KR101453035B1 - 혼합 양극재를 포함하는 이차 전지의 출력 추정 장치 및 방법 - Google Patents

혼합 양극재를 포함하는 이차 전지의 출력 추정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 혼합 양극재를 포함하는 이차 전지의 출력 추정 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 장치는, 적어도 제1양극재 및 제2양극재- 여기서, 제1양극재의 동작 전압 범위가 제2양극재의 동작 전압 범위보다 높음 -가 브랜딩된 혼합 양극재를 포함하는 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 이차 전지의 방전 전류를 측정하는 센서; 및 상기 이차 전지의 충전 상태를 추정하고, 상기 방전 전류의 크기가 임계 전류의 크기보다 작은 제1조건에서는 상기 충전 상태에 대응하는 '미리 정의된 값으로서의 제1저항'을, 상기 방전 전류의 크기가 임계 전류의 크기보다 큰 제2 조건에서는 상기 충전 상태에 대응하는 '미리 정의된 값으로서의 제2저항'을 이용하여 이차 전지의 방전 전압을 결정하고, 상기 결정된 방전 전압과 상기 측정된 방전 전류로부터 이차 전지의 출력을 결정하는 제어부;를 포함한다.

Description

혼합 양극재를 포함하는 이차 전지의 출력 추정 장치 및 방법{Apparatus of Estimating Power of Secondary Battery including Blended Cathode Material and Method thereof}
본 발명은 혼합 양극재를 포함하는 이차 전지의 출력을 추정하는 장치와 방법에 관한 것이다.
본 출원은, 2013년 3월 4일자로 출원된 대한민국 출원 제10-2013-0022963호의 우선권 주장 출원으로서, 본 참조에 의해 상기 특허출원의 명세서는 본 출원의 일부로서 참조되고 원용된다.
전지는 전기화학적인 산화 및 환원 반응을 통해 전기 에너지를 생성하는 것으로, 광범위하게 다양한 용도로 이용된다. 예를 들어, 전지는 휴대 전화, 랩탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 비디오 카메라, 태블릿 컴퓨터, 전동 공구 등과 같이 사람의 손에 휴대할 수 있는 장치; 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 배, 전기 비행기 등과 같은 각종 전기구동 동력 장치; 신재생 에너지를 통해 발전된 전력이나 잉여 발전 전력을 저장하는데 사용되는 전력 저장 장치; 서버 컴퓨터와 통신용 기지국을 비롯한 각종 정보 통신 장치에 전력을 안정적으로 공급하기 위한 무정전 전원 공급 장치 등에 이르기까지 사용 영역이 점차 확대되고 있다.
전지는, 3가지의 기본 구성요소를 포함하는데, 이는, 방전되는 동안 전자를 방출하면서 산화되는 물질을 포함하는 음극(anode), 방전되는 동안 전자를 수용하면서 환원되는 물질을 포함하는 양극(cathode), 그리고 음극과 양극 사이에서 이온 이동이 가능하게 하는 전해질이 바로 그것이다.
전지에는 방전된 후에는 재사용이 불가능한 일차 전지와, 전기화학 반응이 적어도 부분적으로는 가역적이어서 반복적인 충전과 방전이 가능한 이차 전지로 분류될 수 있다.
이차 전지로는, 납-산 전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-아연 전지, 니켈-철 전지, 은 산화물 전지, 니켈 금속 수화물(hydride) 전지, 아연-망간 산화물 전지, 아연-브로마이드 전지, 금속-공기 전지, 리튬 이차 전지 등이 공지되어 있다. 이들 중에서, 리튬 이차 전지는 다른 이차 전지에 비해 에너지 밀도가 높고 전지 전압이 높으며 보존 수명이 길다는 이유로 상업적으로 가장 큰 관심을 끌고 있다.
리튬 이차 전지는, 양극과 음극에서 리튬 이온의 삽입(intercalation)과 탈리(de-intercalation) 반응이 일어나는 특성이 있다. 즉, 방전이 진행되는 동안에는, 음극에 포함된 음극재로부터 리튬 이온이 탈리된 후 전해질을 통해 양극으로 이동하여 양극에 포함된 양극재에 삽입되고 충전이 진행되는 동안에는 그 반대가 된다.
리튬 이차 전지에 있어서, 양극재로 사용되는 물질이 이차 전지의 성능에 중요한 영향을 미치기 때문에, 고온에서 안정성을 유지하면서도 높은 에너지 용량을 제공할 수 있고, 또한 제조비용이 낮은 양극재를 제공하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 하지만, 아직까지는 어느 하나의 양극재만으로 시장에서 요구하는 성능을 모두 충족시키는 것은 한계가 있다.
한편, 최근 들어 화석 연료의 고갈과 대기 오염의 심화로 인해 친환경 에너지에 대한 요구가 급증하고 있다. 이에 따라, 이차 전지로부터 공급되는 전기 에너지를 사용하여 운행이 가능한 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기 구동 자동차의 상용화가 선진국을 중심으로 활발하게 진행되고 있다.
전기구동 자동차의 운행 속도는 이차 전지의 출력에 비례한다. 따라서 전기구동 자동차의 컨트롤 유닛은 이차 전지가 제공할 수 있는 출력이 어느 정도인지 모니터하는 기능을 가진다. 그리고 상기 컨트롤 유닛은 이차 전지가 낼 수 있는 출력의 범위 내에서 전기구동 자동차가 안전하게 구동될 수 있도록 모터를 포함한 각종 구동 장치를 제어한다. 따라서 전기구동 자동차의 주행 성능을 최적화하기 위해서는 이차 전지의 출력을 정확하게 계산할 수 있는 방법이 필요하다.
이차 전지의 출력은 양극재의 전기화학적 물성에 의해 영향을 받는다. 따라서 이차 전지에 포함된 양극재의 종류에 따라 이차 전지가 특이한 전기화학적 거동을 나타낼 수 있다. 이러한 경우, 이차 전지의 출력을 정확하게 추정하는데 어려움이 따른다.
본 발명은 시장이 요구하는 이차 전지의 성능을 고려하여 2개 이상의 양극재를 브랜딩한 혼합 양극재를 포함하고, 상기 혼합 양극재로 인해 특이한 전기화학적 거동을 나타내는 이차 전지의 출력을 정확하게 추정하는 장치와 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지의 출력 추정 장치는, 적어도 제1양극재 및 제2양극재- 여기서, 제1양극재의 동작 전압 범위가 제2양극재의 동작 전압 범위보다 높음- 가 브랜딩된 혼합 양극재를 포함하는 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 이차 전지의 방전 전류를 측정하는 센서; 및 상기 이차 전지의 충전 상태를 추정하고, 상기 방전 전류의 크기가 임계 전류의 크기보다 작은 제1조건에서는 상기 충전 상태에 대응하는 '미리 정의된 값으로서의 제1저항'을, 상기 방전 전류의 크기가 상기 임계 전류의 크기보다 큰 제2 조건에서는 상기 충전 상태에 대응하는 '미리 정의된 값으로서의 제2저항'을 이용하여 이차 전지의 방전 전압을 추정하고, 상기 추정된 방전 전압과 상기 측정된 방전 전류로부터 이차 전지의 출력을 추정하는 제어부;를 포함한다.
여기서, 동작 전압 범위는 이차 전지가 방전되는 과정에서 전기 화학적 반응이 일어나는 전압 범위를 말한다. 일 예로, 리튬 이차 전지의 방전 과정에서는 리튬 이온이 양극재에 삽입되는 전기 화학적 반응이 일어나므로, 동작 전압 범위는 리튬 이온이 양극재에 삽입되는 전압 범위를 의미한다.
상기 제1양극재의 동작 전압 범위가 상기 제2양극재의 동작 전압 범위보다 상대적으로 높으므로, 이차 전지가 연속적으로 방전되면 상기 제1양극재가 먼저 전기화학적 반응에 참여한다. 그리고, 상기 제1양극재의 전기화학적 반응이 대부분 완료되면 상기 제2양극재가 전기화학적 반응에 참여한다. 상기 제2양극재가 전기화학적 반응에 참여하기 시작하는 전압은 상기 제1양극재와 상기 제2양극재의 종류 및 혼합 비율에 따라 고유하게 결정될 수 있다. 본 발명은, 상기 제2양극재가 전기화학적 반응에 참여하기 시작하는 전압을 전이 전압이라고 명명한다.
상기 충전 상태는, 이차 전지에 남아 있는 충전 잔량을 의미하는 파라미터로서, 본 발명이 속한 기술분야에서는 SOC 또는 z 라는 파라미터로서 나타낸다. 상기 파라미터 SOC는 충전 상태를 % 스케일로 표시할 때 사용되고, 파라미터 z는 충전 상태를 0-1의 노말라이즈된 범위로 표시할 때 사용된다.
