KR100956172B1

KR100956172B1 - 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법 및 장치, 2차 전지의분극 전압 추정 방법 및 장치, 및 2차 전지의 잔존 용량추정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100956172B1
Application number: KR1020077017517A
Authority: KR
Inventors: 유사이 무라카미
Original assignee: 파나소닉쿠 이브이에나지 가부시키가이샤
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2010-05-06
Also published as: US7630842B2; US20080162059A1; JP4560540B2; WO2006080067A1; EP1843164A4; KR20070103406A; JPWO2006080067A1; CN101116003A; CN101116003B; EP1843164A1

Abstract

무부하 전압 연산부(105)가, 특정한 선별 조건이 만족된 경우에, 전류 데이터(I(n))와 전압 데이터(V(n))와의 복수의 데이터에 대하여, 최소 자승법을 사용한 통계 처리에 의해 구한 근사값선의 전류가 제로일 때의 전압 절편인 무부하 전압(Vsep)을 산출하고, 개방 전압 연산부(106)가, 특정한 전류 조건 또는 전압 조건이 일정 시간 계속하여 만족된 경우에, 2차 전지의 단자 전압을 개방 전압(Voc)으로서 산출하며, 제로-전류 시 전압 연산부(107)에 의해 산출된 제로-전류 시 전압(Vzo)을 제로-전류 시 전압 보존부(108)가 보존한다. 추정 충방전 전기량 연산부(118A)가, 미리 설정된 전압 변화량 조정 정수(ΔVbc) · 조정 계수(Kb), 기전력 변화 정수(Keq) 및 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 사용하여, 제로-전류 시 전압(Vzo)의 변화량(ΔVzo)의 함수로서 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출한다. 전류 측정 오차의 영향 없이 충방전 전기량을 추정가능하다.

Description

2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법 및 장치, 2차 전지의 분극 전압 추정 방법 및 장치, 및 2차 전지의 잔존 용량 추정 방법 및 장치{SECONDARY CELL CHARGE/DISCHARGE ELECTRICITY AMOUNT ESTIMATION METHOD AND DEVICE, SECONDARY CELL POLARIZATION VOLTAGE ESTIMATION METHOD AND DEVICE, AND SECONDARY CELL REMAINING CAPACITY ESTIMATION METHOD AND DEVICE}

본 발명은, 전기 자동차(Pure Electric Vehicle: PEV)와 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle: HEV) 등에 모터의 동력원 및 각종 부하의 구동원으로서 탑재되는 니켈-수소(Ni-MH) 배터리 등의 2차 전지의 잔존 용량(State of Charge: SOC)을 추정하는 기술에 관한 것이다.

종래 HEV는, 2차 전지의 전압, 전류, 온도 등을 검출하여 2차 전지의 잔존 용량(이하, SOC로 약칭한다)을 연산에 의해 추정하고, 차량의 연료 소비 효율이 가장 좋아지도록 SOC 제어를 수행하고 있다. SOC 제어를 정확히 수행하기 위해서는, 충방전을 수행하고 있는 2차 전지의 SOC의 정확한 추정이 필요하게 된다.

관련되는 종래의 SOC 추정 방법으로서, 우선, 소정 기간에 전지 전압(V)과 충방전된 전류(I)를 측정하고, 그 전류의 적분값(∫I)을 계산하며, 또한 온도(T), 전지 전압(V) 및 전류 적분값(∫I)의 함수로부터, 앞서 추정한 전지의 분극 전압 (Vc(t-1))을 분극 전압(Vc(t))으로 갱신하여, 보정 전압(V'(=V-Vc(t)))을 구한다. 보정 전압(V')과 전류(I)의 복수 개의 데이터 세트를 취득하여 기억하고, 상기 데이터 세트로부터 회귀 분석에 의해 1차 근사값선(전압(V')-전류(I) 근사값선)을 구하며, 전압(V')-전류(I) 근사값선의 전압(V) 절편을 기전력(E)으로서 추정하고, 앞서 추정한 SOC, 기전력(E), 온도(T) 및 전류 적분값(∫I)의 함수로부터 SOC를 추정하는 것이 있다(예를 들면, 일본공개특허 제2001-223033호 참조).

그러나 상기 종래의 SOC 추정 방법에서는, 이하와 같은 문제점이 있다.

우선, SOC를 추정하기 위해, 2차 전지에 흐르는 충방전 전류를 전류 센서에 의해 측정하고 있다. 이 전류 센서는, HEV 등에 이용되는 경우, 대 전류를 측정할 필요가 있고, 고 정밀도의 것을 이용하면 비용이 높아지기 때문에, 저 비용으로 정밀도가 그다지 좋지 않은 것을 사용하지 않으면 안 되는 것이 현실이다. 그 때문에, 전류 센서에 의해 검출한 전류값에는 측정 오차가 포함되고, 이 전류 오차가 SOC의 추정 오차가 된다. 특히, 충방전 비율이 전류 오차보다도 작은 경우(예를 들면, 1A의 충방전 비율에 대하여 ±2A의 전류 오차가 있는 경우 등), 시간의 경과와 함께, 추정한 SOC의 거동이 현저히 이상해진다.

또, 상기 종래 기술과 같이, 관련되는 전류 센서에 의해 측정한 전류의 적분값의 함수로서, 앞서 측정한 전지의 분극 전압(Vc(t-1))을 분극 전압(Vc(t))으로서 변경하고, 분극 전압의 영향을 고려한 SOC의 추정을 수행하는 방법으로는, 과거의 분극 전압의 연산에 전류 오차가 포함되어, 이 전류 오차가 분극 전압의 추정 오차가 되고, 이것이 누적되어 가기 때문에, 시간의 경과와 함께, SOC의 참값과 추정값과의 오차가 커지게 되는 문제가 있다.

본 발명은, 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은, 전류 측정 오차의 영향을 받지 않고 충방전 전기량, 분극 전압을 추정할 수 있는 방법 및 장치를 제공하고, 그에 따라 전류값에 측정 오차를 포함하는 경우라도 SOC를 고 정밀도로 추정할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법의 제1 실시예는, 2차 전지에 흐르는 전류와, 상기 전류에 대응한 상기 2차 전지의 단자 전압과의 데이터 세트를 측정하고, 상기 데이터 세트를 복수 개 취득하는 공정; 특정한 선별 조건(예를 들면, 전류의 값이 충전측 및 방전측에서 소정의 범위 내(예를 들면, ±50A)에 있고, 복수의 데이터 세트의 수가 충전측과 방전측에서 소정 개수(예를 들면, 60샘플 중의 각 10개) 이상이며, 복수 개의 데이터 세트의 취득 중의 충방전 전기량이 소정의 범위 내(예를 들면, 0.3Ah)에 있다는 조건)이 만족된 경우에, 상기 복수 개의 데이터 세트에 대하여, 최소 자승법 등의 수법을 이용한 회귀분석 등의 통계 처리에 의해 구한 근사값선의 전류가 제로일 때의 전압 절편인 무부하 전압(Vsep)을 산출하는 공정; 특정한 전류 조건(예를 들면, 전류의 절대값이 10 암페어 미만이라는 조건) 또는 전압 조건(예를 들면, 전압의 변화량이 1볼트 미만이라는 조건)이 일정 시간 계속하여(예를 들면, 10초간) 만족된 경우에, 2차 전지의 단자 전압으로부터 개방 전압(Voc)을 산출하는 공정; 무부하 전압 또는 개방 전압으로부터 제로-전류 시 전압(Vzo)을 산출하는 공정; 제로-전류 시 전압을 보존하는 공정; 제로-전류 시 전압을 보존하고 나서 다음으로 제로-전류 시 전압이 산출되기까지의 시간 기간의 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)을 산출하는 공정; 및 상기 제로-전류 시 전압의 변화량에 기반하여, 상기 2차 전지에 대한 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출하는 공정을 포함한다.

본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법의 제1 실시예는 또한, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)에 대하여, 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되는 전압 변화량의 조정 정수(ΔVbc) 및 조정 계수(Kb)를 미리 설정하는 공정; 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 기전력의 변화량인 기전력 변화 정수(Keq)를 미리 설정하는 공정; 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 분극 전압의 변화량인 분극 전압 정수(Kpol)를 미리 설정하는 공정을 더 포함하고, 추정 충방전 전기량(ΔQe)은, ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbc)/(Keq+Kpol)로 나타내어지는 식을 이용하여, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)의 함수로서 산출된다.

본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법의 제2 실시예는, 본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법의 제1 실시예에 더하여, 추정 충방전 전기량에 기반하여, 2차 전지의 분극 전압(Vpol)을 산출하는 공정; 산출한 분극 전압을 보존하는 공정; 분극 전압의 보존 시간(th)을 산출하는 공정; 및 보존된 분극 전압과 보존 시간에 기반하여, 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))을 산출하는 공정을 더 포함하고, 추정 충방전 전기량의 산출 공정에 있어서, 제로-전류 시 전압의 변화량에 더하여 시간에 의존한 전압 변화량에 기반하여, 추정 충방전 전기량이 산출된다.

이 경우, 시간에 의존한 전압 변화량의 산출 공정에서, 보존된 분극 전압에 보존 시간의 함수인 분극 감쇄율을 승산하여, 시간에 의존한 전압 변화량이 산출된다.

본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법의 제2 실시예는 또한, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)에 대하여, 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되는 조정 계수(Kb)를 미리 설정하는 공정; 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 기전력의 변화량인 기전력 변화 정수(Keq)를 미리 설정하는 공정; 및 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 분극 전압의 변화량인 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정하는 공정을 더 포함하고, 추정 충방전 전기량(ΔQe)은, ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbp(th))/(Keq+Kpol)로 나타내어지는 식을 이용하여, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo) 및 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVzo)(th)의 함수로서 산출된다.

