KR102333330B1 - 에너지 축적기 에뮬레이터 및 에너지 축적기 에뮬레이터의 에뮬레이션을 위한 방법 - Google Patents

에너지 축적기 에뮬레이터 및 에너지 축적기 에뮬레이터의 에뮬레이션을 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 에너지 축적기 에뮬레이션에서, 에너지 축적기 에뮬레이션의 정확도는 증가되고, 에너지 축적기(20)에 대한 부하 전류 수요는 에너지 축적기(20)의 컨피규레이션에 기초하여 실제 기준 셀(6)의 셀 테스터 부하 전류(IZ)로 전환되고, 셀 테스터 부하 전류(IZ)는 기준 셀(6)에 적용되어서, 기준 셀(6)의 셀 전압(UZ)이 측정되고, 기준 셀(6)의 셀 전압(UZ)은 에너지 축적기(20)의 컨피규레이션에 기초하여 제1 에너지 축적기 전압(UB)으로 전환되고, 제2 에너지 축적기 전압(UB_Mod)은 에너지 축적기 모델(10) 및 부하 전류 수요로부터 계산되며, 제1 에너지 축적기 전압(UB)은 제2 에너지 축적기 전압(UB_Mod)과 비교되고, 제1 에너지 축적기 전압(UB)이 제2 에너지 축적기 전압(UB_Mod)으로부터 사전결정된 허용 오차(TB) 만큼 벗어나면, 에너지 축적기 모델(10)이 조절된다.

Description

에너지 축적기 에뮬레이터 및 에너지 축적기 에뮬레이터의 에뮬레이션을 위한 방법{ENERGY ACCUMULATOR EMULATOR AND METHOD FOR EMULATION OF AN ENERGY ACCUMULATOR EMULATOR}
본 발명은, 셀 테스터에 의해 에너지 축적기 에뮬레이터에 연결되는 적어도 하나의 실제 기준 셀 및 복수의 셀로 구성된 전기적 에너지 축적기의 에뮬레이션을 위한 방법에 관한 것이고, 본 발명은 또한 에너지 축적기의 에뮬레이션을 위한 방법에 관한 것이다.
전기적 에너지 축적기의 개발에서, 특히 하이브리드나 전기 자동차를 위한 구동 배터리들이나 배터리 팩에서, 에너지 축적기의 실제 행동을 모방하는 에너지 축적기 에뮬레이터는 중요한 역할을 한다. 이러한 에너지 축적기는 매우 비싸므로, 에너지 축적기를 에뮬레이트하고, 개발 작업을 수행하거나 에뮬레이션을 테스트하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 에너지 축적기 에뮬레이터는 에너지 축적기 모델을 포함하는데, 이는 가령, 요구되는 전류와 같은 성능 요구사항에 기초하며, 실제 배터리에서 설정될 출력 전압을 설정한다. 에너지 축적기 모델의 복잡성에 의존하여, 가령, 부하, 온도, 충전 상태(SoC), 배터리 화학 등과 같은 다양한 영향 요소가 고려될 수 있다. 이러한 에너지 축적기 에뮬레이터는 가령, AT 510 998 A2에 의해 개시된다.
다양한 에너지 축적기 모델은 요구되는 정확도에 의존하여, 각각의 에너지 축적기가 구비될 수 있다. 또한, 가령, Li-이온이나 LiFePO4 배터리와 같이 서로 다른 에너지 축적기 모델을 요구하는 다양한 배터리 타입이 있을 수 있다. 더구나, 에너지 축적기는 셀, 모듈(복수의 셀로 구성되는 유닛) 또는 팩(복수의 모듈로 구성되는 유닛) 레벨에서 모델링될 수 있다. 마지막이지만 중요한 것은, 각각의 에너지 축적기 모델은 다양하게 파라미터화될 수 있다는 것이다. 그러므로, 실제로, 에너지 축적기 모델링 및 에너지 축적기 모델의 파라미터화의 비용은 매우 높다. 그것은 별론으로 하고, 보통 에너지 축적기 모델은 배터리의 전체 작동 범위에 걸쳐 동일하고 우수한 품질의 출력 변수를 제공하지 않는다. 그러므로, 어떤 상황에서는, 특정 작동 범위에 에너지 축적기 모델을 적용하기 위하여, 에뮬레이션 이전이나 심지어 에뮬레이션 구간에서 재교정 또는 변경될 에너지 축적기 모델이 필요하다. 교정 동안에, 에너지 축적기 모델의 모델 파라미터는 대개 조절된다. 그러나, 에너지 축적기 모델이 재교정되거나 변경되어야 하는 시기는 미리 결정하기 어려운데, 왜냐하면, 에너지 축적기 모델의 품질은 가령, SoC, 온도와 같은 다른 영향 요소에 의해 영향을 받기 때문이다.