상기 충전 상태는, 이차 전지가 가지는 동작 전압 범위의 상한부터 하한까지 이차 전지를 방전시켰을 때 방전되는 전체 용량을 기준으로 현재 남아 있는 방전 가능한 용량의 상대적 비율로서 결정할 수 있다.
상기 충전 상태는, 이차 전지의 충전 및 방전 전류를 적산하여 계산하는 방식, 이차 전지의 개방전압으로부터 추정하는 방식, 칼만 필터 또는 확장 칼만 필터를 이용하여 추정하는 방식 등이 당업계에 공지되어 있다.
따라서, 상기 충전 상태는 본 발명이 속하는 기술 분야에 공지된 여러 가지 방식을 선택적으로 적용하여 쉽게 추정할 수 있다.
상기 이차 전지의 방전 전압은, 소정 시간 동안 상기 방전 전류가 이차 전지로부터 흘러 나갔을 때의 이차 전지 전압을 의미한다. 상기 이차 전지의 방전 전압은, 방전 전류의 크기가 클수록 감소한다.
하나의 양극재를 포함하는 이차 전지의 방전 전압은, 상기 이차 전지로부터 빠져 나가는 방전 전류의 크기가 클수록 선형적으로 감소한다. 그리고, 상기 방전 전압의 감소 기울기는 이차 전지의 저항에 해당하고, 상기 감소 기울기는 방전 전류의 크기와 무관하게 일정한 값을 가지는 경향이 있다.
동작 전압 범위가 다른 제1 및 제2양극재를 포함하는 이차 전지는, 전압 범위에 따라서 전기화학적 반응에 관여하는 양극재가 변경되며, 이러한 양극재의 변경이 수반되면 이차 전지의 저항도 변화한다.
따라서 이차 전지가 방전되는 동안 제2양극재가 전기화학적 반응에 참여하기 시작하면 방전 전압의 감소 기울기, 즉 이차 전지의 저항이 변경되는 현상이 나타난다.
위와 같은 저항 변경 현상은, 이차 전지의 충전 상태가 적절한 범위에 속하고 방전 전류의 크기가 어느 정도 증가하여 이차 전지의 전압이 제2양극재가 전기화학적 반응에 참여할 수 있는 전이 전압까지 낮아졌을 때 발생한다.
바꿔 말하면, 이차 전지의 충전 상태가 너무 크면 방전 전류의 크기가 증가해도 이차 전지의 전압이 전이 전압까지 낮아지지 않는다. 또한, 이차 전지의 충전 상태가 너무 낮으면 제1양극재의 전기화학적 반응이 사실 상 완료되고 제2양극재만 전기화학적 반응에 관여하므로 양극재의 변경에 따른 저항 변화가 생기지 않는다.
본 발명은, 이차 전지가 방전되는 동안 이차 전지의 저항 변화가 관찰될 수 있는 소정의 충전 상태 구간을 저항 변화 구간이라 명명한다.
또한, 본 발명은, 이차 전지의 저항 변화가 실질적으로 관찰되기 시작할때의 방전 전류를 임계 전류라고 명명한다.
또한, 본 발명은, 저항 변화가 생기기 전의 이차 전지 저항을 제1저항, 그리고 저항 변화가 생긴 후의 이차 전지 저항을 제2저항이라고 명명한다.
상기 임계 전류의 크기는 저항 변화 구간 내에서 이차 전지의 충전 상태가 클수록 커진다. 충전 상태가 증가하면 방전 전류의 크기가 증가해야만 이차 전지의 전압이 전이 전압까지 낮아지기 때문이다.
상기 제1저항과 상기 제2저항은, 실험을 통해, 이차 전지의 충전 상태별로 미리 정의될 수 있다. 상기 제1저항은, 상기 저항 변화 구간 내에서 이차 전지의 충전 상태가 낮을수록 증가한다. 그리고, 상기 제2저항은, 상기 저항 변화 구간 내에서 이차 전지의 충전 상태가 변화하여도 의미 있는 변화를 나타내지 않는다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 제1저항 및/또는 상기 제2저항을 얻기 위해, 충전 상태별로 미리 정의되어 있는 제1저항 및/또는 제2저항에 관한 데이터를 참조할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 충전 상태 별로 미리 정의되어 있는 임계 전류의 크기에 대한 데이터를 참조하여 상기 추정된 충전 상태에 대응되는 임계 전류의 크기를 얻고 상기 제1조건 및 제2조건을 결정할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 제1조건에서, 상기 제1저항과 상기 측정된 방전 전류로부터 계산되는 제1전압 변화량을 이용하여 상기 이차 전지의 방전 전압을 추정할 수 있다. 여기서, 상기 제1전압 변화량은 오옴의 법칙에 의해 계산할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 추정된 충전 상태에 대응되는 '미리 정의된 값으로서의 이차 전지의 제1전압'으로부터 상기 제1전압 변화량을 감산하여 상기 이차 전지의 방전 전압을 추정할 수 있다.
여기서, 상기 제1전압은, 상기 추정된 충전 상태에 대응되는 이차 전지의 개방전압이다. 상기 제어부는 상기 제1전압을 얻기 위해 이차 전지의 충전 상태 별로 미리 정의되어 있는 개방전압에 관한 데이터를 참조할 수 있다.
상기 개방전압에 관한 데이터는 충전 상태에 따라 이차 전지의 개방전압을 정확하게 측정할 수 있는 조건에서 이차 전지의 방전 실험을 행하여 얻을 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 제2조건에서, 상기 제2저항과 상기 측정된 방전 전류로부터 계산되는 제2전압 변화량을 이용하여 이차 전지의 방전 전압을 추정할 수 있다. 여기서, 상기 제2전압 변화량은 오옴의 법칙에 의해 계산할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 추정된 충전 상태에 대응되는 '미리 정의된 값으로서의 이차 전지의 제2전압'으로부터 상기 제2전압 변화량을 감산하여 상기 이차 전지의 방전 전압을 추정할 수 있다.
상기 제2전압은 제1양극재 및 제2양극재의 종류와 혼합 비율에 따라서 고유하게 결정될 수 있다. 상기 제2전압은, 임의의 충전 상태에 있는 이차 전지가 방전될 때 이차 전지의 방전 전압이 방전 전류의 크기에 따라 어떻게 변화되는지를 실험적으로 관찰하면 구할 수 있다. 상기 제2전압은 이차 전지의 충전 상태 별로 고정된 값 또는 가변되는 값(예컨대, 전이 전압)으로 미리 정의될 수 있다. 또한, 이차 전지가 퇴화될수록 제2양극재의 동작이 낮은 전압 범위에서 이루어진다. 따라서, 상기 제2전압은 이차 전지의 퇴화 정도에 따라 그 값이 낮아질 수 있도록 사전에 정의될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 이차 전지의 출력 추정 장치는, 상기 제어부와 결합된 저장부를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 추정된 이차 전지의 출력을 상기 저장부에 저장할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 이차 전지의 출력 추정 장치는, 상기 제어부와 결합된 통신 인터페이스를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 추정된 이차 전지의 출력을 상기 통신 인터페이스를 통해 외부 디바이스로 출력할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 이차 전지의 출력 추정 장치는, 상기 제어부와 결합된 표시부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 표시부를 통해 상기 추정된 이차 전지의 출력을 그래픽 인터페이스로 표시할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 저장부는, 충전 상태별로 정의된, 상기 제1저항, 상기 제2저항, 상기 임계 전류의 크기, 상기 제1전압 및 상기 제2전압으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 데이터를 저장하고 갱신할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 이차 전지의 출력 추정 장치는, 이차 전지를 에너지원으로 사용하는 다양한 전기 구동 장치에 포함될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지의 출력 추정 방법은, 적어도 제1양극재 및 제2양극재- 여기서, 제1양극재의 동작 전압 범위가 제2양극재의 동작 전압 범위보다 높음 -가 브랜딩된 혼합 양극재를 포함하는 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 이차 전지의 방전 전류를 측정하는 단계; 상기 이차 전지의 충전 상태를 추정하는 단계; 상기 방전 전류의 크기가 임계 전류의 크기보다 작은 제1조건에서는 상기 충전 상태에 대응하는 '미리 정의된 값으로서의 제1저항'을, 상기 방전 전류의 크기가 임계 전류의 크기보다 큰 제2 조건에서는 상기 충전 상태에 대응하는 '미리 정의된 값으로서의 제2저항'을 이용하여 이차 전지의 방전 전압을 추정하는 단계; 및 상기 추정된 방전 전압과 상기 측정된 방전 전류로부터 이차 전지의 출력을 추정하는 단계;를 포함할 수 있다.