본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법의 제3 실시예는, 본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법의 제1 추정 방법의 제1 실시예에 더하여, 추정 충방전 전기량에 기반하여, 2차 전지의 분극 전압을 산출하는 공정; 보존된 제로-전류 시 전압과 분극 전압에 기반하여, 2차 전지의 기전력(Veq)을 산출하는 공정; 산출한 기전력을 보존하는 공정; 2차 전지에 흐르는 전류로부터, 기전력을 보존하고 있는 시간 기간의 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 산출하는 공정; 보존된 기전력과 측정 충방전 전기량에 기반하여, 추정 충방전 전기량 산출용 기전력(Veq2)을 산출하는 공정; 및 추정 충방전 전기량 산출용 기전력과 보존된 기전력과의 차인 기전력 변화량(ΔVeq)을 산출하는 공정을 더 포함하고, 추정 충방전 전기량의 산출 공정에 있어서, 제로-전류 시 전압의 변화량에 더하여 기전력 변화량에 기반하여, 추정 충방전 전기량이 산출된다.

이 경우, 추정 충방전 전기량 산출용 기전력의 산출 공정에서 있어서, 온도를 파라미터로 하여 미리 준비되고 있는 2차 전지의 잔존 용량에 대한 기전력 특성을 참조하여, 보존된 기전력에 대응하는 잔존 용량에 대하여 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 감산 또는 가산한 잔존 용량에 대응하는 기전력이, 추정 충방전 전기량 산출용 기전력(Veq2)으로서 산출된다.

본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법의 제3 실시예는 또한, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)에 대하여, 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되는 전압 변화량의 조정 정수(ΔVbc) 및 조정 계수(Kb)를 미리 설정하는 공정; 및 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 분극 전극의 변화량인 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정하는 공정을 더 포함하고, 추정 충방전 전기량(ΔQe)은, ΔQe=Kb×(ΔVzo+ΔVbc)/(ΔVeq/ΔQm+Kpol)로 나타내어지는 식을 이용하여, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo), 기전력 변화량(ΔVeq), 및 측정 충방전 전기량(ΔQm)의 함수로서 산출된다.

본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법의 제4 실시예에 있어서, 추정 방전 전기량에 기반하여, 2차 전지의 분극 전압(Vpol)을 산출하는 공정; 산출한 분극 전압을 보존하는 공정; 분극 전압의 보존 시간(th)을 산출하는 공정; 보존된 분극 전압과 보존 시간에 기반하여, 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))을 산출하는 공정; 보존된 제로-전류 시 전압과 보존된 분극 전압에 기반하여, 2차 전지의 기전력을 산출하는 공정; 산출한 기전력을 보존하는 공정; 산출한 2차 전지에 흐르는 전류로부터, 기전력을 보존하고 있는 시간 기간의 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 산출하는 공정; 보존된 기전력과 측정 충방전 전기량에 기반하여, 추정 충방전 전기량 산출용 기전력을 산출하는 공정; 및 추정 충방전 전기량 산출용 기전력과 보존된 기전력과의 차인 기전력 변화량(ΔVeq)을 산출하는 공정을 더 포함하고, 추정 충방전 전기량의 산출 공정에서, 제로-전류 시 전압의 변화량에 더하여 시간에 의존한 전압 변화량 및 기전력 변화량에 기반하여, 추정 충방전 전기량이 산출된다.

또, 추정 충방전 전기량 산출용 기전력의 산출 공정에서, 온도를 파라미터로 하여 미리 준비되어 있는 2차 전지의 잔존 용량에 대한 기전력 특성을 참조하여, 보존된 기전력에 대응하는 잔존 용량에 대하여 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 감산 또는 가산한 잔존 용량에 대응하는 기전력이, 추정 충방전 전기량 산출용 기전력(Veq2)으로서 산출된다.

본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법의 제4 실시예는 또한, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)에 대하여, 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되는 조정 계수(Kb)를 미리 설정하는 공정; 및 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충전 전기량에 대한 분극 전압의 변화량인 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정하는 공정을 포함하고, 추정 충방전 전기량(ΔQe)은, ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbp(th))/(ΔVeq/ΔQm+Kpol)로 나타내어지는 식을 이용하여, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo), 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th)), 기전력 변화량(ΔVeq) 및 측정 충방전 전기량(ΔQm)의 함수로서 산출된다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치의 제1 실시예는, 2차 전지에 흐르는 전류를 전류 데이터(I(n))로서 측정하는 전류 측정부; 2차 전지의 단자 전압을 전압 데이터(V(n))로서 측정하는 전압 측정부; 전류 측정부로부터의 전류 데이터와, 그 전류 데이터에 대응한 전압 측정부로부터의 전압 데이터와의 데이터 세트를 복수 개 취득하고, 특정한 선별 조건(예를 들면, 전류의 값이 충전측 및 방전측에서 소정의 범위 내(예를 들면, ±50A)에 있고, 복수의 데이터 세트 수가 충전측 및 방전측에서 소정의 범위 내(예를 들면, 60샘플 중의 각 10개)이상이고, 복수의 데이터 세트의 취득중의 충방전 전기량이 소정의 범위 내(예를 들면, 0.3Ah)에 있다는 조건)이 만족된 경우에, 복수 개의 데이터 세트에 대하여, 최소 자승법 등의 수법을 이용한 회귀분석 등의 통계 처리에 의해 구한 근사값선의 전류가 제로일 때의 전압 절편인 무부하 전압(Vsep)을 산출하는 무부하 전압 연산부; 특정한 전류 조건(예를 들면, 전압의 변화량이 1볼트 미만이라는 조건)이 일정 시간 계속하여(예를 들면, 10초간)만족된 경우에, 2차 전지의 단자 전압(Voc)으로부터 개방 전압을 산출하는 개방 전압 연산부; 무부하 전압 또는 개방 전압으로부터 제로-전류 시 전압(Vzo)을 산출하는 제로-전류 시 전압 연산부; 제로-전류 시 전압을 보존하는 제로-전류 시 전압 보존부; 제로-전류 시 전압을 보존하고 나서 다음으로 제로-전류 시 전압이 산출되기까지의 시간 동안의 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)을 산출하는 제로-전류 시 전압 변화량 연산부; 및 제로-전류 시 전압의 변화량에 기반하여, 2차 전지에 대한 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출하는 추정 충방전 전기량 연산부를 구비한다.

본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치의 제1 실시예는 또한, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)에 대하여, 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되는 전압 변화량의 조정 정수(ΔVbc) 및 조정 계수(Kb)를 미리 설정하는 전압 변화량 조정 정수 · 조정 계수 설정부; 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 기전력의 변화량인 기전력 변화 정수(Keq)를 미리 설정하는 기전력 변화 정수 설정부; 및 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량의 변화량에 대한 분극 전압의 변화량인 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정하는 분극 전압 발생 정수 설정부를 더 구비하고, 추정 충방전 전기량 연산부는, ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbc)/(Keb+Kpol)로 나타내어지는 식을 이용하여, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)의 함수로서 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출한다.

본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치의 제2 실시예는, 본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치의 제1 실시예에에서, 추정 충방전 전기량에 기반하여, 2차 전지의 분야 전압(Vpol)을 산출하는 분극 전압 연산부; 분극 전압 연산부에 의해 산출된 분극 전압을 보존하는 분극 전압 보존부; 및 분극 전압 보존부에 보존된 분극 전압과 보존 시간에 기반하여, 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))을 산출하는 시간 의존 전압 변화량 연산부를 구비하고, 추정 충방전 전기량 연산부는, 제로-전류 시 전압의 변화량에 더하여 시간에 의존한 전압 변화량에 기반하여, 추정 충방전 전기량을 산출한다.

이 경우, 시간 의존 전압 변화량 연산부는, 분극 전압 보존부에 보존된 분극 전압에 보존 시간의 함수인 분극 감쇄율을 승산하여, 시간에 의존한 전압 변화량을 산출한다.

본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치의 제2 실시예는 또한, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)에 대하여, 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되는 조정 계수(Kb)를 미리 설정하는 전압 변화량 조정 계수 설정부; 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 기전력의 변화량인 기전력 변화 정수(Keq)를 미리 설정하는 기전력 변화 정수 설정부; 상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량의 변화량에 대한 분극 전압의 변화량인 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정하는 분극 전압 발생 정수 설정부를 더 구비하고, 상기 추정 충방전 전기량 연산부는 ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbp(th))/(Keq+Kpol)로 나타내어지는 식을 이용하여, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo) 및 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))의 함수로서 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출한다.

본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치의 제3 실시예는, 본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치의 제1 실시예에 있어서, 추정 충방전 전기량에 기반하여, 2차 전지의 분극 전압을 산출하는 분극 전압 연산부; 제로-전류 시 전압 보존부에 보존된 제로-전류 시 전압과 분극 전압 연산부에 의해 산출된 분극 전압에 기반하여, 2차 전지의 기전력(Veq)을 산출하는 제1 기전력 연산부; 제1의 기전력 연산부에 의해 산출된 기전력을 보존하는 기전력 보존부; 2차 전지에 흐르는 전류로부터, 기전력 보존부에 기전력을 보존하고 있는 시간 동안의 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 산출하는 측정 충방전 전기량 연산부; 기전력 보존부에 보존된 기전력과 측정 충방전 전기량에 기반하여, 추정 충방전 전기량 산출용 기전력(Veq2)을 산출하는 제2 기전력 연산부; 및 추정 충방전 전기량 산출용 기전력과 전력 보존부에 보존된 기전력과의 차인 기전력 변화량(ΔVeq)을 산출하는 기전력 변화량 연산부를 구비하고, 추정 충방전 전기량 연산부는, 제로-전류 시 전압의 변화량에 더하여 기전력 변화량에 기반하여, 추정 충방전 전기량을 산출한다.

