KR102652850B1 - 리튬-황 배터리 관리 시스템 - Google Patents

리튬-황 배터리 관리 시스템 Download PDF

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겔리온 테크놀로지스 피티와이 리미티드
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Abstract

리튬-황 배터리 (LS1)의 충전 상태를 결정하기 위한 리튬-황 배터리 관리 시스템이 제공된다. 관리 시스템은 적어도 하나의 반응성 요소 (Cb)를 갖는 제1 회로를 포함하며, 제1 회로는 적어도 하나의 반응성 요소 (Cb)를 통해 배터리 (LS1)로부터 그리고 배터리 (LS1)로 고정된 전하량을 방전 및 충전하도록 구성된다. 관리 시스템은 또한 방전 및 충전을 모니터링하기 위한 제2 회로 (DA1, MC1)를 포함하며, 제2 회로는, 고정된 전하량의 방전 시간 및 충전 시간을 측정하고, 이들 시간을 기초로 충전 상태를 결정하도록 구성된다. 리튬-황 배터리의 충전 상태를 결정하기 위한 방법이 또한 제공된다.

Description

리튬-황 배터리 관리 시스템
본 발명은 일반적으로 리튬-황 배터리의 충전 상태를 결정하기 위한 리튬-황 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.
예를 들어 휴대용 전자 제품 및 전기 차량 운송수단에서 전원으로서 사용하기 위한 배터리의 남아있는 충전의 양을 신뢰할 수 있게 결정하는 능력은 차량에 대한 남아있는 사용 시간 또는 이용가능한 거리를 계산하기 위해 제조업자 및 소비자 둘 모두에게 매우 가치가 있다.
가솔린 차량의 경우에 연료 수준은 간단하게 측정될 수 있지만, 전기 및 하이브리드 차량 및 전자 장치에서는 배터리가 이들의 전원으로서 사용되기 때문에 배터리에 축적된 잔류 에너지를 측정하는 것은 보다 어렵다. 배터리의 충전 상태 (SOC)는, 예를 들어 배터리에 의해 제공되는 총 용량에 비교한, 재충전이 필요할 때까지 배터리에 남아있는 용량의 양의 백분율 표시로서 표현될 수 있다.
SOC0를 시간 t 0 에서의 초기 SOC 백분율인 것으로 가정하면, 시간 t에서의 배터리의 SOC 백분율은 다음과 같이 정의된다:
상기 식에서, I는 전류이고, 이는 방전의 경우 음으로서 정의되며 충전의 경우 양으로서 정의되고, Qt는 배터리의 최대 용량 (Ah)이다.
배터리가 완전히 충전된 것으로 간주되는 초기 SOC0은 배터리의 방전 이전의 최대 개로 전압 (OCV)에 관하여, 선택적으로 정확도를 개선하기 위해 저항 및 온도 측정치에 관하여 설정될 수 있다.
다양한 화학의 배터리의 SOC를 검량하는 통상의 방법은 전압 측정치를 기초로 하며, 이 경우 전형적으로 배터리의 전압은 이의 남아있는 용량에 관계하여 하락할 것이다. 그러나, 리튬-황 배터리의 전압은 배터리가 방전됨에 따라 직선형으로 하락하지 않고, 전형적으로 큰 비율의 방전 특성에 대해 정체 상태를 유지하며(plateau), 이는 전압의 사용이 리튬-황 배터리의 SOC를 결정하기에 적절하지 않음을 의미한다.
배터리의 SOC를 결정하는 또 다른 공지되어 있는 방법은 배터리가 방전되기 시작하는 순간부터 쿨롬 계수를 수행하여, 배터리에 의한 충전 출력이 계수되고, 여전히 배터리 내에 남아있는 충전량이 계산될 수 있도록 하는 것이다. 임의의 배터리의 경우, 쿨롬 계수는 초기 용량 값이 임의의 방전의 시작에 앞서 공지되어 있는 경우에만 오직 실제적이고, 용량 추정의 다른 방법이 사용되지 않는 경우 쿨롬 계수는 배터리가 100% SOC로부터 시작하는 경우에만 오직 실제적으로 실행될 수 있다. 실제로, 배터리는 부분적인 방전에 가해졌거나, 또는 완전히 충전되지 않았거나, 또는 자기-방전에 가해졌기 때문에 완전히 충전된 상태로부터 이의 방전을 시작하지 않을 수 있고, 이에 따라 방전 용량의 시작을 결정하는 추가의 방법을 요구한다.
SOC 결정의 수단으로서 조사된 리튬-황 배터리의 하나의 특성은 출원 US 2009/0055110 (Sion Power)과 같은 이전 특허 출원에서 확인된 바와 같은, 배터리의 내부 저항 및 이의 SOC 사이의 측정가능한 관계식이다. 전형적으로, 배터리의 저항의 결정은 충전 또는 방전 시 공지되어 있는 전류를 인가하고, 전압에서의 변화를 모니터링하고, 배터리 SOC를 예측하기 위해 특정 알고리즘을 적용하는 것을 통한 것이다.
실제로, 전류원의 인가를 통한 배터리의 저항의 결정은, 저항을 결정하는 데 사용되는, 인가된 전류 펄스의 지속시간 및 배터리의 반응에 관한 다른 인자들이 존재하기 때문에 유럽 특허 출원 번호 1506497.5 (OXIS Energy 등)에서 확인된 바와 같이 그렇게 간단하지 않다. 이러한 인자들은 전형적으로 부하 (또는 충전) 하의 리튬-황 배터리의 특성을 기초로 한다. 부하 하에 있으면서 리튬-황 배터리의 특성의 문제를 해결하기 위한 시도는 5%의 용량 결정에서의 잠재적 평균 오차 및 14%의 최대 오차를 주장하는 예측 오류 최소화(Prediction Error Minimisation) 및 적응형 뉴로-퍼지 추론 시스템(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference Systme) SOC 추정의 처리를 사용하는 상기 언급된 유럽 특허 출원 번호 1506497.5 (OXIS Energy 등)에서 다루어졌다. 그러나, 이러한 기술의 실행은 상당히 복잡한 알고리즘 및 요구되는 계산들의 수를 다루는 적합한 처리 능력을 요구한다.