선택적으로, 본 발명에 따른 이차 전지의 출력 추정 방법은, 상기 추정된 이차 전지의 출력을 저장하는 단계, 및/또는, 상기 추정된 이차 전지의 출력을 외부 디바이스로 출력하는 단계, 및/또는, 상기 추정된 이차 전지의 출력을 그래픽 인터페이스로 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 과제는, 상술한 이차 전지의 출력 추정 방법을 프로그램화하여 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이차 전지의 저항이 변화되는 충전 상태 구간에서 혼합 양극재를 포함하는 이차 전지의 출력을 쉽고 간단하게 추정할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 이차 전지를 5c의 방전율로 펄스 방전을 시키면서 충전 상태의 변화에 따라 이차 전지의 저항을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 이차 전지를 5c의 방전율로 펄스 방전을 시키면서 충전 상태의 변화에 따라 이차 전지의 개방전압을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 이차 전지의 충전 상태를 변화시키면서 이차 전지를 서로 다른 크기의 방전율로 펄스 방전시켰을 때 방전 전압의 변화 패턴을 측정하여 기록한 I-V 프로파일들을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 출력 추정 장치에 관한 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 제1저항 및 제2항이 I-V 프로파일의 좌측과 우측의 직선 구간에 대한 기울기에 해당하는 것을 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 출력 추정 방법에 관한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 출원을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서 설명되는 실시예들은, 본 발명의 기술적 사상이 리튬 이차 전지에 적용된 경우에 관한 것이다. 여기서, 리튬 이차 전지라 함은 충전과 방전이 이루어지는 동안 리튬 이온이 작동 이온으로 작용하여 양극과 음극에서 전기화학적 반응을 유발하는 이차 전지를 총칭한다. 상기 작동 이온은 이차 전지가 충전 또는 방전되는 과정에서 전기 화학적인 산화 및 환원 반응에 참여하는 이온을 의미하는 것으로, 예를 들어 리튬이 이에 해당될 수 있다. 따라서 리튬 이차 전지에 사용된 전해질이나 분리막의 종류, 이차 전지를 포장하는데 사용된 포장재의 종류, 리튬 이차 전지의 내부 또는 외부의 구조 등에 따라 이차 전지의 명칭이 변경되더라도 리튬 이온이 작동 이온으로 사용되는 이차 전지라면 모두 상기 리튬 이차 전지의 범주에 포함되는 것으로 해석하여야 한다.
또한, 본 발명은 리튬 이차 전지 이외의 다른 이차 전지에도 적용이 가능하다. 따라서 작동 이온이 리튬 이온이 아니더라도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 이차 전지라면 그 종류에 상관 없이 모두 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석하여야 한다.
또한, 이차 전지는 그것을 구성하는 요소의 수에 의해 한정되지 않는다. 따라서 이차 전지는 음극, 전해질 및 양극을 기본 단위로 하는 단일 셀을 비롯하여 단일 셀의 어셈블리, 다수의 어셈블리가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 모듈, 다수의 모듈이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 팩, 다수의 팩이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 전지 시스템 등도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명의 실시 예에서, 이차 전지는 제1양극재 및 제2양극재로서 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NMC 양극재) 및 LiFePO4(LFP 양극재)를 포함한다. 상기 NMC 양극재와 상기 LFP 양극재의 혼합 비율은 7:3(중량비)이다. 이차 전지에 포함된 음극재는 그라파이트이고, 전해질은 EC(Ethylene Carbonate): DMC(Dimethyl Carbonate): EMC(EthylMethyl Carbonate)가 3:4:3(중량비)의 비율로 혼합된 용매에 리튬염 LiPF6가 첨가된 전해액이다. 분리막으로는, 다공성 폴리올레핀 기재의 표면에 무기물 입자를 코팅한 것을 사용하였다. 이차 전지는 파우치형 이차 전지로 제작되었으며, 43.05Ah의 용량을 갖는다. 이차 전지는 개방전압을 기준으로 2.6V 내지 4.2V 범위에서 충전 및 방전이 가능하도록 제작되었다.
도 1 및 도 2는 이차 전지를 5c의 방전율로 펄스 방전을 시키면서 충전 상태의 변화에 따라 이차 전지의 저항과 개방전압을 측정한 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 1을 참조하면, 특정한 충전 상태 구간(대략, 20 내지 40% 구간)에서 이차 전지의 저항이 국소적으로 증가하였다가 감소하는 convex 패턴이 나타나고, convex 패턴의 정점을 전후로 2개의 변곡점(점선 원 참조)이 생기는 것을 관찰할 수 있다.
도 2를 참조하면, 특정한 충전 상태 구간에서 변곡점이 포함된 전압 평탄 구간(점선 박스 참조)을 관찰할 수 있다. 여기서, 전압 평탄 구간이라 함은 변곡점을 기준으로 하여 전압의 변화가 작은 프로파일 부분을 의미한다.
이처럼, 이차 전지의 저항 및 개방전압 프로파일에서 Convex 패턴과 전압 평탄 구간이 관찰되는 이유는, 이차 전지가 특정한 충전 상태 구간에서 방전될 때 리튬 이온이 삽입되는 양극재의 종류가 NMC 양극재에서 LFP 양극재로 변경되기 때문이다.
즉, 양극재가 변경되는 충전 상태 구간보다 큰 충전 상태 구간에서 이차 전지가 방전되면 주로 NMC 양극재에 리튬 이온이 삽입되며, NMC 양극재에 삽입된 리튬 이온의 량이 증가할수록 이차 전지의 개방전압은 낮아진다. 반면, 양극재가 변경되는 충전 상태 구간보다 낮은 충전 상태 구간에서 이차 전지가 방전되면 주로 LFP 양극재에 리튬 이온이 삽입되며, LFP 양극재에 삽입된 리튬 이온의 량이 증가할수록 이차 전지의 개방전압은 낮아진다. 그리고, 이차 전지가 양극재가 변경되는 충전 상태 구간에서 방전될 때에는 NMC 양극재에 리튬 이온이 삽입될 수 있는 용량이 상당 부분 소진되면서 LFP 양극재로 리튬 이온이 삽입되기 시작한다. LFP 양극재로 리튬 이온이 삽입되는 동안에도 NMC 양극재에 리튬 이온이 계속 삽입되며, NMC 양극재가 리튬 이온의 삽입을 수용할 수 있는 용량을 모두 소진하면 그 때부터 LFP 양극재에만 리튬 이온의 삽입이 이루어진다.
이러한 양극재의 종류 변경은, 도 2에 나타낸 개방전압 프로파일에서, 변곡점이 생기는 3.2V에 대응되는 충전 상태 범위에서 이차 전지가 방전될 때 이루어진다.
도 1에 나타낸 내부 저항의 convex 패턴을 더 구체적으로 관찰하면, 이차 전지의 저항이 갑자기 증가하는 충전 상태 구간(정점 오른쪽)과, 이와는 반대로 이차 전지의 저항이 다시 낮아지는 충전 상태 구간(정점 왼쪽)을 확인할 수 있다.
여기서, 이차 전지의 저항이 갑자기 증가하는 이유는, NMC 양극재가 리튬 이온을 받아들일 수 있는 용량의 대부분을 소진하면서 NMC 양극재의 저항이 갑자기 증가하기 때문이다.
또한, 이차 전지의 저항이 다시 낮아지는 이유는, LFP 양극재로 리튬 이온이 삽입되기 시작하면서 LFP 양극재의 낮은 저항 특성이 이차 전지의 저항으로서 발현되기 때문이다.
나아가, 이차 전지가 양극재의 변경이 이루어지는 충전 상태 구간보다 낮은 충전 상태 구간에서 방전될 경우 충전 상태가 낮아질수록 이차 전지의 저항이 다시 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 저항의 증가는 음극재(그라파이트)로 사용된 물질의 저항이 증가한다는 점에서 그 원인을 찾을 수 있다.
도 3은 이차 전지의 충전 상태를 변화시키면서 이차 전지를 서로 다른 크기를 갖는 방전 전류로 펄스 방전을 시켰을 때 방전 전압(Vdis)의 변화 패턴을 측정하여 기록한 I-V 프로파일들을 나타낸 그래프이다.
도 3에 나타낸 그래프의 가로축은 방전전류의 크기를 방전율(c-rate)로 환산하여 나타낸 것이고, 세로축은 이차 전지의 방전 전압(Vdis)을 나타낸다. 세로축에는, 이차 전지의 사용 전압 범위가 2.60-4.20V인 점을 감안하여, 전체 사용 전압 범위를 표시하였다. 물론, 이차 전지의 사용 전압 범위는 제1양극재 및 제2양극재의 종류와 브랜딩 비율에 따라서 달라질 수 있다.