이 경우, 제 2 기전력 연산부는, 온도를 파라미터로 하여 미리 준비되어 있는 2차 전지의 잔존 용량에 대한 기전력 특성을 참조하여, 기전력 보존부에 보존된 기전력에 대응하는 잔존 용량에 대하여 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 감산 또는 가산하여 잔존 용량에 대응하는 기전력을, 추정 충방전 전기량 산출용 기전력(Veq2)으로서 산출한다.

본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치의 제3 실시예는 또한, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)에 대하여, 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결절되는 전압 변화량의 조정 정수(ΔVbc) 및 조정 계수(Kb)를 미리 설정하는 전압 변화량 조정 정수 · 조정 계수 설정부; 및 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 분극 전압의 변화량인 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정하는 분극 전압 발생 정수 설정부를 더 구비하고, ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbc)/(ΔVeq/ΔQm+Kpol)로 나타내어지는 식을 이용하여, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo), 기전력 변화량(ΔVeq) 및 측정 충방전 전기량(ΔQm)의 함수로서 추정 충방전 전기량(ΔQe)를 산출한다.

본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치의 제4 실시예는, 본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치의 제1 실시예에서, 추정 충방전 전기량에 기반하여, 2차 전지의 분극 전압(Vpol)을 산출하는 분극 전압 연산부; 분극 전압 연산부에 의해 산출된 분극 전압을 보존하는 분극 전압 보존부; 분극 전압 보존부에 보존된 분극 전압과 보존 시간에 기반하여, 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))을 산출하는 시간 의존 전압 변화량 연산부; 제로-전류 시 전압 보존부에 보존된 제로-전류 시 전압과 분극 전압 보존부에 보존된 분극 전압에 기반하여, 2차 전지의 기전력(Veq)을 산출하는 제1 기전력 연산부; 제1 기전력 연산부에 의해 산출된 기전력을 보존하는 기전력 보존부; 2차 전지에 흐르는 전류로부터, 기전력 보존부에 기전력을 보존하고 있는 시간동안의 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 산출하는 측정 충방전 전기량 연산부; 기전력 보존부에 보존된 기전력과 측정 충방전 전기량에 기반하여, 추정 충방전 전기량 산출용 기전력(Veq2)을 산출하는 제2 기전력 연산부; 및 추정 충방전 전기량 산출용 기전력과 기전력 보존부에 보존된 기전력과의 차인 기전력 변화량(ΔVeq)을 산출하는 기전력 변화량 연산부를 더 구비하고, 추정 충방전 전기량 연산부는, 제로-전류 시 전압의 변화량에 더하여, 시간에 의존한 전압 변화량 및 기전력 변화량에 기반하여, 추정 충방전 전기량을 산출한다.

또, 제2 기전력 연산부는, 온도를 파라미터로 하여 미리 준비되어 있는 2차 전지의 잔존 용량에 대한 기전력 특정을 참조하여, 기전력 보존부에 보존된 기전력에 대응하는 잔존 용량에 대하여 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 감산 또는 가산한 잔존 용량에 대응하는 기전력을, 추정 충방전 전기량 산출용 기전력(Veq2)으로서 산출한다.

본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치의 제4 실시예는 또한, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)에 대하여, 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되는 조정 계수(Kb)를 미리 설정하는 전압 변화량 조정 계수 설정부; 및 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 분극 전압의 변화량인 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정하는 분극 전압 발생 정수 설정부를 더 구비하고, 추정 방전 전기량 연산부는, ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbp(th))/(ΔVeq/ΔQm+Kpol)로 나타내어지는 식을 이용하여, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo), 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th)), 기전력 변화량(ΔVeq) 및 측정 충방전 전기량(ΔQm)의 함수로서 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법은, 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법의 제1 내지 제4 실시예 중 어느 하나를 이용하여 추정 충방전 전기량을 산출하는 공정; 및 추정 충방전 전기량에 기반하여, 2차 전지의 분극 전압을 재계산하는 공정을 포함한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법은, 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법의 제1 내지 제4 실시예 중 어느 하나를 이용하여 추정 충방전 전기량을 산출하는 공정; 및 추정 충방전 전기량에 기반하여, 2차 전지의 잔존 용량을 산출하는 공정을 포함한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치는, 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치의 제1 내지 제4 실시예 중 어느 하나에 의해 산출된 추정 충방전 전기량에 기반하여, 2차 전지의 분극 전압을 재계산하는 분극 전압 재계산부를 구비한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치는, 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치의 제1 내지 제4 실시예 중 어느 하나에 의해 산출된 추정 충방전 전기량에 기반하여, 2차 전지의 잔존 용량을 산출하는 잔존 용량 연산부를 구비한다.

본 발명에 따르면, 전류 측정 오차의 영향이 적은 측정 전압(무부하 전압 또는 개방 전압에서 산출한 제로-전류 시 전압)으로부터, 전류 측정 오차를 거의 포함하지 않는 추정 충방전 전기량을 산출할 수 있고, 이 추정 충방전 전기량을 사용함에 따라, 전류 측정 오차에 의존하지 않는 분극 전압 및 SOC를 산출하는 것이 가능하게 된다. 따라서 SOC 측정 정밀도가 향상되고, SOC 관리에 따른 전지의 보호 제어와 장수명화가 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 팩 시스템의 구성예를 나타내는 블록도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법을 포함하는 잔존 용량 추정 방법 및 분극 전압 추정 방법의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 팩 시스템의 구성예를 나타낸 블록도이다.

도 4는 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))을 산출할 때에 사용하는, 분극 전압의 보존 시간(th)의 함수인 분극 전압 감쇄율(Υ)을 나타내는 그래프이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법을 포함하는 잔존 용량 추정 방법 및 분극 전압 추정 방법의 처리 순서를 나타내는 흐 름도이다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지 팩 시스템의 구성예를 나타내는 블록도이다.

도 7은 보존된 기전력(제1 기전력(Veq1))과, 측정 충방전 전기량(ΔQm)으로부터 구한 추정 충방전 전기량 산출용 기전력(제2 기전력(Veq2))으로부터, 기전력 변화량(ΔVeq)을 산출하기 위한 기전력(Veq)-잔존 용량(SOC)의 특성을 나타내는 그래프이다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법을 포함하는 잔존 용량 추정 방법 및 분극 전압 추정 방법의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전지 팩 시스템의 구성예를 나타내는 블록도이다.

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법을 포함하는 잔존 용량 추정 방법 및 분극 전압 추정 방법의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.

도 11은 도 10의 흐름도에 기반하여 산출된 추정 충방전 전기량(ΔQe)의 시간 변화 및 고 정밀도의 전류 센서를 사용하여 측정된 전류의 적분값에 기반하여 산출된 충방전 전기량(ΔQt)의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1A, 1B, 1C, 1D : 전지 팩 시스템 100 : 전지 팩

101A, 101B, 101C, 101D : 전지 ECU(충방전 전기량 추정 장치, 분극 전압 추정 장치, 잔존 용량 추정 장치)

102 : 전압 측정부 103 : 전류 측정부

104 : 온도 측정부 105 : 무부하 전압 연산부

106 : 개방 전압 연산부 107 : 제로-전류 시 전압 연산부

108 : 제로-전류 시 전압 보존부 109 : 제로-전류 시 전압 변화량 연산부

110 : 분극 전압 연산부 1101 : 참조 테이블(LUT)

111 : 분극 전압 보존부 1111 : 타이머

112 : 시간 의존 전압 변화량 연산부 113 : 제1 기전력 연산부

114 : 기전력 보존부 115 : 측정 충방전 전기량 연산부

116 : 제2 기전력 연산부 1161 : 참조 테이블(LUT)

117 : 기전력 변화량 연산부

118A, 118B, 118C, 118D : 추정 충방전 전기량 연산부

119 : 잔존 용량 연산부 120 : 분극 전압 재계산부

1201 : 참조 테이블(LUT)

121 : 전압 변화량 조정 정수(ΔVbc) · 조정 계수(Kb) 설정부

1211 : 참조 테이블(LUT) 122 : 기전력 변화 정수(Keq) 설정부

1221 : 참조 테이블(LUT)

123 : 분극 전압 발생 정수(Kpol) 설정부 1231 : 참조 테이블(LUT)

124 : 전압 변화량 조정 계수(Kb) 설정부

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.

제1 실시예

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 팩 시스템의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 1에서, 전지 팩 시스템(1A)은, 전지 팩(100)과 마이크로컴퓨터 시스템의 일부로서 본 발명에 따른 잔존 용량 추정 장치가 포함되는 전지(ECU 101A)를 포함한다.

전지 팩(100)은, HEV 등에 탑재된 경우, 통상 모터에 대한 소정의 출력을 얻기 위해, 예를 들면 니켈-수소 배터리인 복수의 단전지 또는 단위 전지가 전기적으로 직렬 연결된 전지 블록이 복수 개로 전기적으로 직렬 연결됨으로써 형성된다.

전지(ECU 101A)에서, 참조 번호 102는 전압 센서(도시하지 않음)에 의해 검출된 전지 팩(100)내의 각 전지 블록의 단자 전압을 소정의 샘플링 주기로 전압 데이터(V(n))로서 측정하는 전압 측정부이고, 참조 번호 103은 전류 센서(도시하지 않음)에 의해 검출된 전지 팩(100)의 충방전 전류를 소정의 샘플링 주기로 전류 데이터(I(n))(그 부호는 충전 방향인지 방전 방향인지를 나타냄)로서 측정하는 전류 측정부이며, 참조 번호 104는 온도 센서(도시하지 않음)에 의해 검출된 전지 팩(100)내의 각 전기 블록의 온도를 온도 데이터(T(n))로서 측정하는 온도 측정부이다.

