KR20190010400A - 리튬 이온 전지의 충방전 시스템, 제어 장치 및 관련 방법 - Google Patents
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Abstract
종래의 펄스 충전 방법이 리튬 이온 전지의 분극, 리튬 석출 및 저온 충전 특성을 개선할 수 있지만, 복잡한 펄스 발생 장치는, 시스템의 비용, 체적 및 중량을 증가시켜, 신뢰성이 저감된다.
본 발명은, 리튬 이온 전지의 충방전 시스템, 제어 장치 및 관련 방법을 개시하고, 그것은, 리튬 이온 전지의 충방전의 기술 분야에 관한 것이다. 본 발명이 개시하는 기술적 해결 수단에 의하면, 주파수 변환 트리거 발진 충방전 장치와 상기 리튬 이온 전지 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여, 리튬 이온 전지의 충방전 전류가 발진 전류가 됨으로써, 리튬 이온 전지 또는 전지 팩의 직류 충방전을 회피하고, 리튬 이온 전지의 분극, 리튬 석출을 없애, 리튬 이온 전지의 서비스 수명을 연장하며, 리튬 이온 충전 임곗값 전압을 높여, 리튬 이온 전지의 충전량을 증가시키고, 전지의 내부의 온도 상승값을 제어하여, 리튬 이온 전지의 온도 적용 범위를 넓힌다.
본 발명은, 리튬 이온 전지의 충방전 시스템, 제어 장치 및 관련 방법을 개시하고, 그것은, 리튬 이온 전지의 충방전의 기술 분야에 관한 것이다. 본 발명이 개시하는 기술적 해결 수단에 의하면, 주파수 변환 트리거 발진 충방전 장치와 상기 리튬 이온 전지 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여, 리튬 이온 전지의 충방전 전류가 발진 전류가 됨으로써, 리튬 이온 전지 또는 전지 팩의 직류 충방전을 회피하고, 리튬 이온 전지의 분극, 리튬 석출을 없애, 리튬 이온 전지의 서비스 수명을 연장하며, 리튬 이온 충전 임곗값 전압을 높여, 리튬 이온 전지의 충전량을 증가시키고, 전지의 내부의 온도 상승값을 제어하여, 리튬 이온 전지의 온도 적용 범위를 넓힌다.
Description
본원은, 2017년 7월 20일에 출원된, 명칭이 "리튬 이온 전지의 충방전 시스템, 제어 장치 및 관련 방법"인 중국 특허출원 제201710597855.0호의 권익 및 우선권을 주장하고, 상기 중국 특허출원의 내용은 모두 참고로 여기에 원용된다.
본 발명은, 전지의 충방전의 기술 분야에 관하여, 구체적으로는, 리튬 이온 전지의 충전, 방전하는 방법, 시스템 및 그 제조 방법과, 리튬 이온 전지의 충전, 방전을 조정 제어하는 방법 및 제어 장치에 관한 것이다.
리튬 이온 전지는, 그 에너지 밀도가 크고, 사이클 수명이 길며, 친환경적인 등의 우위성에 의하여, 점점 주목을 끌고 있고, 최초의 디지털 기술 응용의 분야부터 전기 자동차 등의 동력 에너지 저장의 분야까지 보급되기 시작했다.
그러나, 리튬 이온 전지는, 직류 충방전의 경우에, 분극, 리튬 석출 등의 현상이 발생하기 때문에, 충방전 사이클 수명이 감소될 우려가 있다. 또, 북방의 극한 지역에서는, 충전 효율이 낮아, 전지의 성능이 불가역적으로 감쇠하지만, 남방의 고온 지역에서는, 충방전을 행하면, 전지의 온도가 한곗값을 초과하여, 안전상의 잠재적 리스크를 일으킬 우려가 있다. 리튬 이온 전지의 동작 온도의 범위를 제어하기 위하여, 일반적으로, 전지 시스템의 내부에 열관리 장치가 마련되어 있지만, 전지 시스템의 체적이 커져, 시스템의 에너지 밀도가 저하되고, 또 시스템의 비용도 높아져, 안전 계수가 저하된다. 또, 전지의 외부로부터의 가열 또는 외부로의 방열은, 에너지를 여분으로 소비할 필요가 있어, 전지의 온도의 불균형도 일으키기 쉽고, 전지의 관리도 곤란해진다.