JP 2012-047715A에서, 에너지 축적기 에뮬레이터가 기술되는데, 여기서, 실제 기준 셀 또는 실제 기준 셀 그룹이 실제 셀의 전압 행동을 검출하기 위해 사용된다. 그리고 나서, 개별적인 셀의 전압 행동은, 완전한 배터리의 전압 행동을 결정하기 위해, 실제 배터리의 복수의 셀에 대해 외삽된다. 이러한 배터리 전압은 전압 소스에 의해 생성되고 전기 부하에 연결된다. 따라서, 완전한 배터리는 개별적인 실제 기준 셀의 도움으로 에뮬레이트될 수 있다. 그러나, 에뮬레이트된 배터리(emulated battery)는 항상 동일한 셀로 구성되는데, 실제로는 일반적인 경우가 아니다. 다양한 셀 상태는, 에뮬레이션을 위한 가능성을 제한하는, 이러한 방식으로 에뮬레이트될 수 없다.
그러므로, 에너지 축적기 에뮬레이션에서 본 발명의 목적은, 에너지 축적기의 에뮬레이션을 위한 가능성에서의 유연성을 유지함에도 불구하고, 한 편으로, 에너지 축적기 에뮬레이션의 정확도를 높이면서, 다른 한 편으로, 상기 기술된 에너지 축적기 모델이 가진 문제점을 제거하는 것이다.
본 목적은 본 발명에 의해 달성되는데, 에너지 축적기 에뮬레이션에서, 에너지 축적기 에뮬레이션의 정확도는 증가되고, 에너지 에뮬레이터에 대한 부하 전류 수요는 에너지 축적기의 컨피규레이션에 기초하여 실제 기준 셀의 셀 테스터 부하 전류로 전환되며, 셀 테스터 부하 전류는 실제 기준 셀에 인가되어서, 기준 셀의 셀 전압이 측정되고, 기준 셀의 셀 전압은 에너지 축적기의 컨피규레이션에 기초하여 제1 에너지 축적기 전압으로 전환되고, 제2 에너지 축적기 전압은 에너지 축적기 모델 및 부하 전류 수요로부터 계산되며, 제1 에너지 축적기 전압은 제2 축적 전압과 비교되고, 에너지 축적기 모델은 제1 에너지 축적기 전압이 제2 에너지 축적기 전압으로부터 명시된 허용 범위만큼 벗어난다면 조절된다. 이는 요구되는 바돠 같이, 에너지 축적기 모델을 적용시킬 수 있도록 하여서, 에너지 축적기의 전체 작동 범위에 걸쳐 충분한 정확도를 보장한다. 이러한 경우에, 가장 가변되는 축적 모델이 사용될 수 있고, 본 방법은 가장 가변되는 에너지 축적기 에뮬레이션을 수행할 수 있기 위하여 충분히 유연성이 있다. 게다가, 이러한 방식으로, 즉, 모델과 실제 사이의 오차가 너무 클 때마다 에너지 축적기 모델이 조절되는 시기가 정확하도록 보장한다. 따라서, 에너지 축적기 에뮬레이션의 정확도는 직접적으로 영향받을 수 있다. 가령, 서로 다른 SoC 및/또는 온도 상태를 가진 특히, 복수의 기준 셀에 의하여, 에너지 축적기 모델은 교정되거나 재조절될 수 있고, 테스트 런 이전 및 심지어 테스트 런 동안에 실제로 결정될 수 있다.
에너지 축적기의 모델 파라미터가 기준 셀의 측정된 값으로부터 새로이 계산된다면, 에너지 축적기 모델은 매우 간단히 적용될 수 있다. 임의의 경우에서, 에너지 축적기 에뮬레이션 동안에 측정된 값이 기준 셀 상에서 캡쳐되기 때문에, 이들은 적용에 사용되는 것이 바람직할 수 있다.
에너지 축적기 모델은 전기적 모델로서 존재한다면, 기준 셀의 측정된 값은 가령, 개방 회로 전압에 대해, 에너지 축적기의 컨피규레이션에 기초하여 에너지 축적기 모델의 모델 파라미터로 외삽된다는 점에서, 적용은 매우 간단히 발생할 수 있다. 이러한 경우에, 바람직한 절차로서, 기준 셀의 개방 회로 전압이 측정되고, 에너지 축적기의 컨피규레이션에 기초하여 모델 파라미터로서 에너지 축적기의 개방 회로 전압으로 외삽되며, 셀 테스터 부하 전류는 에너지 축적기의 컨피규레이션에 기초하여 에너지 축적기로 외삽되고, 에너지 축적기의 내부 레지스턴스는 관계식
Figure 112021058242457-pct00001
을 사용함에 의해 에너지 축적기 전압에 의하여 모델 파라미터로서 계산된다.