전압 측정부(102)로부터의 전압 데이터(V(n))와 전류 측정부(103)로부터 전 류 데이터(I(n))는 하나의 데이터 세트로서, 무부하 전압 연산부(105)에 입력된다. 무부하 전압 연산부(105)는, 우선, 특정한 선별 조건으로서, 충전 방향(-)과 방전 방향(+)의 전류 데이터(I(n))의 값이 소정의 범위 내(예를 들면, ±50A)에 있고, 충전 방향과 방전 방향의 전류 데이터(I(n))의 개수가 소정 개수 이상(예를 들면, 60샘플 중의 각 10개)이며, 상기 데이터 세트 취득 중의 충방전 전기량이 소정의 범위 내(예를 들면, 0.3Ah)에 있는 경우에, 전압 데이터(V(n))와 전류 데이터(I(n))의 상기 데이터 세트가 유효하다고 판단한다.

다음으로, 무부하 전압 연산부(105)는, 유효한 데이터로부터 최소 자승법 등의 수법을 사용한 회귀 분석 등의 통계 처리에 의해, 1차 전압-전류 직선(근사값선)을 구하고, 전류가 제로일 때의 전압값(전압 절편)인 무부하 전압(Vsep)을 산출한다.

전압 데이터(V(n))와 전류 데이터(I(n))는 또한 개방 전압 연산부(106)에 입력된다. 개방 전압 연산부(106)는, 특정한 전류 조건(예를 들면, 전류 데이터(I(n))의 절대값이 10A 미만) 또는 전압 조건(예를 들면, 전압 데이터(V(n))의 변화량이 1V 미만)이 일정 시간 계속하여(예를 들면, 10초간) 만족된 경우, 각 전지 블록의 전압 데이터(V(n))의 평균값(Vave)에, 전류 데이터(I(n))의 평균치(Iave)를 부품 저항값(Rcom)에 승산한 것을 가하여, 부품 저항에 따른 전압 강하분을 보정하고 개방 전압(Voc)을 산출한다(Voc = Vave+Rcom×Iave).

무부하 전압 연산부(105)로부터의 무부하 전압(Vsep)과 개방 전압 연산부(106)로부터의 개방 전압(Voc)은 제로-전류 시 전압 연산부(107)에 입력되고, 여 기서 상기 선별 조건을 만족한 경우에는, 산출 정밀도가 충분하다고 판정하여 무부하 전압(Vsep)이 선택되고, 선별 조건을 만족하지 않고 상기 전류 조건 또는 전압 조건이 일정 시간 계속하여 만족된 경우에는, 산출 정밀도가 충분하다고 판정하여 개방 전압(Voc)이 선택되며 제로-전류 시 전압(Vzo)으로서 출력된다. 또한, 어느 조건도 만족하지 않는 경우는, 제로-전류 시 전압(Vzo)은 산출되지 않는다. 이 구성에 의해, 제로-전류 시 전압9Vzo)의 산출 정밀도가 확보된다.

제로-전류 시 전압 연산부(107)로부터의 제로-전류 시 전압(Vzo)은 제로-전류 시 전압 보존부(108)에 입력되고, 여기서 Vzoh로서 보존된다.

제로-전류 시 전압 연산부(107)에 의해 다음으로 산출된 제로-전류 시 전압(Vzo)과, 제로-전류 시 전압 보존부(108)에 보존된 제로-전류 시 전압(Vzoh)은 제로-전류 시 전압 변화량 연산부(109)에 입력되고, 여기서 보존된 제로-전류 시 전압(Vzoh)으로부터의 변화량(제로-전류 시 전압 변화량)(ΔVzo)이 산출된다. 여기서, 소정 시간의 전압 변화량을 산출하는 것이 아니라, 일단 산출된 제로-전류 시 전압을 보존하여 상기 보존된 제로-전류 시 전압과 다음으로 산출된 상기 제로-전류 시 전압과의 사이의 변화량을 산출함에 따라, 무부하 전압(Vsep) 및 개방 전압(Voc)을 취득하지 못한 경우에, 전압 변화량을 산출할 수 없는 상태의 발생을 감소시킬 수 있다.

전압 변화량 조정 정수(ΔVbc)-조정 계수(Kb) 설정부(121)는 제로-전류 시 전압 변화량(ΔVzo)에 대하여, 2차 전지의 물성에 의해 결정되는 분극 특성과 2차 전지의 충방전(사용) 상태에 의해 결정되는 전압 감쇄 특성 등에 의존하는 값을 가 지며 참조 테이블(LUT)(1211)에 미리 기억되어 있는, 온도를 파라미터로 한 전압 변화량의 조정 정수(ΔVbc) 및 조정 계수(Kb)를 참조하여, 전압 변화량의 조정 정수(ΔVbc) 및 조정 계수(Kb)를 미리 설정한다. 예를 들면, 온도가 25℃고, 전압 변화량의 조정 정수(ΔVbc)로서 0.01 볼트(V)가 LUT(1211)에 기억되어 있다. 조정 계수(Kb)는 실제 시스템에 맞추어 적절히 설정되는 계수이다.

기전력 변화 정수(Keq) 설정부(122)는, 2차 전지의 물성과 충방전(사용) 상태에 의존하는 값을 가지며 참조 테이블(LUT)(1221)에 미리 기억되어 있는, 온도를 파라미터로 한 SOC사용 영역(예를 들면, SOC가 20%에서 80%까지의 범위)에서의 충전(또는 방전) 전기량에 대한 기전력 변화 정수(Keq)의 특성 곡선의 기울기로부터, 온도 측정부(104)에서 측정된 온도 데이터(T(n))에 기반하여, 기전력 변화 정수(Keq)를 미리 설정한다. 예를 들면, 온도가 25℃이고, 기전력 변화 정수(Keq)로서 0.1 볼트/암페어 · 아워(V/Ah)가 LUT(1221)에 기억되어 있다.

분극 전압 발생 정수(Kpol) 설정부(123)는, 2차 전지의 물성이나 충방전(사용) 상태에 의존하는 값을 가지며 참조 테이블(LUT)(1231)에 미리 기억되어 있는, 온도를 파라미터로 한 충전(또는 방전) 전기량에 대한 분극 전압 발생 정수(Kpol)의 특성 곡선의 기울기로부터, 온도 측정부(104)에서 측정된 온도 데이터(T(n))에 기반하여, 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정한다. 예를 들면, 온도가 25℃, SOC가 60%이고, 분극 전압 발생 정수(Kpol)로서 0.1볼트/암페어 · 아워(V/Ah)가 LUT(1231)에 기억되어 있다.

제로-전류 시 전압 변화량 연산부(109)로부터의 제로-전류 시 전압 변화량 (ΔVzo)과, 전압 변화 조정 정수 · 조정 계수 설정부(121)로부터의 전압 변화량의 조정 정수(ΔVbc) 및 조정 계수(Kb)와, 기전력 변화 정수 설정부(122)로부터의 기전력 변화 정수(Keq)와, 분극 전압 발생 정수 설정부(123)로부터의 분극 전압 발생 정수(Kpol)는 추정 충방전 전기량 연산부(118A)에 입력된다. 추정 충방전 전기량 연산부(118A)는,

ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbc)/(Keq+Kpol)로 나타내어지는 식을 이용하여, 제로-전류 시 전압 변화량(ΔVzo)의 함수로서 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출한다.

여기서, Vzo가 산출되어, 다음의 Vzo가 산출되기까지인 일정 기간 내의 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출하기 위해, 무부하 전압(Vsep) 또는 방전 전압(Voc)으로부터 얻어진 제로-전류 시 전압(Vzo)을 사용하는 것이 아니라, 제로-전류 시 전압 변화량(ΔVzo)을 사용하는 이유는 다음과 같다. 무부하 전압(Vsep) 또는 방전 전압(Voc)은 기전력 성분, 분극 전압 성분 등으로 구성되는 것으로서 모델화된다. 이들의 기전력 성분 및 분극 전압 성분은 충방전 전기량에 의존하여 변화하기 때문에, 추정 충방전 전기량(ΔQe)은 제로-전류 시 전압 변화량(ΔVzo)으로부터 산출가능하다. 또, 추정 충방전 전기량(ΔQe)의 산출식에서, 제로-전류 시 전압 변화량(ΔVzo)에 전압 변화량의 조정 정수(ΔVbc)를 가하고 있는 이유로서는, 일정 기간에 발생한 분극은 감쇄하므로 그 감쇄량을 보정하기 위함이다.

추정 충방전 전기량(ΔQe)은 분극 전압 재계산부(120)에 입력된다. 분극 전압 재계산부(120)는, 참조 테이블(LUT)(1201)에 미리 기억되어 있는, 온도를 파라미터로 한 추정 충방전 전기량(ΔQe)에 대한 분극 전압(Vpe)의 특성 곡선 또는 식 으로부터, 온도 측정부(104)에서 측정된 온도 데이터(T(n))에 기반하여, 분극 전압(Vpe)을 재 계산한다.

또한, 추정 충방전 전기량(ΔQe)은 잔존 용량 연산부(119)에 입력되며, 여기서, 추정 충방전 전기량(ΔQe)에 기반하여, 분극 전압(Vpe)등을 사용하여 전지 팩(100)내의 각 전기 블록의 잔존 용량(SOC)이 산출된다.

이와 같이 본 실시예에서는, 종래 기술과 같이, 측정한 전류를 적분하여 충방전 전기량을 산출하는 것이 아니라, 전류 측정 오차의 영향이 적은 제로-전류 시 전압의 함수로서 충방전 전기량(ΔQe)을 산출하고 있으므로, 분극 전압 및 잔존 용량의 산출 정밀도가 향상된다.