종래의 펄스 충전 방법이 리튬 이온 전지의 분극, 리튬 석출 및 저온 충전 특성을 개선할 수 있지만, 복잡한 펄스 발생 장치는, 시스템의 비용, 체적 및 중량을 증가시켜, 신뢰성이 저감되어, 지금까지 보급되기 어려웠다.
종래의 기술에 존재하고 있는 상기 문제를 감안하면, 본 발명의 실시형태는, 리튬 이온 전지의 충방전 시스템, 제어 장치 및 관련 방법을 제공한다.
본 발명에서, 용어 "리튬 이온 전지"란, 리튬 이온 전지 셀, 리튬 이온 전지 팩 등의, 주로 리튬 이온이 정극과 부극의 사이로 이동함으로써 동작하는 축전 장치를 의미한다.
제1 형태에 의하면, 본 발명의 실시형태는, 리튬 이온 전지 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여 발진 전류를 발생시키는 공정과, 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하는 공정을 포함하는 리튬 이온 전지를 충전하는 방법을 제공한다. 본 발명의 하나의 실시형태에서는, 리튬 이온 전지의 상태 파라미터(예를 들면, 온도, 충전 상태(State of Charge, SOC), 전압, 내부 저항, 사이즈, 중량, 타입, 외관, 구조, 재료 등을 포함함)에 근거하여, 적어도 2종의 발진 전류를(예를 들면, 교대로) 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하고, 상기 적어도 2종의 발진 전류 중 적어도 1종의 발진 전류의 주파수는 다른 발진 전류보다 높다. 바람직하게는, 상기 적어도 2종의 발진 전류는 적어도 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 포함하고, 제1 발진 전류의 주파수는 제2 발진 전류의 주파수보다 높다.
바람직하게는, 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여, 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 충전 파라미터를 결정하는 공정과, 상기 충전 파라미터에 근거하여, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하는 공정을 포함할 수 있다. 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 충전 파라미터를 결정하는 공정은, 미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 충전 파라미터 세트로부터, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 대응하는 충전 파라미터를 색출하는 공정을 포함할 수 있다. 상기 충전 파라미터는, 제2 발진 전류의 주파수 범위, 제1 발진 전류의 지속 시간 및 충전 전류 진폭을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 제1 발진 전류의 주파수는 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 이상이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것이다. 구체적으로는, 상기 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 소정의 주파수 범위(예를 들면, 0Hz~1000kHz, 구체적으로는, 0.01Hz~100kHz 등)에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피에 근거하여, SOC가 제1 값(0~100% 중 임의의 값, 예를 들면 10%)인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제1 온도(-70~100℃ 중 임의의 값, 예를 들면 0℃)에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 각 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값이, 상기 온도에서의 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 하한 fcd가 되고, 상기 직선과 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 고주파 영역에서의 교점이, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg가 됨으로써, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는 fcd~fg가 된다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시형태에서는, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, T2는 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 나타내며, n은 0 이상의 정수이다.
상기 충전 파라미터에 근거하여, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하고, 또한 상기 충전 전류 진폭을 증가시키는 공정과, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도가 제1 온도보다 높아지면, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 그대로 유지하여, 상기 충전 전류 진폭을 증가시키는 공정과, 상기 리튬 이온 전지의 단자 전압이 충전 전압의 상한에 도달하면, 충전이 종료될 때까지 상기 충전 전류 진폭을 감소시키는 공정을 포함한다.
구체적으로는, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 제1 온도 이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하는 공정과, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 소정 온도(예를 들면, 10℃) 저하되는 공정에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 공정을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 발생시키는 발진 회로를 트리거하기 위한 발진 트리거 신호의 펄스폭과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, T0은 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭을 나타내며, k는 0보다 크고 1 이하의 실수이다. 그렇다면, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고, 여기에서, n은 0 이상의 정수이다.
그렇다면, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은, 상기 발진 트리거 신호를 조정함(예를 들면, 상기 발진 트리거 신호의 개수를 조정함)으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함한다.