여기서, 방전 전압(Vdis)은 10초 동안 이차 전지를 펄스 방전시킨 직후에 측정한 이차 전지의 전압을 의미한다. 그리고, 이차 전지를 크기가 다른 다수의 방전 전류에 의해 펄스 방전을 시킬 때, 펄스 방전이 시작되기 전의 이차 전지 개방전압(Open Circuit Voltage: OCV)은 동일하게 설정하였다. 따라서 동일한 프로파일 상에 있는 복수의 점들은 충전 상태가 동일한 조건에서 서로 다른 크기의 방전 전류로 이차 전지가 펄스 방전되었을 때의 방전 전압(Vdis)에 대한 측정 결과를 나타낸다.
도 3에 있어서, 각각의 프로파일이 Y축과 교차하는 점은 펄스 방전이 시작되기 전의 이차 전지 전압으로서 실질적으로 개방전압에 해당한다.
예를 들어, 충전 상태 100%에 해당하는 I-V 프로파일(①)은, 개방전압이 4.20V인 이차 전지를 각각 5c 및 10c의 방전율 조건에서 10초 동안 방전을 했을 때, 방전 전압(Vdis)이 어떻게 변화되는지를 보여준다.
도 3의 세로축에 나타낸 사용 전압 범위는, 크게 제1전압 구간(△V1), 전이 전압 구간(△Vt) 및 제2전압 구간(△V2)으로 나눌 수 있다.
Y 절편(즉, 개방전압)이 제1전압 구간(△V1)과 제2전압 구간(△V2)에 속하는 I-V 프로파일은 일정한 기울기로 방전 전압(Vdis)이 감소하는 패턴을 가진다. 반면, Y 절편(즉, 개방전압)이 전이 전압 구간(△Vt)에 속하는 프로파일은 방전 전압(Vdis)이 감소하는 기울기가 변화되는 패턴을 가진다.
먼저, 이차 전지의 개방전압이 제1전압 구간(△V1)에 속할 때 이차 전지가 펄스 방전되면, 작동 이온이 NMC 양극재에 주로 삽입된다. 따라서 이차 전지의 방전율에 상관 없이 방전 전압(Vdis)이 NMC 양극재의 저항 특성에 의존성을 보이면서 감소한다.
이차 전지의 개방전압이 제1전압 구간(△V1)에 속하는 I-V 프로파일들(① 내지 ⑤)의 감소 기울기는 거의 일정하고 제1전압 구간(△V1) 내에서 방전이 시작되기 전의 개방전압이 낮아질수록 I-V 프로파일은 아래쪽으로 평행하게 이동한다는 것을 알 수 있다.
상기 I-V 프로파일들(① 내지 ⑤)의 감소 기울기는 방전율의 변화에 대한 방전 전압의 변화 비율이므로 실질적으로 이차 전지의 저항에 해당한다. 그런데 상기 I-V 프로파일들(① 내지 ⑤)의 감소 기울기는 일정하므로, 개방전압이 제1전압 구간(△V1)에 속하는 이차 전지는 방전 전류의 크기가 변화하여도 저항이 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 이차 전지의 개방전압이 전이 전압 구간(△Vt)에 속할 때의 I-V 프로파일들(⑥-⑨)은, 대략 3.2V 근방에서 감소 기울기가 변화하는 특성을 가진다.
상기 3.2V는 리튬 이온이 삽입되는 양극재의 종류가 NMC 양극재에서 LFP 양극재로 변경되기 시작하는 전이 전압(도 2의 점선 박스 참조)에 해당한다. 따라서, 이차 전지의 전압이 3.2V 근처까지 감소할 수 있을 정도로 방전 전류의 크기가 증가하면, LFP 양극재에 리튬 이온이 삽입되기 시작한다. 그리고, LFP 양극재가 전기화학적 반응에 관여하기 시작하면서 이차 전지의 저항 변화가 일어난다. 도 3을 참조하면, 3.2V 근처에서 이차 전지의 저항이 변화하는 현상은 I-V 프로파일들(⑥-⑨)의 감소 기울기가 변화되는 것으로부터 분명하게 관찰되며, 상기 감소 기울기의 변화는 전이 전압 구간(△Vt)에 대응되는 충전 상태 구간에서만 발생되는 것을 알 수 있다.
본 발명은, 이차 전지가 방전되는 동안 이차 전지의 저항 변화가 I-V 프로파일의 기울기 변화로 관찰될 수 있는 소정의 충전 상태 구간을 저항 변화 구간이라고 정의한다.
또한, 본 발명은, 이차 전지의 저항 변화가 일어나는 방전 전류의 크기를 임계 전류의 크기라고 정의한다. 도 3의 그래프에서 임계 전류의 크기는 대략적으로 직선 A와 I-V 프로파일들(⑥-⑨)이 만나는 점의 방전율로부터 산출이 가능하다. 그리고, 상기 임계 전류의 크기는 저항 변화 구간 내에서 이차 전지의 충전 상태가 클수록 커짐을 알 수 있다. 충전 상태가 증가하면 방전 전류의 크기가 증가해야만 제2양극재가 전기화학적 반응에 관여할 정도로 이차 전지의 전압이 낮아지기 때문이다.
또한, 본 발명은, 저항 변화가 생기기 전의 이차 전지 저항을 제1저항, 그리고 저항 변화가 생긴 후의 이차 전지 저항을 제2저항이라고 정의한다.
상기 제1저항은, I-V 프로파일이 직선 A와 교차하는 점의 왼쪽에 위치한 직선 구간의 감소 기울기이다. 그리고, 상기 제2저항은, I-V 프로파일이 직선 A와 교차하는 점의 오른쪽에 위치한 직선 구간의 감소 기울기이다.
상기 I-V 프로파일들(⑥-⑨)의 직선 구간을 관찰하면, 교차점 왼쪽의 직선 구간은 서로 다른 감소 기울기를 가지며, 방전이 시작되기 전의 충전 상태가 낮을수록 감소 기울기가 증가한다. 이것은, 교차점 왼쪽의 직선 구간은 NMC 양극재가 전기화학적 반응에 관여하는 구간에 해당하고 충전 상태가 낮을수록 NMC 양극재에 리튬 이온이 삽입되기 어려워져서 이차 전지의 저항이 그 만큼 증가하기 때문이다.
또한, 교차점 오른쪽의 직선 구간은 방전이 시작되기 전의 충전 상태가 변화하여도 감소 기울기의 변화가 거의 일어나지 않는다. 이것은, 교차점 오른쪽의 직선 구간은 LFP 양극재가 전기화학적 반응에 관여하는 구간에 해당하고 방전 전의 충전 상태가 달라도 LFP 양극재는 저항 변화가 크지 않기 때문이다.
상기한 점을 고려할 때, 상기 제1저항은, 상기 저항 변화 구간 내에서 이차 전지의 충전 상태가 낮을수록 증가하고, 상기 제2저항은, 상기 저항 변화 구간 내에서 이차 전지의 충전 상태가 변화하여도 의미 있는 변화를 나타내지 않는다고 볼 수 있다.
다음으로, 방전이 시작되기 전의 개방전압이 제2전압 구간(△V2)에 속할 때 이차 전지가 펄스 방전되면, 방전 전류의 크기에 상관 없이 리튬 이온이 LFP 양극재에 주로 삽입된다. 따라서, 전체 방전율 구간에 걸쳐서 I-V 프로파일(⑩ 및 ⑪)은 일정한 기울기를 가지고 선형적으로 감소하는 패턴을 가지며, I-V 프로파일(⑩ 및 ⑪)의 기울기는 상기 제2전압 구간 (△V2) 내에서 방전이 시작되기 전의 개방전압이 낮아질수록 증가한다. 개방전압이 낮아질수록 음극재로 사용된 물질의 저항이 증가하여 이차 전지의 저항이 증가하기 때문이다.
I-V 프로파일들 ①-⑤와 ⑩-⑪은 기울기가 일정하므로, 이차 전지의 방전율이 변화하여도 이차 전지의 저항은 일정하다고 볼 수 있다. 반면, I-V 프로파일들 ⑥-⑨은 방전율이 증가할수록 이차 전지의 저항이 서서히 감소하다가 일정한 값으로 수렴한다고 볼 수 있다.
본 발명은, 상기와 같은 실험적 관찰에 근거하여 안출된 것으로서, 저항 변화가 생기는 충전 상태 구간에서 충전 상태 별로 제1저항 및 제2저항을 사전에 정의하고, 방전 전류의 크기에 따라서 이차 전지의 방전 전압을 추정할 때 사용되는 저항값을 상기 제1저항 및 상기 제2저항 중에서 선택하고, 선택된 저항값을 이용하여 이차 전지의 방전 전압을 추정하고, 추정된 방전 전압과 방전 전류의 크기를 이용하여 이차 전지의 출력을 추정할 수 장치와 방법을 제공한다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 출력 추정 장치(100)의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지의 출력 추정 장치(100)는, 센서(110) 및 제어부(120)을 포함한다.