다음으로, 이상과 같이 구성된 본 실시예에 따른 전지 팩 시스템의 잔존 용량 추정 및 분극 전압 추정의 처리 순서에 대하여, 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2에서, 우선 분극 데이터(V(n))와 전류 데이터(I(n))를 데이터 세트로서 측정한다(단계 S201). 다음으로, 단계 S201에서 측정된 전압 데이터(V(n))와 전류 데이터(I(n))의 데이터 세트가 유효한 데이터 세트인지 아닌지를 조사하기 위해, 그들이 전술한 바와 같은 특정한 선별 조건을 만족하는지 아닌지를 판단한다(단계 S202). 단계 S202의 판단에 의해, 특정한 선별 조건을 만족하는 경우(Yes), 단계 S203으로 나아가고, 복수 개(예를 들면, 60샘플 중의 충전 및 방전 방향에서 각 10 개)의 유효한 데이터 세트를 취득하며, 유효한 데이터 세트로부터 최소 자승법 등의 수법을 사용한 회귀 분석 등의 통계 처리에 따라 1차 근사값선(V-I 직선)을 구하고, 그 근사값선의 V 절편을 무부하 전압(Vsep)으로서 산출한다. 다음으로, 산출한 무부하 전압(Vsep)으로부터 제로-전류 시 전압(Vzo)을 산출하고(단계 S206), Vzoh로서 보존한다(Vzoh←Vzo: 단계 S207).

한편, 단계 S202의 판단에서, 특정한 선별 조건을 만족하지 않는 경우(No), 단계 S204로 나아가고, 데이터 세트가 상기한 바와 같은 특정한 전류 조건 또는 전압 조건을 어느 시간 계속하여 만족하는지를 판단한다. 단계 S204의 판단에서, 데이터 세트가 특정한 전류 조건을 만족하는(예를 들면, 전류 데이터(I(n))의 절대값이 10초간 계속하여 10A 미만) 경우(Yes) 또는 전압 조건을 만족하는(예를 들면, 전압 데이터(V(n))의 변화량이 10초간 계속하여 1V 미만) 경우(Yes) 단계 S205로 나아가고, 그 때의 각 전지 블록의 전압 데이터(V(n))의 평균값(Vave)에 전류 데이터(I(n))의 평균값(Iave)을 부품 저항값(Rcom)에 승산한 것을 가하여, 부품 저항에 따른 전압 강하분을 보정하고 개방 전압(Voc)을 산출한다(Voc = Vave+Rcom×Iave). 다음으로, 산출한 개방 전압(Voc)으로부터 제로-전류 시 전압(Vzo)을 산출하고(단계 S206), Vzoh로서 보존한다(Vzoh←Vzo:단계 S207).

한편, 단계 S204의 판단에 의해, 특정한 전류 조건 또는 전압 조건을 만족하지 않는 경우(No), 이 루틴으로부터 빠지고 처리를 종료한다.

다음의 정전 처리에 있어서 단계 S206에서 산출된 Vzo가 단계 S207에서 보존된 제로-전류 시 전압(Vzoh)으로부터 변화된 변화량(제로-전류 시 전압 변화량)(Δ Vzo)을 산출한다(단계 S208).

다음으로, 전압 변화량 조정수(ΔVbc) · 조정 계수(Kb), 기전력 변화 정수(Keq), 및 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정하고(단계 S209, S210, S211), ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbc)/(Keb+Kpol)로 나타내어지는 식을 이용하여, 제로-전류 시 전압 변화량(ΔVzo)의 함수로서 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출한다(단계 S212).

또, 분극 전압은 충방전 이력에 의존하는 값이므로, 추정 충방전 전기량(ΔQe)으로부터 분극 전압을 재 계산한다(단계 S214).

또한, 이와 같이하여 산출된 추정 충방전 전기량(ΔQe)에 기반하여, 분극 전압(Vpe) 등을 사용하여 잔존 용량(SOC)을 산출한다(단계 S213).

이상과 같이하여, 전지 팩(100) 내의 각 전지 블록의 잔존 용량(SOC) 및 분극 전압(Vpe)이 추정된다.

또한, 본 실시예에서는, 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출하기 위해, 제로-전류 시 전압 변화량(ΔVzo)의 1차 함수식을 사용했으나, N(N은 자연수)차 함수식 또는 지수 관계식을 사용해도 무방하다.

제2 실시예

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 팩 시스템(1B)의 구성예를 나타낸 블록도이다. 또한, 도 3에서, 제1 실시예의 설명에서 참조한 도 1과 동일한 구성 및 기능을 갖는 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

본 실시예의 전지(ECU 1B)는, 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출할 때에, 제1 실시예의 제로-전류 시 전압 변화량(ΔVzo)을 사용하는 구성에 더하여, 보존된 분극 전압(Vph)과 보존 시간(th)으로부터 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))을 구하고, 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))을 전압 변화량 조정 정수(ΔVbc) 대신에 사용하는 구성을 갖는다.

도 3에서, 추정 충방전 전기량 연산부(118B)로부터의 추정 충방전 전기량(ΔQe)은 분극 전압 연산부(110)에 입력된다. 분극 전압 연산부(110)는, 참조 테이블(LUT)(1101)에 미리 기억되어 있는, 온도를 파라미터로 한 추정 충방전 전기량(ΔQe)에 대한 분극 전압(Vpol)의 특성선 또는 식으로부터, 온도 측정부(104)에서 측정된 온도 데이터(T(n))에 기반하여, 분극 전압(Vpol)을 산출한다.

분극 전압 연산부(110)로부터의 분극 전압(Vpol)은 분극 전압 보존부(111)에 입력되어 Vph로서 보존됨과 동시에, 그 보존 시간(th)이 타이머(1111)에 의해 카운팅된다. 분극 전압 보존부(111)에 보존된 분극 전압(Vph)과 타이머(1111)에 의해 카우팅된 보존 시간(th)이 시간 의존 전압 변화량 연산부(112)에 입력되고, 여기서, 보존된 분극 전압(Vph)에 도 4에 나타낸 바와 같은 보존 시간(th)의 함수인 분극 전압 감쇄율(Υ(th))이 승산되어, 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))이 산출된다.

제로-전류 시 전압 변화량 연산부(109)로부터의 제로-전류 시 전압 변화량(ΔVzo)과, 시간의존 전압 변화량 연산부(112)로부터의 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))과, 전압 변화량 조정 계수 설정부(124)로부터의 전압 변화량의 조정 계수(Kb)와, 기전력 변화 정수 설정부(122)로부터의 기전력 변화 정수(Keq)와, 분극 전압 발생 정수 설정부(123)로부터의 분극 전압 발생 정수(Kpol)는, 추정 충방전 전기량 연산부(118B)에 입력된다. 추정 충방전 전기량 연산부(118B)는,

ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbp(th))/(Keq+Kpol)로 나타내어지는 식을 이용하여, 제로-전류 시 전압 변화량(ΔVzo) 및 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))의 함수로 하여 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출한다.

그 외의 구성 및 기능은, 제1 실시예와 동일하다.

이와 같이 본 실시예에서는, 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))을 전압 변화량 조정 정수(ΔVbc) 대신에 사용하므로, 제1 실시예에 비하여 ΔQe의 산출 정밀도가 향상된다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법을 포함하는 잔존 용량 추정 방법 및 분극 전압 추정 방법의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 5에서, 제1 실시예의 설명에서 참조한 도 2와 동일한 처공정에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.

도 5를 참조하면, 전압 변화량 조정 계수(Kb), 기전력 변화 정수(Keq) 및 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정하며(단계 S501, S210, S211), 후술하는 루프로 앞서 산출되어 보존되어 있는 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))을 사용하고 ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbp(th))/(Keq+Kpol)로 나타내어지는 식을 이용하여, 제로-전류 시 전압 변화량(ΔVzo) 및 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))의 함수로서 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출한다(단계 S502).

다음으로, 단계 S502에서 앞서 산출된 추정 충방전 전기량(ΔQe)에 기반하여, 분극 전압(Vpol)을 산출한다(단계 S503). 산출된 분극 전압(Vpol)을 Vph로서 보존함과 동시에(단계 S504), 그 보존 시간(th)을 산출한다(단계 S505). 다음으로, 보존된 분극 전압(Vph)에, 보존 시간(th)의 함수인 분극 전압 감쇄율(Υ(th))을 승산하여, 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))을 산출한다(단계 S506). 이와 같이 하여 산출된 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))은, 단계 S502에서, 다음으로 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출할 때에 사용된다.

그 외의 처리 순서는, 제1 실시예와 동일하다.

제3 실시예

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지 팩 시스템(1C)의 구성예를 나타내는 블록도이다. 또한 도 6에서, 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예의 설명에서 각각 참조한 도 1 및 도 3과 동일한 구성 및 기능을 갖는 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

본 실시예의 전지(ECU 1B)는, 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출할 때에, 제1 실시예의 제로-전류 시 전압 변화량(ΔVzo)을 사용하는 구성에 더하여, 제로-전류 시 전압(Vzo)과 분극 전압(Vpol)으로부터 기전력(Veq1)을 산출하고, 보존된 분극 전압(Veq1)으로부터 기전력 변화량(ΔVeq)을 구하고, 기전력 변화 계수(ΔVeq)를 전류 데이터(I(n))로부터 구한 측정 충방전 전기량(ΔQm)에서 제산한 값을 기전력 변화 정수(Keq) 대신에 사용하는 구성을 갖는다.

도 6에서, 분극 전압 연산부로부터의 분극 전압(Vpol)과 제로-전류 시 전압 보존부(108)에 보존된 제로-전류 시 전압(Vzoh)은 제1 기전력 연산부(113)에 입력되고, 여기서, 보존된 제로-전류 시 전압(Vzoh)으로부터 분극 전압(Vpol)을 감산하여 제1 기전력(Veq1)이 산출된다. 이 제1 기전력(Veq1)은 기전력 보존부(114)에 보존된다.

또한, 전류 측정부(103)로부터의 전류 데이터(I(n))는 측정 충방전 전기량 연산부(115)에 입력되고, 여기서, 전류 데이터(I(n))의 적분에 의해 측정 충방전 전기량(ΔQm)이 산출된다. 측정 충방전 전기량 연산부(115)로부터의 측정 충방전 전기량(ΔQm)과 기전력 보존부(114)에 보존된 기전력(Veq1)은 제2 기전력 연산부(116)에 입력된다.