제2 형태에 의하면, 본 발명의 실시형태는, 리튬 이온 전지가 그 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여 발진 전류를 발생시키는 공정과, 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 상기 발진 전류의 형태로 방전시켜, 즉 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여 부하에 상기 발진 전류를 공급하는 공정을 포함하는 리튬 이온 전지의 방전 방법을 제공한다. 즉, 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를, 그 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여, 발진 전류의 형태로 방전시킨다. 본 발명의 하나의 실시형태에서는, 리튬 이온 전지의 상태 파라미터(예를 들면, 온도, SOC, 전압, 내부 저항, 사이즈, 중량, 타입, 외관, 구조, 재료 등을 포함함)에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를, 적어도 2종의 발진 전류, 예를 들면 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로(예를 들면, 교대로) 방전시키고, 상기 적어도 2종의 발진 전류 중 적어도 1종의 발진 전류의 주파수는 다른 발진 전류보다 높으며, 예를 들면 제1 발진 전류의 주파수는 제2 발진 전류의 주파수보다 높다. 구체적으로는, 바람직하게는, 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 방전 파라미터를 결정하는 공정과, 상기 방전 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키는 공정을 포함한다.
바람직하게는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 방전 파라미터를 결정하는 공정은, 미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 방전 파라미터 세트로부터, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 대응하는 방전 파라미터를 색출하는 공정을 포함한다. 상기 방전 파라미터는, 제2 발진 전류의 주파수 범위 및 제1 발진 전류의 지속 시간을 포함한다. 바람직하게는, 상기 제1 발진 전류의 주파수는 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 이상이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것이다. 구체적으로는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 소정의 주파수 범위(예를 들면, 0Hz~1000kHz, 구체적으로는, 0.01Hz~100kHz 등)에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피에 근거하여, SOC가 제2 값(0~100% 중 임의의 값, 예를 들면 90%)인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제2 온도(-70~100℃ 중 임의의 값, 예를 들면 -20℃)에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 각 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값이, 상기 온도에서의 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 하한 fdd가 되고, SOC가 제2 값보다 작은 제1 값(0~100%로 제2 값보다 작은 임의의 값, 예를 들면 10%)인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제2 온도보다 큰 제1 온도(-70~100℃로 제2 온도보다 큰 임의의 값, 예를 들면 0℃)에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 고주파 영역에서의 교점이, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg가 됨으로써, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위가 fdd~fg가 되는 공정을 포함한다.
상기 제1 발진 전류의 지속 시간과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, T2는 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 나타내며, n은 0 이상의 정수이다.
상기 방전 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함한다. 또한, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 제1 온도(예를 들면, 0℃) 이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하고, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 소정 온도(예를 들면, 10℃) 저하되는 공정에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 공정을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 발생시키는 발진 회로를 트리거하기 위한 발진 트리거 신호의 펄스폭과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, T0은 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭을 나타내며, k는 0보다 크고 1 이하의 실수이다. 그렇다면, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고, 여기에서, n은 0 이상의 정수이다. 따라서, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은, 상기 발진 트리거 신호를 조정함(예를 들면, 상기 발진 트리거 신호의 개수를 조정함)으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함할 수 있다.