에너지 축적기 모델이 수학적 모델로서 제시된다면, 이는 수학적 최적화를 사용함에 의해 에너지 축적기 모델의 새로운 모델 파라미터의 계산에 의해 간단하게 적용될 수 있다. 이러한 수학적 모델 및 최적화 방법은 충분히 알려져 있고, 간단히 실행될 수 있다.
다른 추가적인 타입의 적용은 다양한 에너지 축적기 모델을 로딩(loading)함에 의해 제공된다. 따라서, 에너지 축적기의 서로 다른 동작 범위에 대해, 특정 범위를 가장 잘 반영하는 서로 다른 에너지 축적기 모델을 사용할 수 있다. 또한, 범위는 미리 명시되고, 서로 다른 에너지 축적기 모델은 적용을 간단히 하는 범위에 미리 할당되도록 제공될 수 있다.
마찬가지로, 제1 에너지 축적기 전압과 제2 에너지 축적기 전압의 비교가 제공되는 것이 바람직하고, 에너지 축적기 모델의 함수로서 에너지 축적기 모델의 적용은 에너지 축적기의 사전결정된 작동점이 도달되면 수행된다. 따라서, 추가로, 에너지 축적기 모델의 정확도의 확인이 강제될 수 있고, 에너지 축적기 모델은 모델과 실제 사이의 편차가 너무 커지기 이전에 적용될 수 있어서, 이는 에너지 축적기 에뮬레이션의 정확도를 증가시킬 수 있다.
본 발명은, 본 발명의 바람직한 실시예를 개략적이고 제한 없이, 도 1 내지 4를 참조하여 아래에 더욱 자세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 축적기 에뮬레이션을 가진 테스트 벤치 어레인지먼트의 개략도를 나타낸다.
도 2는 에너지 축적기의 전형적인 컨피규레이션의 개략도를 나타낸다.
도 3은 에너지 축적기 에뮬레이터에 의해 전기적 전력으로 공급되는 테스트피스의 예시를 나타낸다.
도 4는 간단한 전기적 에너지 축적기 모델을 나타낸다.
도 1은 테스트피스(2)로서 가령 전기 또는 하이브리드 차량인 전기적 구동 트레인을 위한 테스트 벤치 어레인지먼트(11)를 나타내는데, 테스트피스(2)로 전기적 공급을 위한 실제의 전기적 에너지 축적기(20)는 에너지 축적기 에뮬레이터(1)에 의해 에뮬레이트된다. 이러한 테스트 벤치 어레인지먼트(11)는 가령, 전기적 에너지 축적기나 전기적 구동 트레인의 개발에 사용된다.
도 2에 개략적으로 도시된 바와 같은 전기적 에너지 축적기(20)는 가령, 배터리, 연료셀, 수퍼캡(SuperCap) 등일 수 있다. 셀(22)은 전기적 에너지 축적기(20)의 가장 작은 전기적 유닛이다. 모듈(21)은 복수의 셀(22)로 구성되고, 에너지 축적기(20)는 복수의 모듈(21) 및/또는 셀(22)을 가질 수 있다. 이러한 경우에, 셀(22) 및 모듈(21)은 요구에 따라 직렬이나 병렬로 서로 연결될 수 있다. 이러한 경우에, 전기적 에너지 축적기(20)의 컨피규레이션은 xSyP 타입으로 자주 명시된는데, x는 직렬 셀(210)의 수를 나타내고, y는 병렬 모듈(21)의 수를 나타낸다. 따라서, 지정(designation)(100S2P)은 두 개의 병렬 모듈(210)로 구성된 에너지 축적기를 지정하고, 이는 결국 직렬로 연결된 백 개의 셀(22)로 각각 구성된다.