제2 기전력 연산부(116)는, 참조 테이블(LUT)(1161)에 미리 기억되어 있는, 온도를 파라미터로 한 잔존 용량(SOC)에 대한 기전력(Veq)의 특성 곡선 또는 식으로부터, 온도 측정부(104)에서 측정된 온도 데이터(T(n))에 기반하여, 추정 충방전 전기량 산출용의 기전력인 제2 기전력(Veq2)을 산출한다. 이 제2 기전력(Veq2)의 연산은, 도 7의 그래프에 나타낸 바와 같이, 보존된 제1 기전력(Veq1)에 대응하는 잔존 용량으로부터 측정 충방전 전기량(ΔQm)만큼 감산 또는 가산한 잔존 용량에 대응하는 기전력을 산출하여 수행된다.

기전력 보존부(114)에 보존된 제1 기전력(Veq1)과 제2 기전력 연산부(116)로부터의 제2 기전력(Veq2)은 기전력 변화량 연산부(117)에 입력되고, 여기서, 제1 기전력(Veq1)과 제2 기전력(Veq2)의 차가, 도 7의 그래프에 나타낸 바와 같이, 기 전력 변화량(ΔVeq)으로서 산출된다.

제로-전류 시 전압 변화량 연산부(109)로부터의 제로-전류 시 전압 변화량(ΔVzo)과, 조정 정수 · 조정 계수 설정부(121)로부터의 전압 변화량의 조정 정수(ΔVbc) 및 조정 계수(Kb)와, 분극 전압 발생 정수 설정부(123)로부터의 분극 전압 발생 정수(Kpol)와, 기전력 변화량 연산부(117)로부터의 기전력 변화량(ΔVeq)과, 측정 충방전 전기량 연산부(115)로부터의 측정 충방전 전기량(ΔQm)은, 추정 충방전 전기량 연산부(118C)에 입력된다. 추정 충방전 전기량 연산부(118C)는,

ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbc)/(ΔVeq/ΔQm+Kpol)로 나타내어지는 식을 이용하여, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo), 기전력 변화량(ΔVeq) 및 측정 충방전 전기량(ΔQm)의 함수로서 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출한다.

그 외의 구성 및 기능은, 제1 실시예와 동일하다.

이와 같이 본 실시예에서는, 전압의 변화량(ΔVzo+ΔVbc)에 따른 기전력 변화량으로부터의 ΔQe를 산출할 수 있으므로, 제1 실시예에 비해 ΔQe의 산출 정밀도가 향상된다.

다음으로, 이상과 같이 구성된 본 실시예에 따른 전지 팩 시스템의 잔존 용량 추정 방법 및 분극 전압 추정 방법의 처리 순서에 대하여, 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8은, 본 발명의 제3 실시예에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법을 포함하는 잔존 용량 추정 방법 및 분극 전압 추정 방법의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 8에서, 제1 실시예 및 제2 실시예의 설명에서 각각 참조한 도 2 및 도 5와 동일한 처리공정에 대해서는, 동일 부호를 붙여 설명을 생략한다.

도 8을 참조하면, 전압 변화량의 조정 정수(ΔVbc), 조정 계수(Kb) 및 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정하고(단계 S209, S211), 후술하는 루프로 앞서 산출되어 보존되어 있는 시간에 의존한 기전력 변화량(ΔVeq) 및 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 사용하여, ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbc)/(ΔVeq/ΔQm+Kpol)로 나타내어지는 식을 이용하여, 제로-전류 시 전압 변화량(ΔVzo), 기전력 변화량(ΔVeq) 및 측정 충방전 전기량(ΔQm)의 함수로서 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출한다(단계 S801).

다음으로, 단계 S502에서 앞서 산출된 추정 충방전 전기량(ΔQe)에 기반하여 분극 전압(Vpol)을 산출한다(단계 S503). 보존되어 있는 제로-전류 시 전압(Vzoh)으로부터의 분극 전압(Vpol)을 감산하고, 제1 기전력(Veq1)을 산출한다(단계 S802). 다음으로, 산출된 제1 기전력(Veq1)을 보존하고(단계 S803), 제1 기전력(Veq1)의 보존 중의 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 산출한다(단계 S804). 도 7의 그래프에 나타낸 바와 같이, 측정 충방전 전기량(ΔQm)으로부터 추정 충방전 전기량 산출용 기전력인 제2 기전력을 산출하고(단계 S805), 제1 기전력(Veq1)과 제2 기전력(Veq2)의 차를 기전력 변화량(ΔVeq)으로서 산출한다(단계 S806). 이와 같이 하여 산출된 기전력 변화량(ΔVeq)은, 단계 S801에서, 다음으로 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출할 때에 사용된다.

그 외의 처리 순서는, 제1 실시예와 동일하다.

제4 실시예

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전지 팩 시스템(1D)의 구성예를 나타내는 블록도이다. 또한, 도 9에서, 제1, 제2 및 제3의 실시예의 설명에서 각각 참조한 도 1, 도 3, 및 도 6과 동일한 구성 및 기능을 갖는 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

본 실시예의 전지(ECU 1D)는, 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출할 때에, 제1 실시예의 제로-전류 시 전압 변화량(ΔVzo)을 사용하는 구성에 더하여, 보존된 분극 전압(Vph)과 보존 시간(th)으로부터 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))을 구하고, 시간에 의존한 전압 변화량(Δbp(th))을 전압 변화량 조정 정수(ΔVbc) 대신에 사용하는 제2 실시예의 구성과, 제로-전류 시 전압(Vzo)과 분극 전압(Vpol)으로부터 기전력(Veq1)을 산출하며, 보존된 기전력(Veq1)으로부터 기전력 변화량(ΔVeq)을 구하고, 기전력 변화량(ΔVeq)을 전류 데이터(I(n))로부터 구한 측정 충방전 전기량(ΔQm)에서 제산한 값을 기전력 변화 정수(Keq) 대신에 사용하는 구성을 갖는다.

도 9에서, 분극 전압 연산부(109)로부터의 제로-전류 시 전압 변화량(ΔVzo)과, 전압 변화량 조정 계수 설정부(124)로부터의 전압 변화량의 조정 계수(Kb)와, 분극 전압 발생 정수 설정부(123)로부터의 분극 전압 발생 정수(Kpol)와, 시간 의존 전압 변화량 연산부(112)로부터의 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))과, 기전력 변화량 연산부(117)로부터의 기전력 변화량(ΔVeq)과, 측정 충방전 전기량 연산부(115)로부터의 측정 충방전 전기량(ΔQm)은, 추정 충방전 전기량 연산부(118D) 에 입력된다. 추정 충방전 전기량 연산부(118D)는,

ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbp(th))/(ΔVeq/ΔQm+Kpol)로 나타내어지는 식을 이용하여, 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo), 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th)), 기전력 변화량ΔVeq 및 측정 충방전 전기량(ΔQm)의 함수로서 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출한다.

그 외의 구성 및 기능은, 제1, 제2, 및 제3 실시예와 동일하다.

본 실시예에서는, 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))을 전압 변화량 조정 정수(ΔVbc) 대신에 사용함과 동시에, 전압의 변화량(ΔVzo+ΔVbc)에 따른 기전력 변화량으로부터 ΔQe를 산출할 수 있으므로, 제1 내지 제3 실시예에 비하여 ΔQe의 산출 정밀도가 향상된다.

다음으로, 이상과 같이 구성된 본 실시예에 따른 전지 팩 시스템의 잔존 용량 추정 및 분극 전압 추정의 처리 순서에 대해서, 도 10을 참조하여 설명한다.

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법을 포함하는 잔존 용량 추정 방법 및 분극 전압 추정 방법의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 10에서, 제1, 제2, 및 제3 실시예의 설명에서 각각 참조한 도 2, 도 5 및 도 8과 동일한 처리 공정에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

도 10에서, 제1, 제2, 및 제3의 실시예와 다른 것은, 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출하는 공정인 단계 S1001의 처리 내용이고, 이는 상술한 바와 같다.

도 11은 본 실시예의 도 10의 흐름도에 기반하여 산출된 추정 충방전 전기 량(ΔQe)의 시간 변화(실선으로 나타냄) 및 고 정밀도(전류 오차가 없음)의 전류 센서를 사용하여 측정된 전류의 적분값에 기반하여 산출된 충방전 전기량(ΔQt)(본 명세서에서는, 참 충방전 전기량으로 칭한다)의 시간 변화(파선으로 나타낸다)를 나타내는 그래프이다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 추정 충방전 전기량(ΔQe)이 참 충방전 전기량(ΔQt)에 가까워질 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법 및 장치는, 전류 측정 오차의 영향이 적은 측정 전압(무부하 전압 또는 개방 전압)으로부터 또는 전류 측정 오차를 포함하는 충방전 전기량으로부터, 전류 측정 오차를 거의 포함하지 않는 추정 충방전 전기량을 산출하고, 또, 본 발명의 실시예들에 따른 2차 전지의 분극 전압 추정 방법 및 장치, 2차 전지의 잔존량 추정 방법 및 장치는, 전류 측정 오차를 거의 포함하지 않는 추정 충방전 전기량을 이용하여 전류 측정 오차에 의존하지 않는 분극 전압, 잔존 용량을 측정함에 따라, 잔존 용량이 높은 추정 정밀도가 필요한, 전기 자동차(PEV), 하이브리드 전기 자동차(HEV), 연료 전지와 2차 전지를 갖는 하이브리드 전기 자동차 등의 전동 차량 등의 용도에 유용하다.