상기 장치(100)는, 혼합 양극재를 양극에 포함하고 있는 이차 전지(130)의 출력을 추정하기 위해 이차 전지(130)와 부하(135) 사이에 연결될 수 있다.
상기 혼합 양극재는, 적어도 제1양극재와 제2양극재를 포함하고, 상기 제1양극재의 동작 전압 범위가 제2양극재의 동작 전압 범위보다 높다. 따라서, 이차 전지가 연속적으로 방전될 때, 높은 전압 범위에서는 제1양극재가 주로 전기화학적 반응에 참여하고, 낮은 전압 범위에서는 제2양극재가 주로 전기화학적 반응에 참여한다.
일 예시로서, 상기 제1양극재와 상기 제2양극재는, 각각 NMC 양극재 및 LFP 양극재일 수 있다.
상기 이차 전지(130)는 리튬 이차 전지일 수 있으나, 본 발명이 전지의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다.
상기 이차 전지(130)는 전기 에너지로 동작이 가능한 다양한 종류의 전기구동 장치에 탑재될 수 있고, 상기 전기구동 장치는 그 종류에 특별한 제한이 없다.
일 실시예에서, 상기 전기구동 장치는, 휴대폰, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 모바일 컴퓨터 장치, 또는 디지털 카메라, 비디오 카메라, 오디오/비디오 재생 장치 등을 포함한 핸드 헬드 멀티미디어 장치일 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 전기구동 장치는, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 열차, 전기 배, 전기 비행기 등과 같이 전기에 의해 이동이 가능한 전기 동력 장치, 또는 전기 드릴, 전기 그라인더 등과 같이 모터가 포함된 파워 툴일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 전기구동 장치는, 전력 그리드에 설치되어 신재생 에너지나 잉여 발전 전력을 저장하는 대용량 전력 저장 장치, 또는 정전 등의 비상 상황에서 서버 컴퓨터나 이동 통신 장비 등을 포함한 각종 정보 통신 장치의 전원을 공급하는 무정전 전원 공급 장치일 수 있다.
상기 부하(135)는 각종 전기구동 장치에 포함된 것으로서, 상기 이차 전지(130)가 방전될 때 공급되는 전기 에너지에 의해 작동되는 상기 전기구동 장치 내에 포함된 에너지 소모 장치를 의미한다.
상기 부하(135)는 비제한적인 예시로서 모터와 같은 회전 동력 장치, 인버터와 같은 전력 변환 장치 등이 될 수 있는데, 본 발명이 부하의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다.
상기 센서(110)는, 상기 제어부(120)의 제어 하에, 이차 전지의 방전 전류를 측정하고, 상기 방전 전류의 측정값을 상기 제어부(120)로 출력할 수 있다.
상기 센서(110)는 방전 전류를 측정하기 위한 컨트롤 신호를 상기 제어부(120)로부터 수신할 수 있다. 상기 컨트롤 신호가 수신되면, 상기 센서(110)는 방전 전류 측정값을 제어부(120)로 출력한다.
상기 센서(110)는, 상기 제어부(120)의 제어 하에, 이차 전지(130)의 충전 전류를 더 측정하고, 상기 충전 전류의 측정값을 상기 제어부(120)로 출력할 수 있다.
또한, 상기 센서(110)는, 상기 제어부(120)의 제어 하에, 이차 전지(130)의 전압을 더 측정하고, 상기 전압 측정값을 상기 제어부(120)로 출력할 수 있다.
또한, 상기 센서(110)는, 상기 제어부(120)의 제어 하에, 이차 전지(130)의 온도를 더 측정하고, 상기 온도 측정값을 상기 제어부(120)로 출력할 수 있다.
상기 센서(110)가 이차 전지(130)에 대한 전류, 전압 및 온도로 이루어진 군에서 복수의 특성값을 측정할 때, 상기 센서(110)는 각각의 특성값을 측정할 수 있는 구성 요소를 개별적으로 포함할 수도 있고, 각각의 특성값을 측정할 수 있는 구성요소가 분할될 수도 있음을 자명하다.
상기 제어부(120)은, 상기 센서(110)를 통해, 이차 전지(130)가 동작하는 동안 충전 전류 측정값과 방전 전류 측정값을 입력 받아 전류 적산법에 의해 이차 전지(130)의 충전 상태를 추정할 수 있다.
즉, 상기 제어부(120)는 미리 정의된 이차 전지(130)의 만충전 용량과 이차 전지(130)로부터 네트로 흘러 나간 전류 적산량의 비율을 계산하여 충전 상태를 추정할 수 있다. 예를 들어 만충전 용량 대비 네트로 흘러 나간 전류 적산량의 비율이 20%라면, 충전 상태는 80%가 된다.
상기 제어부(120)는, 이차 전지(130)의 충전 상태를 추정할 때, 상기 전류 적산법 이외에도, 이차 전지의 개방전압으로부터 구하는 방식, 칼만 필터 또는 확장 칼만 필터를 이용하여 구하는 방식 등 당업계에 공지된 다른 방법을 이용할 수 있다.
상기 제어부(120)는, 이차 전지(130)의 출력에 대한 추정이 필요할 때 센서(110)를 제어함으로써 방전 전류 측정값을 얻고, 상기 방전 전류의 크기가 임계 전류의 크기보다 작으면 제1조건에 따라 이차 전지(130)의 출력을 추정하고, 반대로 상기 방전 전류의 크기가 임계 전류보다 크면 제2조건에 따라 이차 전지(130)의 출력을 추정할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 임계 전류의 크기는, 이차 전지(130)의 충전 상태 별로 미리 정의될 수 있다. 이 경우, 상기 제어부(120)는 이차 전지(130)의 현재 충전 상태에 대응되는 '미리 정의된 임계 전류의 크기'를 결정하고, 결정된 임계 전류의 크기와 상기 방전 전류의 크기를 비교하여 이차 전지(130)의 출력을 추정할 때 사용할 조건을 결정할 수 있다
상기 임계 전류의 크기는 방전 실험을 통해 도 3에 예시된 것과 같은 I-V 프로파일들을 얻으면 쉽게 정의할 수 있다. 상기 임계 전류의 크기는, 앞서 설명한 바와 같이, 저항 변화 구간에 대응되는 각각의 I-V 프로파일이 전이 전압(예컨대, 3.2V)을 통과하는 점에 대응되는 방전 전류의 크기로 정의할 수 있다
다른 측면에 따르면, 상기 임계 전류의 크기는, 이차 전지(130)의 현재 충전 상태에 대응되는 '미리 정의된 I-V 프로파일'을 이용하여 실시간으로 계산할 수 있다.
도 5는 이차 전지(130)에 대한 소정의 충전 상태에 대하여 미리 정의된 I-V 프로파일을 예시하는 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이차 전지(130)의 충전 상태가 저항 변화 구간에 속하게 되면, 방전 전류의 크기에 따라 방전 전압의 변화를 나타내는 I-V 프로파일의 기울기가 변화한다.
하지만, I-V 프로파일의 좌측과 우측은 대략적으로 직선 구간을 가지므로, I-V 프로파일은 좌측 직선 구간(200)과 우측 직선 구간(300)의 조합으로 근사할 수 있다.
따라서, 상기 I-V 프로파일에 대한 임계 전류의 크기는, 근사적으로, 좌측 직선 구간(200)과 우측 직선 구간(300)이 만나는 점에 대응되는 방전 전류의 크기(I*)로 정의할 수 있다.
상기 좌측 직선 구간(200) 및 상기 우측 직선 구간(300)에 해당하는 선형 방정식과 상기 임계 전류의 크기는 아래의 수학식 1과 같이 정의할 수 있다.
<수학식 1>
Vdis = V1 - Idis*R1
Vdis = V2 - Idis*R2
I* = (V1-V2) / (R1-R2)
여기에서, V1은 좌측 직선 구간(200)의 선형 방정식에 대한 Y 절편에 해당하는 전압으로서, 이차 전지(130)가 방전되기 전의 개방전압에 해당한다. V1은 이차 전지(130)의 충전 상태 별로 미리 정의될 수 있다.
V2는 우측 직선 구간(300)에 해당하는 선형 방정식의 Y 절편에 해당하는 전압으로서, 이차 전지(130)가 방전되는 동안 방전 전류의 크기에 상관 없이 이차 전지(130)의 저항이 우측 직선 구간(300)의 기울기에 해당하는 저항 값을 가진다고 가정해 볼 때, 이차 전지(130)가 방전되기 전의 개방전압에 해당한다. V2는 이차 전지(130)의 충전 상태 별로 미리 정의될 수 있다. 대안적으로, V2는 고정된 값, 예컨대 이차 전지(130)의 전이 전압(도 3의 3.2V 참조)으로 정할 수 있다. 상기 전이 전압은, 근사적으로, 제2양극재가 전기화학적 반응에 관여하기 시작하는 전압에 해당한다. 상기 전이 전압은 이차 전지(130)의 퇴화 정도가 증가하면 그 값이 낮아지도록 미리 정의될 수 있다.