따라서, 리튬-황 배터리의 SOC를 결정하기 위한 개선된 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 다양한 구현예에 따르면, 청구범위 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른, 리튬-황 배터리의 충전 상태를 결정하기 위한 리튬-황 배터리 관리 시스템이 제공된다. 관리 시스템은 적어도 하나의 반응성 요소를 갖는 제1 회로를 포함하고, 제1 회로는 적어도 하나의 반응성 요소를 통해 배터리로부터 그리고 배터리로 고정된 전하량을 방전 및 충전하도록 구성된다. 관리 시스템은 또한 방전 및 충전을 모니터링하기 위한 제2 회로를 포함하고, 제2 회로는, 고정된 전하량의 방전 시간 및 충전 시간을 측정하고, 이들 시간을 기초로 충전 상태를 결정하도록 구성된다.
고정된 충전량이 적어도 하나의 반응성 요소를 통해 배터리로 그리고 배터리로부터 인가되므로, 고정된 전하량만큼 배터리를 방전/충전하는 시간은, 적어도 하나의 반응성 요소를 통한 방전/충전 속도가 내부 저항에 의해 조정될 것이기 때문에 배터리의 내부 저항의 함수이다. 상기 추가로 언급된 바와 같이, SOC 및 내부 저항 사이의 관계식이 존재한다. 따라서, SOC 및 방전/충전 시간 사이의 관계식이 또한 존재하며, 이는 SOC가 방전/충전 시간으로부터 결정되도록 한다.
주어진 SOC에 대하여 충전 전류에 대한 리튬 황 배터리의 내부 저항은 동일한 SOC에서의 방전 전류에 대한 이의 내부 저항과 상이할 것이다. 또한, 충전 하의 내부 저항은 모든 SOC에 대해 항상 정확한 SOC를 제공하지 않을 수 있고, 방전 하의 내부 저항은 모든 SOC에 대해 항상 정확한 SOC를 제공하지 않을 수 있지만, 방전 시의 내부 저항 (방전 시간에 의함) 및 충전 시의 내부 저항 (충전 시간에 의함)의 조합은 모든 SOC에 대해 정확한 SOC가 결정되도록 한다. 이는 도 1에 도시된 방전 및 충전 특성에 대해 언급하며 이후에 보다 상세히 논의된다.
바람직하게는, 고정된 전하량은 방전 시간 동안 배터리로부터 방전되는 제1의 고정된 전하량, 및 충전 시간 동안 배터리 내로 충전되는 제2의 고정된 전하량을 포함하며, 제1의 고정된 전하량 및 제2의 고정된 전하량은 방전 및 충전이 배터리의 충전 상태에 대한 유의미한 전체 효과를 갖지 않도록 서로 실질적으로 동일한 값이다. 이러한 처리는 배터리의 용량에 대한 임의의 유의미한 전체 영향 없이 전자장치에 의해 자동적으로 제어되어, 용량 추정의 정확도를 증가시킬 수 있다.
유리하게는, 적어도 하나의 반응성 요소는 저장 커패시터(storage capacitor)를 포함할 수 있고, 저장 커패시터의 크기는 배터리로부터 그리고 배터리로 방전 및 충전되는 고정된 전하량을 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 커패시터의 크기를 2배로 하는 것은, 모든 다른 인자는 변하지 않을 때 고정된 전하량을 2배로 할 수 있다. 고정된 전하량은, 예를 들어 커패시터가 이의 충전 용량의 90% 및 10% 사이에서 충전 및 방전되는 경우 커패시터가 저장할 수 있는 최대 전하량보다 적을 수 있다. 바람직하게는 커패시터는 과도하게 긴 충전 및 방전 시간을 피하기 위해 각각 이의 용량의 98% 미만 및 2% 초과 사이에서 충전 및 방전된다. 통상의 기술자에게 명백할 바와 같이, 배터리를 사용하여 배터리의 내부 저항을 통해 이의 용량의 100% 및 0% 사이에서 커패시터를 충전 및 방전하는 경우, 이는 충전 및 방전 특성의 지수적 성질로 인하여 매우 긴 시간이 걸릴 것이다.
커패시터를 충전하는 시간 상수는 이의 전기용량 및 직렬 저항(in line series resistance)을 기초로 하기 때문에 (RC 시간 상수) (이 경우 저장 전기용량은 내부 배터리 저항과 직렬임), 두 충전 상태 사이, 예를 들어 10% 및 90% 사이에서 저장 전기용량을 충전하는 시간은 내부 저항을 나타낼 것이다.
선택적으로, 적어도 하나의 반응성 요소는 저장 커패시터에 연결된 인덕터(inductor)를 포함할 수 있다. 이어서, 인덕터를 통해 저장 커패시터로 그리고 저장 커패시터로부터 흐르는 전류가 측정될 수 있다. 이러한 전류의 변화율은 배터리의 내부 저항에 종속될 것이며, 따라서 전류가 2개의 상이한 값 사이에서 천이(transition)되는 시간을 측정하여 내부 저항 및 이에 따라 SOC를 결정할 수 있다. 바람직하게는, 전류 감지 저항기는 인덕터와 직렬로 연결되고, 전류 감지 저항기를 가로질러 발생한 전압은 인덕터를 통해 흐르는 전류에 상응하여, 전류가 용이하게 측정될 수 있다.
유리하게는, 제1 회로는 승압 컨버터(step-up converter)를 포함할 수 있다. 이어서, 방전 시간을 측정하는 동안 저장 커패시터가 배터리로부터 충전될 수 있고, 이어서 승압 컨버터를 사용하여, 충전 시간을 측정하는 동안 커패시터에서의 에너지는 배터리 내로 다시 방전될 수 있다. 예를 들어, 제1 회로는 저장 커패시터에 연결된 스위칭 네트워크를 포함할 수 있으며, 스위칭 네트워크는 저장 커패시터의 제2 단자를 통해 배터리의 방전 및 충전을 수행하기 위해 저장 커패시터의 제1 단자를 저 전압 전위 및 고 전압 전위 사이에서 스위칭하도록 구성된다. 이러한 스위칭은, 저장소 커패시터(reservoir capacitor)를 저장 커패시터와 직렬로 안 및 밖으로 스위칭하여 각각 배터리의 방전 및 충전을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 저장소 커패시터의 크기는 바람직하게는 저장 커패시터의 크기보다 훨씬 더 크며, 예를 들어 적어도 20배 더 크거나, 보다 바람직하게는 50배 더 크거나, 100배 더 크다.