Claims

2차 전지에 흐르는 전류에 대한 전류 데이터 및 상기 전류에 대응한 상기 2차 전지의 단자 전압에 대한 전압 데이터를 포함하는 데이터 세트를 측정하고, 상기 데이터 세트를 복수 개 취득하는 공정;

상기 복수 개의 데이터 세트가 유효한 경우, 상기 복수 개의 데이터 세트에 대하여, 통계 처리에 의해 구한 근사값선의 전류가 제로일 때의 전압 절편인 무부하 전압을 산출하는 공정;

상기 복수 개의 데이터 세트 중 복수 개의 전류 데이터가 유효하거나, 상기 복수 개의 데이터 세트 중 복수 개의 전압 데이터가 유효한 경우, 상기 2차 전지의 단자 전압으로부터 개방 전압을 산출하는 공정;

상기 무부하 전압 또는 상기 개방 전압 중 어느 하나의 전압을 제로-전류 시 전압(Vzo)으로 선택하여 상기 제로-전류 시 전압을 산출하는 공정;

상기 제로-전류 시 전압을 보존하는 공정;

보존된 상기 제로-전류 시 전압과, 상기 제로-전류 시 전압이 보존된 후 산출된 제로-전류 시 전압 사이의 변화량인 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)을 산출하는 공정; 및

상기 제로-전류 시 전압의 변화량에 기반하여, 상기 2차 전지에 대한 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출하는 공정을 포함하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법.
제1항에 있어서,

상기 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)에 대하여, 상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되는 전압 변화량의 조정 정수(ΔVbc) 및 조정 계수(Kb)를 미리 설정하는 공정;

상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 기전력의 변화량인 기전력 변화 정수(Keq)를 미리 설정하는 공정;

상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 분극 전압의 변화량인 분극 전압 정수(Kpol)를 미리 설정하는 공정을 더 포함하되,

상기 추정 충방전 전기량(ΔQe)은,

ΔQe=Kb×(ΔVzo+ΔVbc)/(Keq+Kpol)

로 나타내어지는 식을 이용하여, 상기 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)의 함수로서 산출되는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법.
제1항에 있어서,

상기 추정 충방전 전기량에 기반하여, 상기 2차 전지의 분극 전압(Vpol)을 산출하는 공정;

산출한 상기 분극 전압을 보존하는 공정;

상기 분극 전압의 보존 시간(th)을 산출하는 공정;

보존된 상기 분극 전압과 상기 보존 시간에 기반하여, 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))을 산출하는 공정을 더 포함하되,

상기 추정 충방전 전기량의 산출 공정에 있어서, 상기 제로-전류 시 전압의 변화량에 더하여 상기 시간에 의존한 전압 변화량에 기반하여, 상기 추정 충방전 전기량이 산출되는 것을 특징으로 하는 2차 전지 충방전 전기량 추정 방법.
제3항에 있어서,

상기 시간에 의존한 전압 변화량의 산출 공정에서, 보존된 상기 분극 전압에 상기 보존 시간의 함수인 분극 감쇄율을 승산하여, 시간에 의존한 전압 변화량이 산출되는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,

상기 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)에 대하여, 상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되는 조정 계수(Kb)를 미리 설정하는 공정;

상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 기전력의 변화량인 기전력 변화 정수(Keq)를 미리 설정하는 공정;

상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 분극 전압의 변화량인 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정하는 공정을 더 포함하되,

상기 추정 충방전 전기량(ΔQe)은,

ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbp(th))/(Keq+Kpol)

로 나타내어지는 식을 이용하여, 상기 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo) 및 상기 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVzo)(th)의 함수로서 산출되는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법.
제1항에 있어서,

상기 추정 충방전 전기량에 기반하여, 상기 2차 전지의 분극 전압을 산출하는 공정;

보존된 상기 제로-전류 시 전압과 상기 분극 전압에 기반하여, 상기 2차 전지의 기전력(Veq)을 산출하는 공정;

산출한 상기 기전력을 보존하는 공정;

상기 2차 전지에 흐르는 전류로부터, 상기 기전력을 보존하고 있는 시간동안의 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 산출하는 공정;

보존된 상기 기전력과 상기 측정 충방전 전기량에 기반하여, 추정 충방전 전기량 산출용 기전력(Veq2)을 산출하는 공정;

상기 추정 충방전 전기량 산출용 기전력과 보존된 상기 기전력과의 차인 기전력 변화량(ΔVeq)을 산출하는 공정을 더 포함하고,

상기 추정 충방전 전기량의 산출 공정에 있어서, 상기 제로-전류 시 전압의 변화량에 더하여 상기 기전력 변화량에 기반하여, 추정 충방전 전기량이 산출되는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법.
제6항에 있어서,

상기 추정 충방전 전기량 산출용 기전력의 산출 공정에 있어서, 온도를 파라미터로 하여 미리 준비된 있는 상기 2차 전지의 잔존 용량에 대한 기전력 특성을 참조하여, 보존된 상기 기전력에 대응하는 잔존 용량에 대하여 상기 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 감산 또는 가산한 잔존 용량에 대응하는 기전력이 상기 추정 충방전 전기량 산출용 기전력(Veq2)으로서 산출되는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,

상기 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)에 대하여, 상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되는 전압 변화량의 조정 정수(ΔVbc) 및 조정 계수(Kb)를 미리 설정하는 공정;

상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 분극 전압의 변화량인 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정하는 공정을 더 포함하고,

상기 추정 충방전 전기량(ΔQe)은,

ΔQe=Kb×(ΔVzo+ΔVbc)/(ΔVeq/ΔQm+Kpol)

로 나타내어지는 식을 이용하여, 상기 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo), 상기 기전력 변화량(ΔVeq) 및 상기 측정 충방전 전기량(ΔQm)의 함수로서 산출되는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법.
제1항에 있어서,

상기 추정 방전 전기량에 기반하여, 상기 2차 전지의 분극 전압(Vpol)을 산출하는 공정;

산출한 상기 분극 전압을 보존하는 공정;

상기 분극 전압의 보존 시간(th)을 산출하는 공정;

보존된 상기 분극 전압과 상기 보존 시간에 기반하여, 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))을 산출하는 공정;

보존된 상기 제로-전류 시 전압과 보존된 상기 분극 전압에 기반하여, 상기 2차 전지의 기전력을 산출하는 공정;

산출한 상기 기전력을 보존하는 공정;

산출한 2차 전지에 흐르는 전류로부터, 상기 기전력을 보존하고 있는 시간 기간의 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 산출하는 공정;

보존된 상기 기전력과 상기 측정 충방전 전기량에 기반하여, 추정 충방전 전기량 산출용 기전력을 산출하는 공정;

상기 추정 충방전 전기량 산출용 기전력과 보존된 상기 기전력과의 차인 기전력 변화량(ΔVeq)을 산출하는 공정을 더 포함하고,

상기 추정 충방전 전기량의 산출 공정에서, 상기 제로-전류 시 전압의 변화량에 더하여 상기 시간에 의존한 전압 변화량 및 상기 기전력 변화량에 기반하여, 추정 충방전 전기량이 산출되는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법.
제9항에 있어서,

상기 시간에 의존한 전압 변화량의 산출 공정에서, 보존된 상기 분극 전압에 상기 보존 시간의 함수인 분극 감쇄율을 승산하여, 시간에 의존한 전압 변화량이 산출되는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법.
제9항에 있어서,

상기 추정 충방전 전기량 산출용 기전력의 산출 공정에서, 온도를 파라미터로 하여 미리 준비된 상기 2차 전지의 잔존 용량에 대한 기전력 특성을 참조하여, 보존된 상기 기전력에 대응하는 잔존 용량에 대하여 상기 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 감산 또는 가산한 잔존 용량에 대응하는 기전력이, 상기 추정 충방전 전기량 산출용 기전력(Veq2)으로서 산출되는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법.
제9항 내지 제11항의 어느 한 항에 있어서,

상기 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)에 대하여, 상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되는 조정 계수(Kb)를 미리 설정하는 공정;

상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충전 전기량에 대한 분극 전압의 변화량인 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정하는 공정을 더 포함하되,

상기 추정 충방전 전기량(ΔQe)은,

ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbp(th))/(ΔVeq/ΔQm+Kpol)

로 나타내어지는 식을 이용하여, 상기 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo), 상기 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th)), 상기 기전력 변화량(ΔVeq) 및 상기 측정 충방전 전기량(ΔQm)의 함수로서 산출되는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법.
2차 전지에 흐르는 전류를 전류 데이터로서 측정하는 전류 측정부;

상기 2차 전지의 단자 전압을 전압 데이터로서 측정하는 전압 측정부;

상기 전류 측정부로부터의 전류 데이터와, 상기 전류 데이터에 대응한 상기 전압 측정부로부터의 전압 데이터와의 데이터 세트를 복수 개 취득하고, 상기 복수 개의 데이터 센트가 유효한 경우, 상기 복수 개의 데이터 세트에 대하여, 통계 처리에 의해 구한 근사값선의 전류가 제로일 때의 전압 절편인 무부하 전압을 산출하는 무부하 전압 연산부;

상기 복수 개의 데이터 세트 중 복수 개의 전류 데이터가 유효하거나, 상기 복수 개의 데이터 센트 중 복수 개의 전압 데이터가 유효한 경우, 상기 2차 전지의 단자 전압으로부터 개방 전압을 산출하는 개방 전압 연산부;

상기 무부하 전압 또는 상기 개방 전압 중 어느 하나의 전압을 제로-전류 시 전압(Vzo)으로 선택하여 상기 제로 전류 시 전압을 산출하는 제로-전류 시 전압 연산부;

상기 제로-전류 시 전압을 보존하는 제로-전류 시 전압 보존부;

보존된 상기 제로-전류 시 전압과, 상기 제로-전류 시 전압이 보존된 후 산출된 제로-전류 시 전압 사이의 변화량인 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)을 산출하는 제로-전류 시 전압 변화량 연산부; 및

상기 제로-전류 시 전압의 변화량에 기반하여, 상기 2차 전지에 대한 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출하는 추정 충방전 전기량 연산부를 구비하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치.
제13항에 있어서,