도 3에서, 전기적 모터(M)을 가지고, 전류 컨버터(3)에 의해 공급되어 부하(4)를 구동하는 전기적 구동 트레인은 테스트피스(2)로서 예시에 의해 나타난다. 조정된 부하 머신(가령, 전기적 모터의 형태, 소위 다이노미터)은 서로 다른 부하 상태를 사전결정할 수 있기 위하여, 부하(4)로 간주될 수 있다. 물론, 다른 임의의 컨피규레이션이 테스트피스(2)로 생각할 수 있다. 실제 작동에서, 테스트피스(2)는 부하 전류 수요를 명시하거나, 에너지 축적기(20)상의 동일한 성능 요구사항(이 경우, 가령 배터리)을 명시하며, 구동 트레인에 뒤이어 사전결정된 구동 프로필에 의해, 상기 수요는 에너지 축적기 전압(UB)으로 이어지는 부하 전류(IB)를 야기한다. 실제 에너지 축적기(20)의 이러한 행동은 에너지 축적기 모델(10)의 도움으로 에너지 축적기 에뮬레이터(1)에 의해 가능한 정확하게 시뮬레이트되어야 한다.
도 1에 따른 예시적 실시예에서, 에너지 축적기 모델(10)은 알려진 방식으로 실행되어서, 전기적 에너지 저장 장치(20)의 에뮬레이션에 대해, 에너지 축적기 에뮬레이터(1)에서, 에너지 축적기 에뮬레이터(1)의 출력에 적용되는 에너지 축적기의 전압(UB_Mod)을 부하 전류(IB)로부터 결정한다. 이러한 에너지 축적기 모델(10)은 잘 알려져 있고, 에너지 축적기의 행동을 기술하는 복수의 파라미터를 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리에 대한 간단한 전기적 에너지 축적기 모델(10)은 개방 회로 전압을 위한 전압 소스(UOCB), 병렬의 레지스터(R1B)와 커패시터(C1B)로 구성된 RC 회로, 추가의 레지스터(R0B)로 구성된다. 가장 간단한 경우에서, 에너지 축적기 모델(10)은 전압 소스(UOCB)와 레지스터(R0B)의 직렬 연결로만 구성될 수 있다. 마찬가지로, 에너지 축적기 모델(10)은, 병렬-연결된 레지스터(R2B) 및 커패시터(C2B)로 구성된 추가의 RC 회로를 포함할 수 있다는 것을 생각할 수 있다. 이러한 전기적 에너지 축적기 모델(10)은 충분히 알려져 있어서, 본 명세서에서 추가로 논의되지 않는다. 물론, 좀 더 복잡한 에너지 축적기 모델(10)도 생각할 수 있다. 에너지 축적기 모델(10)의 교정에서, 모델 파라미터(이 경우에 가령, 전압(UOCB), 레지스터(R0B, R1B) 및 커패시터(C1B))는 특정값으로 제공된다. 대개, 특징 분야의 형태에서, 모델 파라미터는 에너지 축적기의 상태 변수의 함수로서, 가령, 온도(T)와 SoC(충전 상태), 가령, UOC=f(T, SoC), R0=f(T, SoC)로 명시된다. 마찬가지로, 서로 다른 값으로 충전 및 방전을 위한 모델 파라미터가 저장되어서, 에너지 축적기의 충전 및 방전 행동을 나타낸다. 이러한 경우에, 교정은 에너지 축적기(20)의 셀(22) 또는 에너지 축적기(20)의 모듈(21)에 대한 해당 측정치에 의해 발생할 수 있다. 에너지 축적기 모델(10)은 또한, 에너지 축적기(20) 내의 서로 다른 셀 상태를 나타낼 수 있기 위하여, 개별 셀(22)이나 모듈(21)에 대한 서브-모델을 가질 수 있다.
더구나, 테스트 벤치 어레인지먼트(11)에서, 적어도 하나의 기준 셀(6)이 셀 테스터(5)에 연결되도록 제공된다. 직렬 및/또는 병렬로 연결된 개별 셀 또는 모듈의 그룹은 기준 셀(6)로서 이해된다. 셀 테스터(5)는 그 자체로 잘 알려진 전기 회로이고, 셀, 모듈 또는 에너지 축적기에 연결되며, 연결된 구성은, 부하 전류(충전, 방전) 또는 성능 요구사항(충전, 방전)에 적용되며, 이러한 경우에 인가된 부하 전류에 응답하여 셀 전압(UZ)을 검출한다. 이러한 셀 테스터(5)는 가령, AT 511 890 A1에 의해 개시된다. 셀 테스터(5)는 가령, 온도, SoC 또는 SoH(건강 상태)와 같은 기준 셀(6)의 다른 파라미터를 검출할 수 있고, 다른 측정 변수로부터 알려진 방식으로 이들을 계산할 수 있다.
셀 테스터(5) 및 기준 셀(6)이 있는 도시된 구조물은 에너지 축적기 에뮬레이터(1)에 고정적으로 연결되는 것이 아니라, 필요에 따라 이동 가능하게 사용될 수 있다.