시간 측정치의 정확도를 개선하고 시스템에서 임의의 노이즈의 영향을 감소시키는 것을 보조하기 위해, 제2 회로는, 반복 수의 횟수 동안 이러한 스위칭 네트워크를 반복적으로 스위칭하여 배터리를 방전 및 충전하고, 방전 시간의 합계 및 충전 시간의 합계, 및 선택적으로 방전 및 충전 시간의 합계를 기초로 SOC를 결정하도록 구성될 수 있다. 반복 수는, 예를 들어 10회 또는 심지어 100회일 수 있다. 용량 추정의 정확도에 대한 추가의 개선은, 사용하지 않는 상태로 배터리의 SoC를 지속적으로 모니터링하고, 알고리즘 및 자기-방전의 임의의 기간 동안 배터리 용량의 열화를 추적하기 위한 평균화 기술을 사용하는 것에 의한 것일 수 있다.
제2 회로는, 방전 및 충전 시간의 다중 조합 각각에 대한 충전 상태 값을 제공하는 검색표(look-up table)를 기초로 SOC를 결정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 리튬-황 배터리 관리 시스템은 SOC를 결정하기 위해 복잡한 계산을 수행할 필요가 없을 수 있고, 방전 및 충전 시간을 기초로 검색표로부터 정확한 SOC를 간단하게 검색할 수 있다. 바람직하게는, 검색표는 배터리 온도를 고려하도록 수정될 수 있고, 따라서 리튬-황 배터리 관리 시스템은 배터리의 온도를 감지하도록 구성된 제3 회로를 추가로 포함할 수 있다. 검색표는 또한 배터리 노화를 고려하도록 수정될 수 있으며, 이는 상기 단락에서 설명된 바와 같이 추적될 수 있다.
유리하게는, 제2 회로는 방전 및 충전 시간의 합계를 기초로 배터리의 건전성(health)을 결정하도록 구성될 수 있다. 건전성은, 방전 및 충전 시간을 공칭 참조 검색(lookup) 값에 비교할 뿐만 아니라, 메모리에 보유된 이전 방전/충전 시간의 로그 대(Vs) SOC에 비교함으로써 결정될 수 있다.
방전 및 충전 시간이 고정된 전기용량에 대한 방전 및 충전 전류에 대한 배터리 저항에 정비례하는 것을 고려할 때, 방전 시간, 충전 시간의 합계, 및 방전 및 충전 시간의 합계를 검색표에 비교하여 SOC를 결정할 수 있다. 명확히, 온도 및 배터리 노화에 따라 검색표를 수정하는 대신에, 검색표는 동일한 채로 남아있을 수 있고, 충전 및 방전 시간의 합계는 온도 및 배터리 노화에 따라 수정된 후 검색표에 비교될 수 있다. 리튬 황 배터리에 대한 온도 및 배터리 노화의 효과는 당업계에 널리 공지되어 있으며, 따라서 본원에 상세히 기재하지 않는다.
대안적으로, SOC는 검색표를 사용하는 것보다는, SOC와 방전 및 충전 시간 사이의 관계를 명시하는 사전결정된 식을 기초로 계산될 수 있다.
제2 회로는, 제1 회로의 2개의 지점 사이의 전압 차이를 모니터링하고, 전압 차이가 사전결정된 수준 미만으로 하락하는 경우 방전 또는 충전이 충분히 완료되었는지 결정하고, 이에 반응하여 제1 회로를 각각 방전에서 충전으로, 또는 충전에서 방전으로 스위칭하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 회로는 2개의 지점이 전류 감지 저항기 또는 저장 커패시터를 가로지르는지에 따라, 인덕터와 직렬로 연결된 전류 감지 저항기를 가로지르는 전압이 사전결정된 수준 미만으로 하락하는 경우 방전이 완료되었는지 결정할 수 있거나, 또는 저장 커패시터를 가로지르는 전압이 사전결정된 수준 미만으로 하락하는 경우 충전이 완료되었는지 결정할 수 있다. 역으로, 제2 회로는 저장 커패시터를 가로지르는 전압이 사전결정된 수준 초과로 상승하는 경우 방전이 완료되었는지 결정할 수 있거나, 또는 인덕터와 직렬로 연결된 전류 감지 저항기를 가로지르는 전압이 사전결정된 수준 초과로 상승하는 경우 충전이 완료되었는지 결정할 수 있으며, 전류 감지 저항기를 통해 흐르는 전류가 방전과 비교하여 충전하는 경우에 반대 방향임을 고려할 때 전압은 음의 값으로부터 0을 향하여 상승할 것임에 주목한다. 명확히, 차동 증폭기(difference amplifier)는 저장 커패시터를 가로지르거나 또는 전류 감지 저항기를 가로지르는 대신에 제1 회로의 2개의 다른 지점을 가로질러 연결될 수 있되, 단 상기 2개의 지점은 적어도 하나의 반응성 요소의 시간 상수에 상응하는 전압 차이 변화(variation)를 나타낸다.
유리하게는, 차동 증폭기의 출력은 스위칭 네트워크의 제어 단자에 연결되어, 차동 증폭기의 출력을 기초로 배터리의 방전 및 충전 사이에서 스위칭할 수 있다. 이는 아날로그 및 이에 따라 스위칭 네트워크에 대한 신속한 피드백을 제공하여, 방전 및 충전 사이에서의 스위칭이 지체 없이 실행되도록 한다.
청구범위 제15항에 따른 리튬-황 배터리의 SOC를 결정하는 방법이 추가로 제공된다. 상기 방법은, 제1 반응성 요소를 통해 제1의 고정된 전하량만큼 리튬-황 배터리를 방전하는 제1 시간을 측정하는 단계; 제2 반응성 요소를 통해 제2의 고정된 전하량만큼 리튬-황 배터리를 충전하는 제2 시간을 측정하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 시간을 기초로 충전 상태를 결정하는 단계를 포함한다. 제1 반응성 요소는 선택적으로 제2 반응성 요소와 동일한 반응성 요소이며, 제1의 고정된 전하량은 선택적으로 제2의 고정된 전하량과 동일한 전하량이다. 선택적으로, 제2 시간은 제1 시간보다 더 이른 시간에 발생할 수 있다.