상기 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)에 대하여, 상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되는 전압 변화량의 조정 정수(ΔVbc) 및 조정 계수(Kb)를 미리 설정하는 전압 변화량 조정 정수 · 조정 계수 설정부;

상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 기전력의 변화량인 기전력 변화 정수(Keq)를 미리 설정하는 기전력 변화 정수 설정부;

상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량의 변화량에 대한 분극 전압의 변화량인 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정하는 분극 전압 발생 정수 설정부를 더 구비하고,

상기 추정 충방전 전기량 연산부는,

ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbc)/(Keq+Kpol)

로 나타내어지는 식을 이용하여, 상기 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)의 함수로서 상기 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출하는 2차 전지의 충방전 전기량 추 정 장치.
제13항에 있어서,

상기 추정 충방전 전기량에 기반하여, 상기 2차 전지의 분극 전압(Vpol)을 산출하는 분극 전압 연산부;

상기 분극 전압 연산부에 의해 산출된 분극 전압을 보존하는 분극 전압 보존부;

상기 분극 전압 보존부에 보존된 분극 전압과 보존 시간에 기반하여, 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))을 산출하는 시간 의존 전압 변화량 연산부를 더 구비하고,

상기 추정 충방전 전기량 연산부는, 상기 제로-전류 시 전압의 변화량에 더하여 상기 시간에 의존한 전압 변화량에 기반하여, 추정 충방전 전기량을 산출하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치.
제15항에 있어서,

상기 시간 의존 전압 변화량 연산부는, 상기 분극 전압 보존부에 보존된 분극 전압에 상기 보존 시간의 함수인 분극 감쇄율을 승산하여, 시간에 의존한 전압 변화량을 산출하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치.
제15항 또는 제16항에 있어서

상기 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)에 대하여, 상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되는 조정 계수(Kb)를 미리 설정하는 전압 변화량 조정 계수 설정부;

상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 기전력의 변화량인 기전력 변화 정수(Keq)를 미리 설정하는 기전력 변화 정수 설정부;

상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량의 변화량에 대한 분극 전압의 변화량인 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정하는 분극 전압 발생 정수 설정부를 더 구비하고,

ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbp(th))/(Keq+Kpol)

로 나타내어지는 식을 이용하여, 상기 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo) 및 상기 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))의 함수로서 상기 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치.
제13항에 있어서,

상기 추정 충방전 전기량에 기반하여, 상기 2차 전지의 분극 전압을 산출하는 분극 전압 연산부;

상기 제로-전류 시 전압 보존부에 보존된 제로-전류 시 전압과 상기 분극 전압 연산부에 의해 산출된 분극 전압에 기반하여, 상기 2차 전지의 기전력(Veq)을 산출하는 제1 기전력 연산부;

상기 제1의 기전력 연산부에 의해 산출된 기전력을 보존하는 기전력 보존부;

상기 2차 전지에 흐르는 전류로부터, 상기 기전력 보존부에 기전력을 보존하고 있는 시간 동안의 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 산출하는 측정 충방전 전기량 연산부;

상기 기전력 보존부에 보존된 기전력과 상기 측정 충방전 전기량에 기반하여, 추정 충방전 전기량 산출용 기전력(Veq2)을 산출하는 제2 기전력 연산부;

상기 추정 충방전 전기량 산출용 기전력과 상기 전력 보존부에 보존된 기전력과의 차인 기전력 변화량(ΔVeq)을 산출하는 기전력 변화량 연산부를 더 구비하고,

상기 추정 충방전 전기량 연산부는, 상기 제로-전류 시 전압의 변화량에 더하여 상기 기전력 변화량에 기반하여, 추정 충방전 전기량을 산출하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치.
제18항에 있어서,

상기 제2 기전력 연산부는, 온도를 파라미터로 하여 미리 준비된 2차 전지의 잔존 용량에 대한 기전력 특성을 참조하여, 상기 기전력 보존부에 보존된 기전력에 대응하는 잔존 용량에 대하여 상기 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 감산 또는 가산한 잔존 용량에 대응하는 기전력을, 상기 추정 충방전 전기량 산출용 기전력(Veq2)으로서 산출하는 것을 특징으로 하는 충방전 전기량 추정 장치.
제18항 또는 제19항에 있어서,

상기 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)에 대하여, 상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되는 전압 변화량의 조정 정수(ΔVbc) 및 조정 계수(Kb)를 미리 설정하는 전압 변화량 조정 정수 · 조정 계수 설정부;

상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되며, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 분극 전압의 변화량인 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정하는 분극 전압 발생 정수 설정부를 더 구비하고,

상기 추정 충방전 전기량 연산부는,

ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbc)/(ΔVeq/ΔQm+Kpol)

로 나타내어지는 식을 이용하여, 상기 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo), 상기 기전력 변화량(ΔVeq) 및 상기 측정 충방전 전기량(ΔQm)의 함수로서 상기 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치.
제13항에 있어서,

상기 추정 충방전 전기량에 기반하여, 상기 2차 전지의 분극 전압(Vpol)을 산출하는 분극 전압 연산부;

상기 분극 전압 연산부에 의해 산출된 분극 전압을 보존하는 분극 전압 보존부;

상기 분극 전압 보존부에 보존된 분극 전압과 보존 시간에 기반하여, 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th))을 산출하는 시간 의존 전압 변화량 연산부;

상기 제로-전류 시 전압 보존부에 보존된 제로-전류 시 전압과 상기 분극 전압 보존부에 보존된 분극 전압에 기반하여, 상기 2차 전지의 기전력(Veq)을 산출하는 제1 기전력 연산부;

상기 제1 기전력 연산부에 의해 산출된 기전력을 보존하는 기전력 보존부;

상기 2차 전지에 흐르는 전류로부터, 상기 기전력 보존부에 기전력을 보존하고 있는 시간 동안의 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 산출하는 측정 충방전 전기량 연산부;

상기 기전력 보존부에 보존된 기전력과 상기 측정 충방전 전기량에 기반하여, 추정 충방전 전기량 산출용 기전력(Veq2)을 산출하는 제2 기전력 연산부;

상기 추정 충방전 전기량 산출용 기전력과 상기 기전력 보존부에 보존된 기전력과의 차이인 기전력 변화량(ΔVeq)을 산출하는 기전력 변화량 연산부를 더 구비하고,

상기 추정 충방전 전기량 연산부는, 상기 제로-전류 시 전압의 변화량에 더하여, 상기 시간에 의존한 전압 변화량 및 상기 기전력 변화량에 기반하여, 추정 충방전 전기량을 산출하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치.
제21항에 있어서,

상기 시간 의존 전압 변화량 연산부는, 상기 분극 전압 보존부에 보존된 분 극 전압에 상기 보존 시간의 함수인 분극 감쇄율을 승산하여, 시간에 의존한 전압 변화량을 산출하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치.
제21항에 있어서,

상기 제2 기전력 연산부는, 온도를 파라미터로 하여 미리 준비된 상기 2차 전지의 잔존 용량에 대한 기전력 특성을 참조하여, 상기 기전력 보존부에 보존된 기전력에 대응하는 잔존 용량에 대하여 상기 측정 충방전 전기량(ΔQm)을 감산 또는 가산한 잔존 용량에 대응하는 기전력을, 상기 추정 충방전 전기량 산출용 기전력(Veq2)으로서 산출하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치.
제21항 내지 제23항의 어느 한 한에 있어서,

상기 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo)에 대하여, 상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되는 조정 계수(Kb)를 미리 설정하는 전압 변화량 조정 계수 설정부;

상기 2차 전지의 물성 및 충방전 상태에 의존하여 결정되는, 잔존 용량의 사용 영역에서의 충방전 전기량에 대한 분극 전압의 변화량인 분극 전압 발생 정수(Kpol)를 미리 설정하는 분극 전압 발생 정수 설정부를 더 구비하고,

상기 추정 방전 전기량 연산부는,

ΔQe = Kb×(ΔVzo+ΔVbp(th))/(ΔVeq/ΔQm+Kpol)

로 나타내어지는 식을 이용하여, 상기 제로-전류 시 전압의 변화량(ΔVzo), 상기 시간에 의존한 전압 변화량(ΔVbp(th)), 상기 기전력 변화량(ΔVeq), 및 상기 측정 충방전 전기량(ΔQm)의 함수로서 상기 추정 충방전 전기량(ΔQe)을 산출하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치.
제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제6항, 제7항, 제9항, 제10항 또는 제11항 중 어느 한 항에 기재된 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법을 이용하여 추정 충방전 전기량을 산출하는 공정; 및

상기 추정 충방전 전기량에 기반하여, 상기 2차 전지의 분극 전압을 재 계산하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 분극 전압 추정 방법.
제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제6항, 제7항, 제9항, 제10항 또는 제11항 중 어느 한 항에 기재된 2차 전지의 충방전 전기량 추정 방법을 이용하여 추정 충방전 전기량을 산출하는 공정; 및

상기 추정 충방전 전기량에 기반하여, 상기 2차 전지의 잔존 용량을 산출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 잔존 용량 추정 방법.
제13항, 제14항, 제15항, 제16항, 제18항, 제19항, 제21항, 제22항 또는 제23항 중 어느 한 항에 기재된 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치에 의해 산출된 추정 충방전 전기량에 기반하여, 상기 2차 전지의 분극 전압을 재 계산하는 분극 전압 재계산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 분극 전압 추정 장치.
제13항, 제14항, 제15항, 제16항, 제18항, 제19항, 제21항, 제22항 또는 제23항 중 어느 한 항에 기재된 2차 전지의 충방전 전기량 추정 장치에 의해 산출된 추정 충방전 전기량에 기반하여, 상기 2차 전지의 잔존 용량을 산출하는 잔존 용량 연산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 잔존 용량 추정 장치.