Idis는 이차 전지(130)가 방전될 때 측정한 방전 전류의 크기를 나타낸다.
R1은 좌측 직선 구간(200)의 기울기에 해당하며, 이차 전지(130)가 방전되는 동안 제1양극재가 주로 전기화학적 반응에 관여할 때 이차 전지(130)가 가지는 저항으로서 본 발명의 제1저항에 해당한다. R1은 이차 전지(130)의 충전 상태 별로 미리 정의될 수 있는데, 일 예로서 임계 전류의 좌측에서 관찰되는 I-V 프로파일의 평균 기울기로 정의할 수 있다.
R2는 우측 직선 구간(300)의 기울기에 해당하며, 이차 전지(130)가 방전되는 동안 제2양극재가 주로 전기화학적 반응에 관여할 때 이차 전지(130)가 가지는 저항으로서 본 발명의 제2저항에 해당한다. R2는 이차 전지(130)의 충전 상태 별로 미리 정의될 수 있는데, 일 예로서 임계 전류 우측에서 관찰되는 I-V 프로파일의 평균 기울기로 정의할 수 있다
Vdis는 이차 전지(130)가 방전 전류 Idis로 방전될 때의 방전 전압을 나타낸다.
상기 I-V 프로파일이, 상기 수학식 1로 나타낸 2개의 선형 방정식으로 정의되면, 상기 I-V 프로파일에 대응되는 임계 전류의 크기는 상기 선형 방정식들의 교차점에 대응되는 방전 전류의 크기에 해당한다.
상기 선형 방정식들의 파라미터에 해당하는 V1, V2, R1 및 R2에 관한 데이터들은 실험을 통해 얻은 복수의 I-V 프로파일들을 기초로 충전 상태 별로 미리 정의될 수 있다. 이러한 경우, 상기 제어부(120)는 사전에 정의된 상기 파라미터들을 참조하여 이차 전지(130)의 현재 충전 상태에 대응되는 V1, V2, R1 및 R2를 결정하고, 결정된 파라미터들과 상기 수학식 1을 이용하여 임계 전류의 크기를 산출할 수 있다.
상기 제어부(120)는, 이차 전지(130)의 충전 상태에 대응되는 임계 전류의 크기를 결정한 후, 임계 전류의 크기와 이차 전지(130)에서 흘러 나가는 방전 전류의 크기를 비교한다.
상기 제어부(120)는, 임계 전류의 크기가 방전 전류의 크기보다 작은 제1조건이 성립되면, 이차 전지(130)의 충전 상태에 대응되는 미리 정의된 제1저항(R1)과 이차 전지(130)의 측정된 방전 전류를 이용하여 이차 전지(130)의 방전에 따른 제1전압 변화량(△Vdis1)을 구하여 이차 전지(130)의 방전 전압(Vdis1)을 결정한다. 그리고, 상기 제어부(120)는, 상기 측정된 방전 전류와 상기 결정된 방전 전압(Vdis1)으로부터 이차 전지(130)의 출력(Pdis1)을 결정한다.
상기 제어부(120)는, 임계 전류의 크기가 방전 전류의 크기보다 큰 제2조건이 성립되면, 이차 전지(130)의 충전 상태에 대응되는 미리 정의된 제2저항(R2)과 이차 전지(130)의 측정된 방전 전류를 이용하여 이차 전지(130)의 방전에 따른 제2전압 변화량(△Vdis2)을 구하여 이차 전지(130)의 방전 전압(Vdis2)을 결정한다. 그리고, 상기 제어부(120)는, 상기 측정된 방전 전류와 상기 결정된 방전 전압(Vdis2)으로부터 이차 전지(130)의 출력(Pdis2)을 결정한다.
바람직하게, 상기 제어부(120)는, 아래 수학식 2를 이용하여 이차 전지(130)의 방전 전압(Vdis1, Vdis2)을 결정할 수 있다. V1과 V2는 이차 전지의 충전 상태에 따라 미리 정의되는 값이다.
<수학식 2>
Vdis1 = V1 - Idis*R1
Vdis2 = V2 - Idis*R2
일 측면에 따르면, 상기 제어부(120)는 저장부(140)와 전기적으로 결합될 수 있다. 그리고, 상기 제어부(120)는 상기 저장부(140)에 미리 정의되는 모든 파라미터들, 예컨대 제1전압, 제2전압, 임계 전류, 제1저항 및 제2저항에 관한 데이터를 저장 및 갱신할 수 있고, 상기 제1 및 제2조건에서 결정한 이차 전지(130)의 출력(Pdis1 , Pdis2)을 저장할 수 있다.
상기 저장부(140)는 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 저장부(140)은, RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체일 수 있다. 상기 저장 부(140)는 또한 상기 제어부(120)에 의해 접근이 가능하도록 예컨대 데이터 버스 등을 통해 상기 제어부(120)과 연결될 수 있다. 상기 저장부(140)는 또한 상기 제어부(120)가 수행하는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 상기 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터, 예컨대 Vdis1, Vdis2, Idis, Pdis1 및 Pdis2를 저장 및/또는 갱신 및/또는 소거 및/또는 전송할 수 있다. 상기 저장부(140)는 논리적으로 2개 이상으로 분할 가능하고, 상기 제어부(120) 내에 포함되는 것을 제한하지 않는다.
다른 측면에 따르면, 상기 제어부(120)는 외부의 디바이스와 데이터를 교환할 수 있도록 통신 인터페이스(150)와 전기적으로 결합될 수 있다. 그리고, 상기 제어부(120)는 상기 통신 인터페이스(150)를 통해 외부의 디바이스로 상기 결정된 이차 전지(130)의 출력을 전송할 수 있다.
상기 외부의 디바이스는, 부하(135)가 장착된 장치의 제어 수단일 수 있다. 일 예로, 이차 전지(130)가 전기 자동차에 탑재되어 있는 경우, 상기 제어부(120)는 이차 전지(130)의 출력에 관한 데이터를 전기 자동차의 구동 메카니즘을 통합적으로 제어하는 컨트롤 유닛으로 상기 결정된 출력을 전송할 수 있다. 그러면, 상기 컨트롤 유닛은 전송 받은 상기 출력 정보를 이용하여 이차 전지(130)의 방전을 효율적으로 제어할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 제어부(120)는 표시부(160)와 전기적으로 결합될 수 있다. 그리고, 상기 제어부(120)는 상기 표시부(160)를 통해 상기 결정된 이차 전지(130)의 출력을 그래픽 인터페이스로 표시할 수 있다. 상기 그래픽 인터페이스는 숫자, 문자, 그래프, 그림, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 표시부(160)는 액정 디스플레이, LED 디스플레이, OLED 디스플레이, E-INK 디스플레이, 플렉서블 디스플레이 등일 수 있다. 상기 표시부(160)는 상기 제어부(120)과 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 후자의 방식이 채택될 때, 상기 표시부(160)는 상기 제어부(120)가 위치하는 영역과 물리적으로 분리된 영역에 위치할 수 있다. 그리고 상기 표시부(160)와 상기 제어부(120) 사이에 제3의 제어 수단(미도시)이 개재되어 상기 제3의 제어 수단이 상기 제어부(120)으로부터 표시 부(160)에 표출할 정보를 제공 받아 상기 표시부(160)에 표시할 수 있다. 이를 위해, 상기 제3의 제어 수단과 상기 제어부(120)가 통신 선로에 의해 연결될 수 있다.
상기 표시부(160)은 반드시 본 발명에 따른 장치 내부에 포함될 필요는 없으며, 본 발명에 따른 장치와 연결된 다른 장치에 포함된 것일 수 있다. 이러한 경우, 상기 표시부(160)와 상기 제어부(120)는 직접적으로 연결되지 않으며, 상기 다른 장치에 포함된 제어 수단을 매개로 상기 표시부(160)와 간접적으로 연결된다. 따라서 상기 표시부(160)와 상기 제어부(120)의 전기적 연결은 이러한 간접 연결 방식도 포함하는 것으로 이해하여야 한다.
상기 제어부(120)은, 다양한 제어 로직들 및/또는 계산 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(120)은 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이 때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 저장부(140)에 포함될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 디바이스의 종류에 상관 없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다.
본 발명의 다양한 실시 양태를 설명함에 있어서, " ~ 부"라고 명명된 구성 요소들은 물리적으로 구분되는 요소들이라고 하기 보다 기능적으로 구분되는 요소들로 이해되어야 한다. 따라서 각각의 구성요소는 다른 구성요소와 선택적으로 통합되거나 각각의 구성요소가 제어 로직(들)의 효율적인 실행을 위해 서브 구성요소들로 분할될 수 있다. 하지만 구성요소들이 통합 또는 분할되더라도 기능의 동일성이 인정될 수 있다면 통합 또는 분할된 구성요소들도 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 당업자에게 자명하다.