본 개시는 이것이 충전 전에 방전이 일어나기 위한 임의의 요구사항을 암시하지 않을지라도 배터리의 방전 및 충전을 언급하며, 목적하는 경우 방전 전에 충전이 일어날 수 있다. 관례상, 충전은 상대적으로 더 높은 전압 전위로부터 상대적으로 더 낮은 전압 전위로 흐르는 것으로 간주된다.
본 발명의 구현예는 이제 단지 비제한적인 예에 의해 그리고 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 전형적인 리튬 황 배터리의 충전 및 방전 동안의 배터리 내부 저항 특성의 그래프를 나타내고;
도 2는 본 발명의 제1 구현예에 따른 배터리 관리 시스템의 도식 다이어그램을 나타내고;
도 3은 배터리의 충전 및 방전 동안 도 2의 시스템의 커패시터에 의해 보유되는 충전 수준의 시간측정 다이어그램(timing diagram)을 나타내고;
도 4는 본 발명의 제2 구현예에 따른 배터리 관리 시스템의 보다 상세한 도식 다이어그램을 나타내고;
도 5는 다양한 온도에서의, 전형적인 리튬 황 배터리를 충전하는 동안의 배터리 저항의 그래프를 나타내고;
도 6은 다양한 온도에서의, 전형적인 리튬 황 배터리를 방전하는 동안의 배터리 저항의 그래프를 나타내고;
도 7은 본 발명의 제3 구현예에 따른 배터리 관리 시스템의 도식 다이어그램을 나타낸다.
도면은 축적(scale)되지 않으며, 동일하거나 또는 유사한 참조 표시는 동일하거나 또는 유사한 피처(feature)를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 전형적인 리튬 황 배터리의 내부 저항이 이의 SOC가 0 (0% 충전됨)으로부터 1.0 (100% 충전됨)으로 증가함에 따라 일반적으로 어떻게 감소하는지 나타내는, SOC에 대한 배터리 내부 저항의 그래프가 도시되어 있다. 그래프는 배터리를 충전하는 경우의 측정 결과의 곡선 4, 및 배터리를 방전하는 경우의 측정 결과의 곡선 6을 포함한다. 배터리가 충전되는 경우보다 배터리가 방전되는 경우 배터리의 내부 저항이 더 높음을 알 수 있다.
충전 곡선 4는 약 60% SOC에서 킹크(kink) 5를 가지며, 이는 충전 곡선 단독으로는 분명하게 SOC가 임의의 주어진 측정된 저항 값에 대해 결정되도록 하지 않는다는 것을 의미하고, 예를 들어 충전 하의 0.11 Ohm의 측정된 저항 값은 측정 결과가 실제로 킹크 5의 어느 측에 상응하는지에 따라 대략 50%의 SOC 또는 대략 62%의 SOC에 상응할 수 있다. 방전 곡선 6은 대략 80% SOC에서 킹크 7을 가지며, 이는 킹크 5와 유사한 문제점을 일으킨다. 그러나, 이러한 킹크는 SOC 곡선 4 및 6을 따른 상이한 지점에서 발생하기 때문에, 본 발명자들은 충전 및 방전 둘 모두 하에 취해진 저항 측정치들을 서로 조합하여 사용하여, 시험되는 배터리의 SOC를 분명하게 확인하는 것을 보조할 수 있음을 인지하였다. 예를 들어, 충전 하의 0.11 Ohm의 예시적인 측정 결과로 돌아가, 충전 하의 0.11 Ohm의 측정 결과가 50% SOC 또는 62% SOC에 상응하는 킹크 5 이전 또는 이후의 지점에 상응하는지 결정하기 위해 방전 하의 저항이 또한 측정될 수 있다. 본 발명에서 측정된 충전 및 방전 시간은 배터리의 충전 및 방전 내부 저항에 정비례하며, 이는 SOC가 충전 및 방전 시간을 기초로 결정되도록 한다.
본 발명의 제1 구현예는 이제 도 2 및 도 3을 참조하여 설명될 것이다. 도 2는 리튬 황 배터리 LS1의 양극 및 음극 단자 T1 및 T2에 연결된 배터리 관리 시스템의 도식 다이어그램을 나타낸다. 이러한 구현예에서, 리튬 황 배터리 LS1은 단일 셀로 이루어지지만, 대안적인 구현예에서 다중 셀이 배터리 LS1 내에 서로 직렬 및/또는 병렬로 조합될 수 있음을 알 것이다. 배터리 관리 시스템은 저항기 Ra 및 Rb, 커패시터 Ca 및 Cb, 스위치 SWa 및 SWb, 및 다이오드 D1에 의해 형성된 제1 회로를 포함한다. 커패시터 Cb는 배터리 LS1로부터 방전된 충전량을 저장한 후 상기 충전량을 배터리 LS1 내로 다시 충전하기 위해 사용되기 때문에, 저장 커패시터인 것으로 간주된다. 저장 커패시터 Cb는 2개의 단자 N1 및 N2를 갖는다. 단자 N1은 저항기 Rb를 통해 배터리 양극 단자 T1에 연결되고, 스위치 SWb는 단자 N2를 배터리 음극 단자 T2 (다이오드 D1을 통함) 또는 커패시터 Ca의 단자 N3에 연결한다.
커패시터 Ca는, 저장 커패시터 단자 N2의 전압을 상승 및 저하시키기 위해 상대적으로 큰 전하량을 저장하고, 저장 커패시터가 배터리 LS1로 충전량을 보내거나 또는 이로부터 충전량을 수용할지 제어하기 위해 사용되기 때문에, 저장소 커패시터인 것으로 간주된다.
저항기 Ra, 스위치 SWa 및 저장소 커패시터 Ca는 모두 배터리 단자 T1 및 T2 사이에 서로 직렬로 연결되어, 저장소 커패시터 Ca를 배터리 LS1과 동일한 전압까지 충전하기 위해 스위치 SWa를 사용하여 저장소 커패시터 Ca 및 저항기 Ra를 배터리 단자 T1 및 T2 사이에 연결되도록 스위칭할 수 있다. 저항기 Ra는 스위치 SWa가 처음 폐쇄되는 경우 과도하게 큰 전류가 저장소 커패시터 Ca로 흐르는 것을 방지하기에 충분한 작은 값을 갖는다. 스위치 SWa는 저장소 커패시터 Ca 및 배터리 양극 단자 T1 사이의, 저장소 커패시터 Ca의 단자 N3에 연결된다.