기준 셀(6)은 실제 기준 셀(6)로부터 에너지 축적기 모델(10)의 편차를 결정하기 위하여, 여기서 사용된다. 이를 위해, 검출된 모든 셀 전압(UZ)이 우선 아래에 기술된 바와 같이, 에너지 축적기 전압(UB)로 전환된다. 에너지 축적기 모델(10)은 가령, 20 Ah 및 3.3 VDC로 평가된 전류 및 평가된 전압, 다시 말해, 에너지 축적에 대한 40 Ah 및 330VDC를 가진 LiFePO4(리튱 철 포스페이트) 셀로 구성된 100S2P 타입의 전기적 에너지 축적기(2)를 에뮬레이트한다. 테스트 런에서, 가령, 테스트 벤치 자동화 시스템(9)를 통해, 80A의 부하 전류(IB)는, 가령, 전기적 모터(M)을 가속화하기 위해 사전결정된다면, 에너지 축적기 에뮬레이터(1)에서, 에너지 축적 컨피규레이션, 가령, 100S2P로부터의 이러한 요구사항은 가령 셀(21) 또는 모듈(22) 또는 이들의 조합인 에너지 축적기(2)의 개별 전기적 유닛의 셀 테스터 부하 전류(IZ)를 스케일 다운되고, 셀 테스터(5)에 연결된 기준 셀(6)은 이러한 셀 테스터 부하 전류(IZ)로 로딩된다. 그러므로, 에너지 축적기(20)의 진술된 컨피규레이션에서, 80A의 부하 전류는 에너지 축적기(20)의 셀(22) 또는 모듈(21)에 대한 셀 테스터 부하 전류 IZ = 40A로 스케일 다운될 것이다. 이러한 경우에, 기준 셀(6)의 컨피규레이션(셀 및 모듈로 구성된)은 스케일 다운이 수행되는 전기적 유닛의 컨피규레이션에 해당한다. 가장 간단한 경우에, 에너지 축적기(20)의 개별 셀(22)에 대한 스케일 다운이 수행되고, 기준 셀(6)은 에너지 축적기(20)의 개별 실제 셀(22)이다. 부하 전류(IB) 대신에, 전력(P)은 마찬가지로 사전결정될 수 있다. 가령 3.15VDC인 셀 전압(UZ)의 형태인 기준 셀(6)의 반응은 셀 테스터(5)에 의해 검출되고, 에너지 축적기 에뮬레이터(1)로 공급된다. 에너지 축적기 에뮬레이터(1)는, 가령 100S2P인 에너지 축적 컨피규레이션을 참조하여 획득된 셀 전압(UZ)을 에너지 축적기 전압(UB)으로 전환하고, 이러한 경우 가령 315VDC이다. 이러한 맥락에서, 에너지 축적기(20)의 다른 파라미터, 가령 SoC 또는 SoH는 그 자체로 알려진 방식으로 결정될 수 있는데, 가령, 셀 테스터(5) 또는 에너지 축적기 에뮬레이터(1)에 의한다. 물론, 가령 회복에 의해 전기적 에너지 축적기(20)의 충전의 경우에 대해 기능한다. 이러한 경우에, 부하 전류(IB)의 함수로서, 기준 셀(6)은 셀 테스터 부하 전류(IZ)를 가진 셀 테스터(5)에 의해 충전된다. 따라서, 실제 기준 셀(6)은 실제 에너지 축적기(20)의 상태 및 반응의 거울상이다.
물론, 결함적이거나 불균형인 셀로 에너지 축적기(20)를 에뮬레이트하기 위하여, 도 1에 표시된 바와 같이, 다양한 기준 셀(6) 또는 셀 테스터(5)로부터 에너지 축적기 모델(10)을 공급하는 것을 생각할 수 있다. 이러한 경우에, 에너지 축적기 모델(10)은 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 (서브)모델로 구성될 수도 있다.
이러한 방식으로 결정된 에너지 축적기 전압(UB)은 동일한 성능 요구사항으로부터 에너지 축적기 모델(10)에 의해 계산된 에너지 축적기 전압(UB_Mod)과 이제 비교된다. 계산된 에너지 축적기 전압(UB_Mod)은 결정된 에너지 축적기 전압(UB) 주의이 사전결정된 허용오차(TB) 이내에 있어서, |UB_Mod-UB|<TB 이 적용되고, 계산된 에너지 축적기 전압(UB_Mod)은 에너지 축적기 에뮬레이터(1)에 의해 생성되고 테스트피스(2)에 연결된다.