제3 형태에 의하면, 본 발명의 실시형태는, 리튬 이온 전지의 상태 파라미터, 예를 들면 온도 및 SOC, 또는 전압, 내부 저항, 사이즈, 중량, 타입, 외관, 구조, 재료 등을 관측하는 공정과, 관측된 온도 및 SOC에 근거하여 리튬 이온 전지의 충전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정과, 리튬 이온 전지 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여 발진 전류를 발생시키는 공정과, 상기 결정된 충전 조정 제어 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지에 상기 발진 전류를 공급하고, 예를 들면 적어도 2종의 발진 전류, 예를 들면 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 교대로 공급하는 공정을 포함하는 리튬 이온 전지의 충전 과정을 조정 제어하는 방법을 제공한다. 상기 적어도 2종의 발진 전류 중 적어도 1종의 발진 전류의 주파수는 다른 발진 전류보다 높고, 예를 들면 상기 제1 발진 전류의 주파수는 상기 제2 발진 전류의 주파수보다 높다. 예를 들면, 상기 충전 조정 제어 파라미터는, 제2 발진 전류의 주파수 범위, 제1 발진 전류의 지속 시간 및 충전 전류 진폭을 포함할 수 있으며, 또한 상기 제1 발진 전류의 주파수는 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 이상이다. 바람직하게는, 관측된 온도 및 SOC에 근거하여 충전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정은, 미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 충전 조정 제어 파라미터 세트로부터, 상기 관측된 온도 및 SOC에 대응하는 충전 조정 제어 파라미터를 색출하는 공정을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것이다. 바람직하게는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 소정의 주파수 범위(예를 들면, 0Hz~1000kHz, 구체적으로는, 0.01Hz~100kHz)에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피에 근거하여, SOC가 제1 값(0~100% 중 임의의 값, 예를 들면 10%)인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제1 온도(-70~100℃ 중 임의의 값, 예를 들면 0℃)에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 각 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값이, 상기 온도에서의 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 하한 fcd가 되고, 상기 직선과 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 고주파 영역에서의 교점이, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg가 됨으로써, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위가 fcd~fg가 되는 공정을 포함한다. 또, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, T2는 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 나타내며, n은 0 이상의 정수이다.
또, 상기 충전 조정 제어 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지에 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 공급하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하고, 또한 상기 충전 전류 진폭을 증가시키는 공정과, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도가 제1 온도, 예를 들면 0보다 커지면, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 그대로 유지하여, 상기 충전 전류 진폭을 증가시키는 공정과, 상기 리튬 이온 전지의 단자 전압이 충전 전압의 상한에 도달하면, 충전이 종료될 때까지 상기 충전 전류 진폭을 감소시키는 공정을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 제1 온도, 예를 들면 0℃ 이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하고, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 소정 온도, 예를 들면 10℃ 저하되는 공정에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 공정을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 발생시키는 발진 회로를 트리거하기 위한 발진 트리거 신호의 펄스폭과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, T0은 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭을 나타내며, k는 0보다 크고 1 이하의 실수이다. 또, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고, 여기에서, n은 0 이상의 정수이다. 따라서, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은, 상기 발진 트리거 신호를 조정함으로써 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함한다. 예를 들면, 발진을 연속하여 트리거하는 트리거 신호의 개수를 조정함으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정한다.
제4 형태에 의하면, 본 발명의 실시형태는, 상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터, 예를 들면 온도, SOC, 전압, 내부 저항, 사이즈, 중량, 타입, 외관, 구조, 재료 등 중 1종 또는 복수 종을 관측하는 공정과, 상기 관측된 온도 및 SOC에 근거하여 리튬 이온 전지의 방전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정과, 리튬 이온 전지가 그 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여 발진 전류를 발생시키는 공정과, 상기 방전 조정 제어 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 상기 발진 전류의 형태로 방전시키고, 예를 들면 적어도 2종의 발진 전류(예를 들면, 제1 발진 전류와 제2 발진 전류)의 형태로 방전시키는 공정을 포함하는 리튬 이온 전지의 방전 과정을 조정 제어하는 방법을 제공한다. 즉, 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를, 그 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여, 발진 전류의 형태로 방전시킨다. 상기 적어도 2종의 발진 전류 중 적어도 1종의 발진 전류의 주파수는 다른 발진 전류보다 높고, 예를 들면 상기 제1 발진 전류의 주파수는 상기 제2 발진 전류의 주파수보다 높다. 상기 방전 조정 제어 파라미터는, 제2 발진 전류의 주파수 범위 및 제1 발진 전류의 지속 시간을 포함할 수 있으며, 또한 상기 제1 발진 전류의 주파수는 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 이상이다. 상기 관측된 온도 및 SOC에 근거하여 리튬 이온 전지의 방전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정은, 미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 방전 조정 제어 파라미터 세트로부터, 상기 관측된 온도 및 SOC에 대응하는 방전 조정 제어 파라미터를 색출하는 공정을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것이다. 구체적으로는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 소정의 주파수 범위(0Hz~1000kHz, 예를 들면 0.01Hz~100kHz)에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피에 근거하여, SOC가 제2 값(0~100% 중 임의의 값, 예를 들면 90%)인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제2 온도(-70~100℃ 중 임의의 값, 예를 들면 -20℃)에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 각 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값이, 상기 온도에서의 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 하한 fdd가 되고, SOC가 제1 값(0~100%로 제2 값보다 작은 임의의 값, 예를 들면 10%)인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제1 온도(-70~100℃로 제2 온도보다 큰 임의의 값, 예를 들면 0℃)에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 고주파 영역에서의 교점이, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg가 됨으로써, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위가 fdd~fg가 되는 공정을 포함할 수 있다. 또, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, T2는 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 나타내며, n은 0 이상의 정수이다.