배터리 관리 시스템은 또한, 차동 증폭기 DA1 및 마이크로컨트롤러 MC1에 의해 형성된 제2 회로를 포함한다. 차동 증폭기는 저장 커패시터의 단자 N1 및 N2에 연결된 2개의 입력을 갖고, 이러한 2개의 단자 N1 및 N2 사이의 전압 차이를 모니터링하고, 마이크로컨트롤러 MC1에 연결된 출력을 갖는다. 마이크로컨트롤러 MC1은 차동 증폭기 DA1의 출력을 수용하고, 상기 출력을 기초로, 스위치 SWa 및 SWb를 제어하기 위한 스위치 제어 신호 M0을 발생시킨다.
사용 시, 마이크로컨트롤러 스위치 제어 M0는 초기에 스위치 SWa를 폐쇄하고, 스위치 SWb가 저장 커패시터 단자 N2를 저장소 커패시터 단자 N3에 연결하도록 설정한다. 이어서, 측정하고자 하는 배터리 LS1의 단자 T1 및 T2는 도시된 바와 같이 회로 내로 연결되고, 배터리 LS1은 저항기 Ra를 통해 저장소 커패시터 Ca를 배터리 전압까지 충전한다. 저장 커패시터 Cb에서의 임의의 잔류 충전량은 이의 단자 N1 및 N2가 스위치 SWa 및 SWb, 및 저항기 Ra 및 Rb를 통해 함께 연결되기 때문에 방전된다.
시간 0T에서 저장소 커패시터 Ca가 실질적으로 완전히 충전되면, 스위치 SWa는 개방되고, 스위치 SWb는 저장 커패시터의 단자 N2를 다이오드 D1을 통해 배터리의 음극 단자 T2에 연결하도록 스위칭된다. 저장 커패시터 단자 N1 및 N2 사이의 전압을 나타내는 도 3의 시간측정 다이어그램에 도시되어 있는 바와 같이, 이는 저장 커패시터 Cb가 저항기 Rb를 통해 충전(charge up)되도록 한다. 저항기 Rb는 작고, 이의 목적은 저장 커패시터 Cb가 충전되기 시작하는 경우 과도하게 큰 전류가 배터리 LS1로부터 흐르는 것을 방지하기 위한 것이다. 이러한 충전의 속도는 또한, 통상의 기술자에게 명백할 바와 같이 배터리 LS1의 내부 저항에 의해 제한되며, 이러한 내부 저항은 저항기 Rb와 조합되어 시간 상수 T = (내부 저항 + Rb) * Cb를 갖는 직렬 RC 회로를 형성하고, 이 또한 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 도 3의 x축은 이러한 시간 상수에 관하여 표시되고, 2.2T가 경과한 후 저장 커패시터 Cb가 90% 충전 (배터리 전압의 90%인 전압)에 도달하는 것을 도 3에서 알 수 있다.
저장 커패시터 Cb를 가로지르는 이러한 전압은 차동 증폭기 DA1에 의해 측정되며, 마이크로컨트롤러 MC1에 의해 검출된다. 이러한 전압이 도 3에 표시된 0.1T에서 커패시터 Cb가 10% 충전됨을 나타낼 때, 마이크로컨트롤러 MC1은 시간측정을 시작한다. 이러한 전압이 도 3에 표시된 2.2T에서 커패시터가 90% 충전됨을 나타낼 때, 마이크로컨트롤러는 시간측정을 중단하고, 이 시간을 배터리가 저장 커패시터를 10%에서 90%까지 충전하기 위해 방전량을 소비한 방전 시간으로서 저장한다. 또한, 마이크로컨트롤러 MC1은 저장 커패시터 Cb의 단자 N2를 저장소 커패시터 Ca의 단자 N3에 연결하도록 스위치 제어 출력 M0를 변화시킨다. 저장소 커패시터 Ca가 배터리 전압까지 이미 충전되어 있기 때문에, 이는 저장 커패시터 Cb의 단자 N2에서의 전압을 배터리 전압의 100%로 증가시키고(step up), 따라서 저장 커패시터의 단자 N1을 배터리 전압의 190%로 증가시킨다. 이어서, 저장 커패시터 Cb는 저항기 Rb를 통해 배터리 LS1 내로 방전되기 시작하며, 이는 배터리 LS1을 충전한다. 마이크로컨트롤러는 도 3에 도시된 2.2T로부터 시작하여 이러한 충전 시간을 측정한다.
4.3T 후, 차동 증폭기 DA1의 출력 전압은 저장 커패시터 Cb를 가로지르는 전압이 10% 충전 (배터리 전압의 10%)으로 하락하였음을 마이크로컨트롤러에 나타내고, 마이크로컨트롤러는 충전 시간을 측정하는 것을 중단한다. 이 시점에서, 마이크로컨트롤러는 0.1T에서부터 2.2T까지의 방전 시간, 및 2.2T에서부터 4.3T까지의 충전 시간을 사용하여 검색표와 비교하여 배터리의 SOC를 결정할 수 있다. 0.1T에서 2.2T까지 동안의 T 값은 방전 및 충전 하의 배터리의 상이한 내부 저항으로 인하여 2.2T에서 4.3T까지 동안의 T 값과 상이할 것임에 주목한다. 따라서, 도 3 그래프의 x축은 완전히 직선형이지 않다.
이러한 구현예에서, 방전 시간 및 충전 시간을 단독으로 취하는 것 대신에, 동일한 방전 및 충전 사이클이 반복 수의 횟수 동안 다시 그리고 또 다시 수행된다. 이어서, 모든 방전 시간이 합쳐질 수 있고, 모든 충전 시간이 합쳐질 수 있고, 모든 방전 및 충전 시간이 합쳐져, 검색표와 비교하기 위한 3개의 값을 생성할 수 있다. 이는 결국 임의의 노이즈 또는 측정 오차의 효과의 평균이 될 것이며, 보다 정확한 결과를 생성할 것이다. 그로부터 SOC 계산이 이루어질 방전 / 충전 사이클의 수는 요구되는 정확도, 서로 병렬로 연결된 배터리 셀의 수 및 시스템의 임피던스에 따라 다를 것이지만, 예를 들어 10 내지 100 방전 / 충전 사이클일 수 있다. 저장소 커패시터 Ca의 크기는 바람직하게는 저장 커패시터 Cb의 크기보다 훨씬 더 크며, 예를 들어 저장소 커패시터 Ca는 대략 1F일 수 있고, 저장 커패시터 Cb는 대략 10mF일 수 있다. 이어서, 저장소 커패시터를 가로지르는 전압이 크게 변화하지 않으면서 다중 방전 / 충전 사이클이 수행될 수 있다.