상기 제어부(120)의 다양한 제어 로직들 및/또는 계산 로직들은 적어도 하나 이상이 선택적으로 조합됨으로써 그 자체로서 본 발명에 따른 이차 전지의 출력 추정 방법의 일 실시 양태가 될 수 있다. 이차 전지의 출력 추정 방법을 이하에서 설명함에 있어서, 앞서 설명된 내용에 대해서는 반복적인 설명을 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 출력 추정 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
먼저, 단계 S10에서, 상기 제어부(120)는 상기 저장부(140)로부터 이차 전지의 출력을 추정하는데 필요한 제어 로직을 읽고 실행한다.
이어서, 단계 S20에서, 상기 제어부(120)는 출력을 추정할 수 있는 조건이 충족되었는지 판단한다.
여기서, 상기 출력 추정 조건은, 통신 인터페이스(150)를 통해 외부 디바이스로부터 출력 추정 요청 신호가 수신될 때 성립될 수 있다. 이를 위해, 상기 제어부(120)는 통신 인터페이스(150)를 통해 상기 출력 추정 요청 신호가 수신되는지 모니터할 수 있다. 대안적으로, 상기 출력 추정 조건은, 일정한 시간이 경과될 때마다 성립되도록 설정될 수 있다. 이를 위해, 상기 제어부(120)는 시간을 계수하고 계수 시간이 미리 설정한 기준 시간에 도달하면 상기 출력 추정 조건이 성립된 것으로 판단할 수 있다.
단계 S20에서, 출력 추정 조건이 충족되었다고 판단되면, 제어부(120)은 프로세스를 단계 S30으로 이행한다. 반면, S20에서, 출력 추정 조건이 충족되지 않았다고 판단되면, 프로세스의 진행을 홀딩한다.
단계 S30에서, 제어부(120)은 센서(110)를 제어하여 이차 전지(130)의 방전 전류(Idis)를 측정한다. 그런 다음, 단계 S40에서, 제어부(120)는 이차 전지(130)의 충전 상태를 추정한다. 일 예시로서, 상기 충전 상태는 전류 적산법에 의해 추정될 수 있는데, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다
단계 S50에서, 제어부(120)는 상기 추정된 충전 상태에 대응되는 임계 전류(I*)의 크기를 결정한다. 상기 임계 전류(I*)의 크기는, 충전 상태 별로 미리 정의되어 저장부(140)에 저장된 데이터를 참조하여 결정할 수 있다. 대안적으로, 상기 임계 전류(I*)의 크기는, 수학식 1에 의해 실시간으로 결정될 수 있다.
단계 S60에서, 제어부(120)는 상기 추정된 충전 상태에 대응되는 제1저항(R1)과 제2저항(R2)을 결정한다. 상기 제1저항(R1)과 제2저항(R2)은, 충전 상태 별로 미리 정의되어 저장부(140)에 저장된 데이터를 참조하여 결정할 수 있다.
단계 S70에서, 제어부(120)는 측정된 방전 전류(Idis)의 크기와 임계 전류(I*)의 크기를 비교한다. 만약, 상기 측정된 방전 전류(Idis)의 크기가 상기 임계 전류(I*)의 크기보다 작으면, 제어부(120)는 제1조건이 성립된 것으로 보고 프로세스를 단계 S80으로 이행한다. 반면, 상기 측정된 방전 전류(Idis)의 크기가 상기 임계 전류(I*)의 크기보다 작지 않으면 제어부(120)는 제2조건이 성립된 것으로 보고 프로세스를 단계 S120으로 이행한다.
제1조건에서 진행되는 단계 S80에서, 제어부(120)는 제1저항(R1)을 이용하여 방전 전류(Idis)가 흐를 때의 제1전압 변화량(△Vdis1)을 구한다. 그리고, 단계 S90에서, 제어부(120)는 제1전압 변화량(△Vdis1)을 이용하여 방전 전압(Vdis1)을 결정한다. 바람직하게, 상기 방전 전압(Vdis1)은 상술한 수학식 2에 의해 결정될 수 있고, 수학식 2의 파라미터 V1은 충전 상태 별로 미리 정의되어 저장부(140)에 저장된 개방전압 데이터를 참조하여 결정할 수 있다. 또한, 단계 S100에서, 제어부(120)는 결정된 방전 전압(Vdis1)과 측정된 방전 전류(Idis)의 크기로부터 이차 전지(130)의 출력(Pdis1)을 결정한다. 또한, 단계 S110에서, 제어부(120)는 상기 결정된 출력(Pdis1)을 저장부(140)에 저장하거나, 및/또는, 표시부(160)를 통해 그래픽 인터페이스로 표시하거나, 및/또는, 통신 인터페이스(150)를 통해 외부의 디바이스로 전송할 수 있다.
제2조건이 성립될 때 진행되는 단계 S120에서, 제어부(120)는 제2저항(R2)을 이용하여 방전 전류(Idis)가 흐를 때의 제2전압 변화량(△Vdis2)을 구한다. 그리고, 단계 S130에서, 제어부(120)는 제2전압 변화량(△Vdis2)을 이용하여 방전 전압(Vdis2)을 결정한다. 바람직하게, 상기 방전 전압(Vdis2)은 상술한 수학식 2에 의해 결정될 수 있고, 수학식 2의 파라미터 V2는 충전 상태 별로 미리 정의되어 저장부(140)에 저장된 전압 데이터를 참조하여 결정할 수 있다. 또한, 단계 S140에서, 제어부(120)는 결정된 방전 전압(Vdis2)과 측정된 방전 전류(Idis)의 크기로부터 이차 전지(130)의 출력(Pdis2)을 결정한다. 또한, 단계 S150에서, 제어부(120)는 상기 결정된 출력(Pdis2)을 저장부(140)에 저장하거나, 및/또는, 표시부(160)를 통해 그래픽 인터페이스로 표시하거나, 및/또는, 통신 인터페이스(150)를 통해 외부의 디바이스로 전송할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부(120)의 다양한 제어 로직들 및/또는 계산 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 수록될 수 있다.
상기 기록매체는 컴퓨터에 포함된 프로세서에 의해 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 기록매체는 ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다.
또한, 상기 코드 체계는 캐리어 신호로 변조되어 특정한 시점에 통신 캐리어에 포함될 수 있고, 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 상기 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 및 제2양극재로서 사용될 수 있는 물질은 동작 전압 범위가 다른 물질이라면 특별한 제한이 없다.
일 측면에 따르면, 상기 제1양극재는, 일반 화학식 A[AxMy]O2+z(A는 Li, Na 및 K 중 적어도 하나를 포함; M은 Ni, Co, Mn, Ca, Mg, Al, Ti, Si, Fe, Mo, V, Zr, Zn, Cu, Al, Mo, Sc, Zr, Ru, 및 Cr에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함; x ≥ 0, 1 ≤ x+y ≤2, -0.1 ≤ z ≤ 2; x, y, z 및 M에 포함된 성분의 화학량론적 계수는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨)로 표시되는 알칼리 금속 화합물이거나,
US6,677,082, US6,680,143 등에 개시된 알칼리 금속 화합물 xLiM1O2-(1-x)Li2M2O3(M1은 평균 산화 상태 3을 갖는 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M2는 평균 산화 상태 4를 갖는 적어도 하나 이상의 원소를 포함; 0≤x≤1)일 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 제2양극재는, 일반 화학식 LiaM1 xFe1 - xM2 yP1 - yM3 zO4 -z(M1은 Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함; M2는 Ti, Mn, Co, Fe, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg, As, Sb, Si, Ge, V 및 S에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함; M3는 F를 포함하는 할로겐족 원소들로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함; 0 < a ≤2, 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1; a, x, y, z, M1, M2, 및 M3에 포함된 성분의 화학량론적 계수는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨) 또는 Li3M2(PO4)3[M은 Ti, Si, Mn, Fe, Co, V, Cr, Mo, Ni, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함]로 표시되는 리튬 금속 포스페이트일 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 제1양극재는 Li[LiaNibCocMndO2 +z[a≥0; a+b+c+d=1; b, c 및 d 중 적어도 하나 이상은 0이 아님; -0.1 ≤ z ≤ 2]이고, 상기 제2양극재는, LiFePO4, LiMnxFeyPO4(0 < x+y ≤ 1) 또는 Li3Fe2(PO4)3 일 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 제1양극재 및/또는 상기 제2양극재는, 코팅층을 포함할 수 있다. 상기 코팅층은 탄소층을 포함하거나, Ti, Mn, Co, Fe, Cr, Mo, Ni, Nd, Mg, Al, As, Sb, Si, Ge, V 및 S로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함하는 산화물층 또는 불화물층을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 및 제2양극재의 종류와 혼합 비율은, 제조하고자 하는 이차 전지의 용도와 성능을 고려하되, 방전 저항 프로파일에서 convex 패턴이 나타나거나 전압 프로파일에서 적어도 하나의 전압 평탄 영역이 나타나도록 선택한다.