계산된 에너지 축적기 전압(UB_Mod)이 허용 오차 밖에 있다면, 에너지 축적기 에뮬레이터(1) 내의 에너지 축적기 모델(10)이 적용되어서, 에뮬레이션의 품질을 유지할 수 있다. 가령, 적용이 발생하여서, 기준 셀(6)의 현재 측정된 값, 가령 셀 전압(UZ), 온도 등, 가령 개방 회로 전압(UOCB), 레지스터(R0B, R1B) 및 커패시터(C1B)와 같은 적어도 하나의 요구되는 모델 파라미터가 계산되거나, 모델 파라미터는 기준 셀(6)에 대해 측정되고, 허용 범위 이내에 계산된 에너지 축적기 전압(UB_Mod)을 가져오기 위해 에너지 축적기로 외삽된다. 에너지 축적기 모델(10)의 타입에 의존하여, 절차는 여기서 상이할 수 있다.
개방 회로 전압의 전압 소스(UOCB)와 레지스터(R0B)(에너지 축적기의 내부 레지스터)의 직렬 연결을 가진 매우 간단한 전기적 에너지 축적기 모델(10)의 경우에, 절차는 가령 다음과 같을 수 있다. 우선, 에너지 축적기의 적합한 기준 셀(6)이 선택되고, 이는 전류 작동점에 가장 잘 대응된다. 에너지 축적기의 전류 작동점이 가령, 25℃에서 온도(T)에서, 20% SoC 라면, 이러한 작동점을 가진 기준 셀(6)은 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 기준 셀이 사용가능하지 않다면, 이러한 작동점에 가장 가까운 기준 셀(6)이 취해진다. 그리고 나서, 이러한 기준 셀(6) 상에서, 셀 테스터(5)는 기준 셀(6)의 개방 회로 전압(UOC), 즉, 언로딩된 기준 셀(6)의 출력 전압이, 에너지 축적기의 개방 회로 전압(UOCB)으로 상기 기술된 바와 같이 외삽된다. 그리고 나서, 셀 테스터(5)는 현재의 셀 테스터 로드 전류(IZ)를 기준 셀(6)에 인가하고, 기준 셀(6)의 출력 전압(UZ)의 형태인 반응을 측정하는데, 이는 다시 에너지 축적기의 에너지 축적기 전압(UB)으로 외삽된다. 셀 테스터 로드 전류(IZ)는 에너지 축적기로 외삽된다(IZB). 그리고 나서, 에너지 축적기의 이러한 내부 레지스턴스(R0)는 관계식
Figure 112021058242457-pct00002
으로부터 계산될 수 있다. 이러한 방식으로 결정된 에너지 축적기의 에너지 축적기 모델의 모델 파라미터는, 이러한 경우에, 개방 회로 전압(UOCB) 및 내부 레지스턴스(R0B)는 전류 작동점의 위치에서의 기초 특징 분야에서 업데이트되는데, 이러한 지지점에서의 값(작동점에 의해 주어짐)은 새로이 결정된 값에 의해 대체된다. 전류 작동점에 대한 특징 분야에서의 해당 지지점이 없다면, 이러한 전류 작동점에 대한 새로운 지지점이 적용되거나, 사용가능한 가장 가까운 지지점으로 내삽된다.
에너지 축적기 모델(10)이, 가령, 로컬 모델 네트워크(LMN) 또는 멀티층 퍼셉트론(MLP)의 중립 네트워크의 함수 UB=f(IB, T, SoC, …)의 형태로 수학적 모델의 형태로 제시된다면, 수학적 모델의 새로운 모델 파라미터(가령, 모델의 계수의 형태)는 수학적 최적화에 기인할 수 있고, 두 개의 결정된 에너지 축적기 전압 사이의 오차는 최소로된다.
대안적으로, 또는 추가적으로, 또 다른 에너지 축적기 모델(10)은 가령, SoC, SoH(건강 상태) 또는 온도가 제공되는, 전류 작동점의 함수로 충전될 수 있다. 이를 위해, 다양한 에너지 축적기 모델(10)은 에너지 축적기 에뮬레이터(1) 또는 테스트 벤치 자동화 시스템(9) 내에 저장될 수 있고, 이들 중 가장 적합한 하나, 즉, 기준 셀(6)에 대해 측정된 출력 전압(UZ)과 관련된 최소 오차가 선택된다. 새로이 선택된 에너지 축적기 모델(10)은 옵션으로 이에 따라 교정될 수 있다. 이와 같이, 다양한 작동점 범위에 대해 미리 다양한 에너지 축적기 모델(10)을 명시하는 것을 생각할 수 있다.