검색표는 초기에 리튬 황 배터리에 대한 전형적인 측정 결과의 세트로부터 구성될 수 있으며, 쿨롬 계수와 같은 기술을 사용하여 어떠한 SOC가 전형적으로 어떠한 방전 및 충전 시간에 상응하는지 결정한다. 또는, 완전한 방전 사이클이 측정될 수 있으며, 100% 및 0% SOC 상태를 사용하여, 각각의 쌍의 방전 및 충전 시간이 측정될 때의 배터리의 SOC를 보간한다(interpolate).
본 발명의 제2 구현예는 이제, 도 2의 것보다 보다 상세한 도식 다이어그램을 나타내는 도 4를 참조하여 설명될 것이다. 제2 구현예의 작동의 주 원리는 제1 구현예의 것과 동일하며, 저장 커패시터 C2의 단자 N5가 저장소 커패시터 C1로부터 연결 및 연결해제되어 각각 리튬 황 배터리 LS2를 충전 및 방전한다.
도 4의 도식 다이어그램은 저항기 R1을 갖는 배터리 LS2의 내부 저항을 명백하게 나타내며, 이는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 방전 및 충전 하에 달라질 것이다. 저항기 R1은 배터리 양극 및 음극 단자 T3 및 T4 사이에 직렬로 연결된다. 마이크로컨트롤러 MC2는 방전 / 충전 사이클에 앞서 저장소 커패시터 C1이 저항기 R3을 통해 충전되는 때를 제어하기 위한 출력 M3을 갖고, 저장 커패시터 C2의 단자 N4 및 N5 사이의 전압 차이를 측정하기 위한 차동 증폭기를 형성하는 Op-Amp OP1로부터의 입력 M1을 갖는다. 마이크로컨트롤러 MC2는 입력 M1을 모니터링하여 방전 및 충전 시간의 길이를 측정하고, 이들 시간을 기초로 배터리 LS2의 SOC를 계산한다.
저장 커패시터 C2와 직렬로 밖 및 안으로의 저장소 커패시터 C1의 스위칭은 OP Amp OP1의 출려으로부터의 피드백에 의해 제어된다. OP Amp의 출력은 스위치 트랜지스터 SW3의 게이트에 바로 연결되고, NOT 게이트 NG1을 통해 스위치 트랜지스터 SW2의 게이트에 연결되어, 스위치 트랜지스터 SW2 및 SW3이 집합적으로 도 2의 SWb와 유사한 단극 쌍투 스위치(double-throw switch)를 형성하도록 한다.
저장 커패시터 C2가 배터리 LS2의 측정된 방전 기간의 시작 시인 10% 충전에 있는 경우, 단자 N5에서의 전압은 0V이고, 단자 N4에서의 전압은 배터리 전압의 10%이다. OP Amp OP1의 출력은 배터리 전압과 동일하며, 스위치 SW2는 개방되고, 스위치 SW3은 폐쇄된다. 저장 커패시터 C2가 배터리의 측정된 방전 기간의 종료 시인 90% 충전에 있는 경우, 단자 N5에서의 전압은 0V이고, 단자 N4에서의 전압은 배터리 전압의 90%이며, 이는 OP Amp OP1이 이의 출력을 배터리 전압으로부터 0V로 뒤집도록(flip) 하고, 이는 스위치 SW2를 폐쇄하고 스위치 SW3을 개방하며, 이는 배터리 LS2의 측정되는 충전 기간을 시작하고, 단자 N5에서의 전압은 배터리 전압과 동일하고, N4에서의 전압은 배터리 전압의 190%로 이동한다.
배터리가 충전됨에 따라, 저장 커패시터 C2는 충전 수준에서 하락하고, 이것이 단자 N4에서의 배터리 전압의 110%의 전압을 가지며 10% 충전에 도달할 때, Op Amp OP1 출력은 배터리 전압까지 다시 뒤집힌다. 이러한 사이클이 지속적으로 반복되며, 마이크로컨트롤러 MC2는 Op Amp OP1 출력에서의 뒤집힘(flips)에 상응하는 방전 및 충전 시간 기간의 경계를 측정한다. 이들 시간을 사용하여, 마이크로컨트롤러 MC2는 배터리 LS2의 SOC를 계산한다. 간헐적으로, 마이크로컨트롤러 MC2는 저장소 커패시터 C1에서의 충전량을 보충(top-up)하기 위해 스위치 SW1을 폐쇄할 수 있다.
인덕터 L1 및 저항기 R2는 저장 커패시터 C2로의 서지 전류(current surge)를 제한하며, 이러한 구현예에서 각각 1uH 및 0.03 Ohm의 값을 갖는다. 이러한 저항기 R2는 또한 균형잡기(balancing) 저항기로서 작용하며, 이는 측정 목적을 위한 최적의 시간 상수를 제공하도록 조정될 수 있고, 의도되는 시스템의 해상능 및 정확도 및 병렬로 연결된 배터리 셀의 수에 따라 달라질 것이다. 이러한 구현예에서, 저장소 커패시터 C1은 1F이고, 저장 커패시터 C2는 10mF이다. 이러한 구현예에서, OP Amp OP1과 함께 차동 증폭기를 형성하는 저항기는 Rd1 = 12KOhm, Rd2 = 1.2KOhm, Rc1 = 10KOhm, Rc2 = 1.1KOhm의 값을 갖는다. 다이오드 D2는 전도될(conducting) 때 이를 가로지르는 전압 하락이 없는 이상적인 다이오드인 것으로 간주되지만, 통상의 기술자에게 명백할 바와 같이 저항 Rd1, Rd2, Rc1, Rc2는 실세계(real-world) 다이오드에 대한 전압 하락을 고려하도록 조정될 수 있다.
