인하였다.