일 실시예에서, 방전 출력이 좋은 이차 전지를 소망하는 경우, Li[Ni1 /3Mn1 /3Co1 /3]O2와 LiFePO4를 각각 제1양극재와 제2양극재로 선택하고, 제1양극재와 제2양극재의 혼합 비율을 5:5로 설정할 수 있다.
다른 실시예에서, 고온 안전성이 좋은 이차 전지를 소망하는 경우, Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2와 LiFePO4를 각각 제1양극재와 제2양극재로 선택하고, 제1양극재와 제2양극재의 혼합 비율을 2:8로 설정할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제조 비용이 저렴한 이차 전지를 소망하는 경우, Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2와 LiFePO4를 각각 제1양극재와 제2양극재로 선택하고, 제1양극재와 제2양극재의 혼합 비율을 1:9로 설정할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 방전 출력이 좋고 고온 안전성이 우수한 이차 전지를 소망하는 경우, [Ni1 /3Mn1 /3Co1 /3]O2와 LiFePO4를 각각 제1양극재와 제2양극재로 선택하고, 제1양극재와 제2양극재의 혼합 비율을 4:6으로 설정할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 무게당 용량이 큰 이차 전지를 소망하는 경우, Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2와 LiFePO4를 각각 제1양극재와 제2양극재로 선택하고, 제1양극재와 제2양극재의 혼합 비율을 9:1로 설정할 수 있다.
상술한 상기 제1 및 제2양극재의 선택과 혼합 비율의 조절 방식은 일 예시에 지나지 않는다. 따라서 혼합 양극재에 부여하고자 하는 전기화학적 물성들의 상대적 가중치와 밸런스를 고려하여 상기 제1 및 제2양극재를 적절하게 선택하고 각 양극재의 혼합 비율을 적절하게 설정할 수 있음은 당업자에게 자명하다.
본 발명에 있어서, 상기 혼합 양극재에 포함될 수 있는 양극재들의 수는 2 가지로 한정되지 않는다. 일 실시예로서, 상기 혼합 양극재는 3가지의 서로 다른 양극재들을 포함할 수 있으며, 그 예로는 LiMn2O4, Li[LiaNixCoyMnzO2[a≥0; x+y+z=1; x, y 및 z 중 적어도 하나 이상은 0이 아님] 및 LiFePO4가 포함된 혼합 양극재를 들 수 있다. 또 다른 실시예로서, 상기 혼합 양극재는 4가지의 서로 다른 양극재들을 포함할 수 있으며, 그 예로는 LiNiO2, LiMn2O4, Li[LiaNixCoyMnzO2[a≥0; x+y+z=1; x, y 및 z 중 적어도 하나 이상은 0이 아님] 및 LiFePO4포함된 혼합 양극재를 들 수 있다.
또한, 혼합 양극재의 물성 개선을 위해 다른 첨가물들, 예컨대 도전제, 바인더 등이 혼합 양극재에 첨가되는 것을 특별히 제한하지 않는다. 따라서 적어도 2개의 양극재들이 포함된 혼합 양극재라면, 양극재들의 수와 다른 첨가물의 존재 여부와 무관하게 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (25)

  1. 적어도 제1양극재 및 제2양극재- 여기서, 제1양극재의 동작 전압 범위가 제2양극재의 동작 전압 범위보다 높음 -가 브랜딩된 혼합 양극재를 포함하는 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 이차 전지의 방전 전류를 측정하는 센서; 및
    상기 이차 전지의 충전 상태를 추정하고, 상기 방전 전류의 크기가 임계 전류의 크기보다 작은 제1조건에서는 상기 충전 상태에 대응하는 '미리 정의된 값으로서의 제1저항'을, 상기 방전 전류의 크기가 임계 전류의 크기보다 큰 제2 조건에서는 상기 충전 상태에 대응하는 '미리 정의된 값으로서의 제2저항'을 이용하여 이차 전지의 방전 전압을 결정하고, 상기 결정된 방전 전압과 상기 측정된 방전 전류로부터 이차 전지의 출력을 결정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1조건에서, 상기 제1저항과 상기 방전 전류의 크기로부터 계산되는 제1전압 변화량을 이용하여 상기 이차 전지의 방전 전압을 결정하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 추정된 충전 상태에 대응되는 '미리 정의된 값으로서의 이차 전지의 제1전압'으로부터 상기 제1전압 변화량을 감산하여 상기 이차 전지의 방전 전압을 결정하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1전압은 이차 전지의 방전이 시작되기 전의 개방 전압임을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2조건에서, 상기 제2저항과 상기 방전 전류의 크기로부터 계산되는 제2전압 변화량을 이용하여 상기 이차 전지의 방전 전압을 결정하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 추정된 충전 상태에 대응되는 '미리 정의된 값으로서의 이차 전지의 제2전압'으로부터 상기 제2전압 변화량을 감산하여 상기 이차 전지의 방전 전압을 결정하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2전압은, 상기 이차 전지가 방전될 때 상기 제2양극재가 전기화학적 반응에 관여하기 시작하는 전압임을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 임계 전류의 크기는, 이차 전지의 충전 상태에 따라 미리 정의된 값임을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 임계 전류의 크기는, 이차 전지의 충전 상태에 대응하는 I-V 프로파일로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부와 결합된 저장부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 결정된 이차 전지의 출력을 상기 저장부에 저장하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부와 결합된 통신 인터페이스를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 결정된 이차 전지의 출력을 상기 통신 인터페이스를 통해 외부로 출력하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부와 결합된 표시부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 결정된 이차 전지의 출력을 상기 표시부를 통해 그래픽 인터페이스로 표시하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 장치.
  13. 제1항, 제3항, 제6항 또는 제8항에 있어서,
    상기 미리 정의된 값을 저장하고 있는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 장치.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 이차 전지의 출력 추정 장치를 포함하는 전기구동 장치.
  15. (a) 적어도 제1양극재 및 제2양극재- 여기서, 제1양극재의 동작 전압 범위가 제2양극재의 동작 전압 범위보다 높음 -가 브랜딩된 혼합 양극재를 포함하는 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 이차 전지의 방전 전류를 측정하는 단계;
    (b) 상기 이차 전지의 충전 상태를 추정하는 단계;
    (c) 상기 방전 전류의 크기가 임계 전류의 크기보다 작은 제1조건에서는 상기 충전 상태에 대응하는 '미리 정의된 값으로서의 제1저항'을, 상기 방전 전류의 크기가 상기 임계 전류의 크기보다 큰 제2 조건에서는 상기 충전 상태에 대응하는 '미리 정의된 값으로서의 제2저항'을 이용하여 이차 전지의 방전 전압을 결정하는 단계; 및
    (d) 상기 결정된 방전 전압과 상기 측정된 방전 전류로부터 이차 전지의 출력을 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 (c) 단계에서,
    상기 제1조건에서, 상기 제1저항과 상기 방전 전류의 크기로부터 계산되는 제1전압 변화량을 이용하여 상기 이차 전지의 방전 전압을 결정하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 추정된 충전 상태에 대응되는 '미리 정의된 값으로서의 이차 전지의 제1전압'으로부터 상기 제1전압 변화량을 감산하여 상기 이차 전지의 방전 전압을 결정하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1전압은, 이차 전지의 방전이 시작되기 전의 개방전압임을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 (c) 단계에서,
    상기 제2조건에서, 상기 제2저항과 상기 방전 전류의 크기로부터 계산되는 제2전압 변화량을 이용하여 상기 이차 전지의 방전 전압을 결정하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 추정된 충전 상태에 대응되는 '미리 정의된 값으로서의 이차 전지의 제2전압'으로부터 상기 제2전압 변화량을 감산하여 상기 이차 전지의 방전 전압을 결정하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제2전압은, 이차 전지가 방전될 때 상기 제2양극재가 전기화학적 반응에 관여하기 시작하는 전압임을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 방법.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 임계 전류의 크기는, 이차 전지의 충전 상태에 따라 미리 정의된 값임을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 방법.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 임계 전류의 크기는, 이차 전지의 충전 상태에 따라 미리 정의된 I-V 프로파일로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 방법.
  24. 제15항에 있어서,
    상기 결정된 이차 전지의 출력을 저장하는 단계;
    상기 결정된 이차 전지의 출력을 외부로 출력하는 단계; 또는
    상기 결정된 이차 전지의 출력을 그래픽 인터페이스로 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 추정 방법.
  25. 제15항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 이차 전지의 출력 추정 방법을 프로그램화하여 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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