배터리 LS2의 내부 저항은 단순성을 위해 R1의 고정된 저항인 것으로 나타내어졌지만, 실제로는 배터리는 임펄스 응답을 가지며, 이는 방전 / 충전 시간 기간에 걸쳐 효과적인 저항에서의 일부 변형을 유발한다. 그러나, 이는 방전 / 충전 시간 사이의 관계 및 배터리의 SOC를 손상시키지 않는다.
배터리 LS2가 50%의 충전 상태에서 단일 셀을 갖는 경우, 방전 시간에 대한 전형적인 값은 저장 커패시터 C2의 충전에 상응하는 2.74ms일 것이며, 저장 커패시터 C2의 방전 동안의 충전 시간에 대한 전형적인 값은 3.46ms일 것이다.
100 방전 / 충전 사이클이 취해지는 경우, 방전 기간 (dp) 0.1T에서 2.2T 사이, 충전 기간 (cp) 2.2T에서 4.3T 사이 및 전체 기간 (op) 0.1T에서 4.3T 사이의 시간측정의 축적은 이러한 구현예에서 20%의 SOC의 경우 280ms(dp), 300ms(cp) 및 580ms(op)의 값, 40%의 SOC의 경우 267ms(dp), 348ms(cp) 및 615ms(op)의 값, 및 60%의 SOC의 경우 280ms(dp), 348ms(cp) 및 628ms(op)의 값을 제공할 수 있다.
전형적인 리튬 황 배터리의 방전 및 충전 저항은 배터리가 어떠한 온도에 있는지에 따라 달라질 것이다. 따라서, 배터리 관리 시스템이 소정 범위의 온도에 걸쳐 작동하는 경우, 검색표의 또는 검색표에 비교한 시간의 온도-기반 수정이 바람직하다. 따라서, 마이크로컨트롤러는 입력 M2를 추가로 포함하며, 이는 배터리 관리 시스템의 온도 센서 TS1에 연결된다. 온도 센서 TS1은 배터리 LS2에 근접하여 위치되며, 따라서 이는 배터리 LS2의 온도를 측정한다.
도 5의 그래프는 점점 더 많은 충전량이 배터리에 첨가됨에 따라 충전 동안 전형적인 리튬 황 배터리의 내부 저항이 어떻게 변화하는지 나타내는, 상이한 온도에서의 다양한 곡선을 나타낸다. 또한, 도 6의 그래프는, 점점 더 많은 충전량이 배터리로부터 방전됨에 따라 방전 동안 전형적인 리튬 황 배터리의 내부 저항이 어떻게 변화하는지 나타내는, 상이한 온도에서의 다양한 곡선을 나타낸다. 온도는 명확히 저항에 대한 유의미한 효과를 갖지만, 저항 및 온도 사이의 관계는 당업계에 널리 공지되어 있고, 따라서 마이크로컨트롤러 MC2는 온도에 대해 보상하기 위해, 측정된 방전 및 충전 시간을 공지되어 있는 관계식을 기초로 용이하게 수정할 수 있다.
충전의 상이한 상태에서 취해진 3 세트의 측정치를 사용하여, 임의의 주어진 충전 상태에 대해 cp, dp 및 op의 절대값을 이상적인 참조값에 대해 비교함으로써 온도, 노화 및 외부 부하로 인한 배터리의 내부 저항에서의 변화에 대해 보상하는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 온도에 대한 저항 변화는 충전의 경우보다 방전의 경우의 배터리에 대해 더 크다는 것을 도 4 및 도 5의 그래프에서 알 수 있다. 값이 특정 온도에서 변화하는 속도를 사용하여 배터리의 건전성의 상태 및 차례로 배터리의 용량의 열화를 나타낼 수 있다. cp, dp 및 op에 대한 온도 및 값을 기초로 알고리즘을 적용하여 온도로 인한 Li-S 배터리의 용량에서의 변화에 대해 보상할 수 있고, 이상적인 값에 대해, 배터리 노화 또는 부하로 인한 용량에서의 변화에 대해 보상할 수 있다.
또한, 배터리의 저항이 인가되는 부하의 규모 및 이것이 인가되는 빈도의 함수로서 추가로 측정될 수 있다는 것을 고려할 때, C2 및/또는 L1의 값은 배터리에 의해 보여지는 충격 부하(impulse load) 및 방전 / 충전 빈도를 변경하도록 변화되어 상이한 세트의 측정 결과를 생성할 수 있다. 예를 들어, 가변성 성분이 C2 및/또는 L1에 대해 사용될 수 있거나, 또는 상이한 값에서의 C2 및/또는 L1 세트를 갖는 추가의 회로가 배터리 관리 시스템에 혼입될 수 있다. 이러한 추가의 측정 결과에 의해 얻어진 결과를 사용하여 정확도를 개선할 수 있고, 본래 측정 결과를 입증할 수 있고, 보다 구체적으로 다중 회로의 가변성 부하 조건에 의해 보여지는 바와 같은 저항 변화를 입증함으로써 온도 및 배터리 노화의 효과가 보상되도록 할 수 있다. 예를 들어, C2는 제1 세트의 측정의 경우 10mF에서 설정될 수 있고, 이어서 제2 세트의 측정의 경우 20mF에서 설정될 수 있다.
본 발명의 제3 구현예는 도 7에 도시되어 있으며, 이는 OP Amp OP1에 의해 형성된 차동 증폭기가 저항기 R2의 단자 N6 및 N7 사이의 전압을 측정하는 것을 제외하고 제2 구현예와 동일하다. 따라서, 저항기 R2는 전류 감지 저항기로서 작용하고, 전류가 측정하고자 하는 커패시터 C2의 안 및 밖으로 흐르도록 한다. 배터리 LS2의 방전 동안, 단자 N7은 N6보다 더 높은 전압에 있지만, 저장 커패시터가 90% 충전에 도달함에 따라 전류 수준이 충분히 하락하는 경우, Op Amp OP1 출력이 배터리 전압으로부터 0V로 천이되고, 이는 배터리 LS2의 충전을 시작한다. 단자 N6은 N7보다 더 높은 전압에 있지만, 저장 커패시터가 10% 충전으로 떨어짐에 따라 전류 수준이 충분히 하락하는 경우, Op Amp OP1 출력은 0V로부터 배터리 전압까지 천이되고, 이는 방전 기간을 시작한다. 마이크로컨트롤러 MC2는 제2 구현예에 앞서 기재된 바와 동일한 방식으로 입력 M1에서 Op Amp 출력에서의 천이를 측정한다.