이러한 경우에, 적용이 바람직하게 항상 발생하여서, 에너지 축적기 모델로부터 계산된 에너지 축적기 전압(UB_Mod)과 기준 셀(6)에 대한 측정치의 도움으로 결정된 에너지 축적기 전압(UB) 사이의 오차는 사전결정된 허용 오차(TB) 이내에 적어도 있으나, 바람직하게는 최소로된다.
그러나, 에너지 축적기 모델(10)의 정확도의 확인은, SoC가 0, 10, 20, 30, 40, …, 80, 90, 100와 동일한 것과 같이, 가령, SoC가 특정점을 통과할 때마다, 사전결정된 동작점에서 발생할 수 있다. 이를 위해, 대응되는 SoC 값을 가진 많은 기준 셀(6)은 정확하게 비축되고, 이는 에뮬레이트된 에너지 축적기에 따라 조절된다. 테스트 런 동안에, 사전결정된 작동점들 중 하나(SoC 값의 형태인 이러한 경우에서)가 통과되면, 에너지 축적기 모델(10)의 정확도는 상기와 같이 확인된다. 이러한 경우에, 또 다른 허용 오차(TB)가 사전결정될 수 있다. 정확도가 허용 오차(TB) 밖에 있다면, 에너지 축적기 모델(10)의 적용은 상기 기술된 바와 같이 다시 발생한다.
에너지 축적기 모델(10)의 적용은 수동으로 발생할 수 있고, 또는 바람직하게, 에너지 축적기 에뮬레이터(10) 내의 해당 알고리즘에 의해 자동으로 프로세싱됨에 의해 발생할 수 도 있다. 가령, 전기화학적, 전기적 또는 수학적 모델과 같은 에너지 축적기 모델(10)의 타입에 의존하여, 다양한 모델 파라미터가 이를 위해 적용될 수 있다. 이러한 방식으로, 기존 에너지 축적기 모델(10)은 간단히 파라미터화되거나 교정될 수 있고, 또는 모델 파라미터는 간단한 방식, 가령, 에너지 축적기 모델(10)의 구조물 내에 직접 모델 파라미터를 표현하지 않으면서, 기준 셀(6)의 노화의 경우와 같은 간단한 방식으로 조절된다. 결과적으로, 더 간단한 에너지 축적기 모델(10)이 에너지 축적기 에뮬레이터(1)에서 사용될 수 있다.
기준 셀(6)의 풀(pool, 7)은 바람직하게, 가장 가변된 타입이나 가장 가변된 상태(SoC, SoH, 온도)의 기준 세로 비축된다. 당연히, 기준 셀(6)은 셀 테스터(5) 또는 외부 충전 장치(8)에 의해 준비 또는 사전조건화될 수 있어서, 기준 셀(6)은 다양한 충전 사이클에 의해 워밍(warmed)된다. 워밍으로, 가령, 기후 챔버(12) 내의 기준 셀(6)의 외부 조절이 가능한 것 보다 좀더 실제적으로 온도 분포를 에뮬레이트할 수 있다. 각각의 경우(타입, 작동점)에서 정확하게 기준 셀(들)(6)의 선택에 의해, 요구되는 에너지 축적기는 가장 간단한 방식으로 에뮬레이트될 수 있다.
이러한 경우에, 셀 테스터(5)에 연결된 에너지 축적기의 셀(6)은 잘 알려진 기후 챔버(12)로 배열될 수 있어서, 추가적으로, 가령 주변 온도, 기후 등과 같은 외부 환경 조건을 시뮬레이트할 수 있다.

Claims (8)

  1. 셀 테스터(5)에 의해 에너지 축적 에뮬에이터(1)에 연결된, 적어도 하나의 실제 기준 셀(6)을 가진, 복수의 셀(22)로 구성된 전기적 에너지 축적기(20)의 에뮬레이션을 위한 에너지 축적기 모델(10)을 가진 에너지 축적기 에뮬레이터에 있어서,
    에너지 축적기 에뮬레이터(1)는 전기적 에너지 축적기(2)에 대한 전기적 부하 전류 수요를, 에너지 축적기(20)의 컨피규레이션에 기초하여 기준 셀(6)에 대한 부하 전류 수요로 전환하며, 상기 부하 전류 수요를 셀 테스터 로드 전류(IZ)의 형태로 셀 테스터(5)에 의해 기준 셀(6)에 적용하도록 구성되고, 셀 테스터(5)는 셀 테스터 로드 전류(IZ)에 응답하여 기준 셀(6)의 셀 전압(UZ)을 검출하고 상기 셀 전압(UZ)을 에너지 축적기 에뮬레이터(1)로 공급하며, 에너지 축적기 에뮬레이터(1)는 기준 셀(6)의 셀 전압(UZ)을 에너지 축적기(20)의 컨피규레이션에 기초하여 제1 에너지 축적기 전압(UB)으로 전환하고, 에너지 축적기 에뮬레이터(1)는 에너지 축적기 모델(10)에 기초하여, 전기적 부하 전류 수요로부터 제2 에너지 축적기 전압(UB_Mod)을 계산하며, 에너지 축적기 에뮬레이터(1)는 제1 에너지 축적기 전압(UB)과 제2 에너지 축적기 전압(UB_Mod)을 비교하고, 제1 에너지 축적기 전압(UB)과 제2 에너지 축적기 전압(UB_Mod)의 차이가 사전결정된 허용 오차(TB)를 벗어나면, 에너지 축적기 모델(10)을 적응시키는 것을 특징으로 하는 에너지 축적기 에뮬레이터.
  2. 에너지 축적기 에뮬레이션을 위한 방법에 있어서, 전기적 에너지 축적기(20)는 에너지 축적기 에뮬레이터(1) 및 상기 에너지 축적기 에뮬레이터 내에서 실행되는 에너지 축적기 모델(10)에 의해 에뮬레이트되며, 에너지 축적기(20)에 대한 부하 전류 수요는 에너지 축적기(20)의 컨피규레이션에 기초하여, 상기 에너지 축적기 에뮬레이터(1)에 셀 테스터(5)에 의해 연결된 실제 기준 셀(6)의 셀 테스터 부하 전류(IZ)로 전환되고, 셀 테스터 부하 전류는 셀 테스터(5)에 의해 실제 기준 셀(6)에 인가되어서, 기준 셀(6)의 셀 전압(UZ)이 측정되고, 기준 셀(6)의 셀 전압(UZ)은 에너지 축적기(20)의 컨피규레이션에 기초하여 제1 에너지 축적기 전압(UB)으로 전환되며, 제2 에너지 축적기 전압(UB_Mod)이 에너지 축적기 모델(10) 및 부하 전류 수요로부터 계산되고, 제1 에너지 축적기 전압(UB)은 제2 에너지 축적기 전압(UB_Mod)과 비교되고, 제1 에너지 축적기 전압(UB)과 제2 에너지 축적기 전압(UB_Mod)의 차이가 사전결정된 허용 오차(TB)를 벗어나면, 에너지 축적기 모델(10)이 조절되는 것을 특징으로 하는 에너지 축적기 에뮬레이션을 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 에너지 축적기 모델(10)이 적응되어서, 에너지 축적기 모델(10)의 모델 파라미터는 기준 셀(6)의 측정된 값으로부터 새로이 계산되는 에너지 축적기 에뮬레이션을 위한 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 에너지 축적기 모델(10)은 전기적 모델로 제시되고, 기준 셀(6)의 측정된 값은 에너지 축적기(20)의 컨피규레이션에 기초하여 에너지 축적기 모델(10)의 모델 파라미터(UOCB, R0B, R1B, C1B)로 외삽되는 에너지 축적기 에뮬레이션을 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 기준 셀(6)의 개방 회로 전압(UOC)이 측정되고, 에너지 축적기(20)의 컨피규레이션에 기초하여 모델 파라미터로서 에너지 축적기(20)의 개방 회로 전압(UOCB)으로 외삽(extrapolated)되며, 셀 테스터 부하 전류(IZ)는 에너지 축적기(20)의 컨피규레이션에 기초하여 에너지 축적기(20)로 외삽되고, 에너지 축적기(20)의 내부 레지스턴스(R0B)는 관계식
    Figure 112021058242457-pct00003
    을 사용함에 의한 에너지 축적기 전압(UB)에 의해 모델 파라미터로서 계산되는 에너지 축적기 에뮬레이션을 위한 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 에너지 축적기 모델(10)은 수학적 모델로서 제시되고, 수학적 최적화에 의해 에너지 축적기 모델의 새로운 모델 파라미터의 계산에 의해 적용되는 에너지 축적기 에뮬레이션을 위한 방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 에너지 축적기 모델(10)이 적용되고, 또 다른 에너지 축적기 모델이 충전되는 에너지 축적기 에뮬레이션을 위한 방법.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 에너지 축적기(20)의 사전결정된 작동점이 도달되면, 제1 에너지 축적기 전압(UB)과 제2 에너지 축적기 전압(UB_Mod)의 비교 및 에너지 축적기 모델(10)의 함수로 에너지 축적기 모델의 적용이 수행되는 에너지 축적기 에뮬레이션을 위한 방법.
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