반응성 요소들의 다수의 다른 배열이 구현되어 측정가능한 방전 / 충전 기간을 갖는 회로를 제공할 수 있고, 이러한 회로의 다양한 지점 사이의 전압이 측정되어 이러한 회로를 통해 배터리로부터 그리고 배터리로 고정된 전하량을 방전 / 충전하는 것을 결정할 수 있음을 알 것이다.
본 발명의 범위에 속하는 상술된 구현예의 다수의 다른 변형이 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 리튬-황 배터리의 충전 상태를 결정하기 위한 리튬-황 배터리 관리 시스템으로서, 상기 관리 시스템은, 적어도 하나의 반응성 요소를 가지며 상기 적어도 하나의 반응성 요소를 통해 상기 배터리로부터 그리고 상기 배터리로 고정된 전하량을 방전 및 충전하도록 구성된 제1 회로, 및 방전 및 충전을 모니터링하기 위한 제2 회로를 포함하며, 상기 제2 회로는, 상기 고정된 전하량의 방전 시간 및 충전 시간을 측정하고, 이들 시간을 기초로 충전 상태를 결정하도록 구성된, 리튬-황 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 반응성 요소가 저장 커패시터(storage capacitor)를 포함하며, 상기 저장 커패시터의 크기가 상기 배터리로부터 방전되고 상기 배터리로 충전되는 고정된 전하량을 고정시키는 것인 리튬-황 배터리 관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 반응성 요소가 상기 저장 커패시터에 연결된 인덕터(inductor)를 포함하는 것인 리튬-황 배터리 관리 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 회로가 상기 저장 커패시터에 연결된 스위칭 네트워크를 포함하며, 상기 스위칭 네트워크가 상기 저장 커패시터 제1 단자를 저 전압 전위 및 고 전압 전위 사이에서 스위칭하여 상기 저장 커패시터의 제2 단자를 통해 상기 배터리의 방전 및 충전을 수행하도록 구성된 것인 리튬-황 배터리 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 회로가 저장소 커패시터(reservoir capacitor)를 포함하며, 상기 스위칭 네트워크가 상기 저장소 커패시터를 상기 저장 커패시터와 직렬로 밖 및 안으로 스위칭하여 각각 상기 배터리의 방전 및 충전을 수행하도록 구성된 것인 리튬-황 배터리 관리 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 회로가, 상기 저장소 커패시터를 상기 저장 커패시터와 직렬로 밖 및 안으로 스위칭하여 상기 배터리의 방전 및 충전을 수행하기에 앞서 상기 저장소 커패시터를 상기 배터리로 충전하기 위한 스위치를 포함하는 것인 리튬-황 배터리 관리 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 회로가, 상기 제1 회로의 2개의 지점 사이의 전압 차이를 모니터링하고, 전압 차이가 사전결정된 수준 미만으로 하락하는 경우 방전 또는 충전이 충분히 완료되었는지 결정하고, 이에 반응하여 상기 제1 회로를 각각 방전에서 충전으로, 또는 충전에서 방전으로 스위칭하도록 구성된 것인 리튬-황 배터리 관리 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 회로가 2개의 지점 사이의 전압 차이를 결정하기 위한 차동 증폭기(difference amplifier)를 포함하며, 상기 차동 증폭기의 출력이 상기 스위칭 네트워크의 제어 단자에 연결되어, 상기 차동 증폭기의 출력을 기초로 상기 배터리를 방전 및 충전하는 것 사이에서 스위칭하는 것인 리튬-황 배터리 관리 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 회로가, 방전 및 충전 시간의 다중 조합 각각에 대한 충전 상태 값을 제공하는 검색표(look-up table)를 기초로 충전 상태를 결정하도록 구성된 것인 리튬-황 배터리 관리 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 회로가, 상기 차동 증폭기의 출력을 기초로 방전 및 충전 시간을 측정하고, 상기 검색표를 기초로 충전 상태를 결정하도록 구성된 마이크로컨트롤러를 포함하는 것인 리튬-황 배터리 관리 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 회로가, 반복 횟수 동안 상기 배터리를 방전 및 충전하도록 상기 제1 회로를 반복적으로 스위칭하고, 상기 방전 시간의 합계, 상기 충전 시간의 합계, 및 선택적으로 상기 방전 및 충전 시간의 합계를 기초로 충전 상태를 결정하도록 구성된 것인 리튬-황 배터리 관리 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 회로가 상기 방전 및 충전 시간의 합계를 기초로 상기 배터리의 건전성(health)을 결정하도록 구성된 것인 리튬-황 배터리 관리 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 배터리의 온도를 감지하도록 구성된 제3 회로를 추가로 포함하며, 상기 제2 회로가 추가로 상기 배터리의 온도를 기초로 충전 상태를 결정하도록 구성된 것인 리튬-황 배터리 관리 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 고정된 전하량이 상기 방전 시간 동안 상기 배터리로부터 방전되는 제1의 고정된 전하량, 및 상기 충전 시간 동안 상기 배터리 내로 충전되는 제2의 고정된 전하량을 포함하며, 상기 제1의 고정된 전하량 및 상기 제2의 고정된 전하량은 방전 및 충전이 상기 배터리의 충전 상태에 유의미한 전체 효과를 갖지 않도록 서로 실질적으로 동일한 값인 리튬-황 배터리 관리 시스템.
  15. 리튬-황 배터리의 충전 상태를 결정하기 위한 방법으로서,
    제1 반응성 요소를 통해 제1의 고정된 전하량만큼 상기 리튬-황 배터리를 방전하는 제1 시간을 측정하는 단계;
    제2 반응성 요소를 통해 제2의 고정된 전하량만큼 상기 리튬-황 배터리를 충전하는 제2 시간을 측정하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 시간을 기초로 충전 상태를 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 반응성 요소는 선택적으로 상기 제2 반응성 요소와 동일한 반응성 요소이고, 상기 제1의 고정된 전하량은 선택적으로 상기 제2의 고정된 전하량과 동일한 전하량인, 리튬-황 배터리의 충전 상태를 결정하기 위한 방법.
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