또, 상기 방전 조정 제어 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함한다. 구체적으로는, 바람직하게는, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 제1 온도, 예를 들면 0℃ 이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하고, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 소정 온도, 예를 들면 10℃ 저하되는 공정에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 공정을 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 발생시키는 발진 회로를 트리거하기 위한 발진 트리거 신호의 펄스폭과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, T0은 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭을 나타내며, k는 0보다 크고 1 이하의 실수이다. 또, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고, 여기에서, n은 0 이상의 정수이다. 따라서, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은, 상기 발진 트리거 신호를 조정함(예를 들면, 상기 발진 트리거 신호의 개수를 조정함)으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함할 수 있다.
제5 형태에 의하면, 본 발명의 실시형태는, 제1 충전 장치와, 제1 충전 장치와 리튬 이온 전지의 사이에 접속된 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 포함하는 리튬 이온 전지의 충전 시스템을 제공한다. 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치는, 상기 리튬 이온 전지 자체의 임피던스 특성으로 발진 회로를 구성함으로써, 상기 발진 회로에서 발생한 발진 전류를 이용하여, 상기 리튬 이온 전지를 충전한다. 예를 들면, 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치는, 적어도 2종의 발진 전류, 예를 들면 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 이용하여, 상기 리튬 이온 전지를 충전하고, 상기 적어도 2종 중 적어도 1종의 발진 전류의 주파수는 다른 발진 전류보다 높으며, 예를 들면 제1 발진 전류의 주파수는 제2 발진 전류의 주파수보다 높다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시형태에서는, 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치는, 상기 제1 충전 장치와 병렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과, 상기 리튬 이온 전지와 병렬로 접속되어 상기 발진 회로를 형성하는 발진 수단과, 상기 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단의 사이에 접속된 발진 플립 플롭을 포함한다. 상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 회로를 트리거하여 상기 발진 전류를 발생시키며, 예를 들면 적어도 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 포함하는 적어도 2종의 발진 전류를 발생시킨다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치는, 상기 제1 충전 장치와 병렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과, 상기 에너지 저장 환류 수단과 직렬로 접속된 발진 수단과, 상기 발진 수단과 병렬로 접속된 발진 플립 플롭을 포함한다. 상기 직렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단은, 상기 리튬 이온 전지와 직렬로 접속되어, 상기 발진 회로를 형성하고, 상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 회로를 트리거하여 상기 발진 전류를 발생시키며, 예를 들면 적어도 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 포함하는 적어도 2종의 발진 전류를 발생시킨다.
또한, 상기 시스템은, 상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터(예를 들면, 온도, SOC, 내부 저항, 전압, 사이즈, 중량, 타입, 외관, 구조, 재료 등 중 1종 또는 복수 종)에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지에 적어도 2종의 발진 전류, 예를 들면 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 공급하도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 제어하는 제어 장치를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 제어 장치가, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지에 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 공급하도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 제어하는 것은, 상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 충전 파라미터를 결정하는 것과, 상기 충전 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지에 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 공급하는 것을 포함한다. 상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 충전 파라미터를 결정하는 것은, 미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 충전 파라미터 세트로부터, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 대응하는 충전 파라미터를 색출하는 것을 포함할 수 있다. 또, 상기 충전 파라미터는, 제2 발진 전류의 주파수 범위, 제1 발진 전류의 지속 시간 및 충전 전류 진폭을 포함한다. 상기 제1 발진 전류의 주파수는, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 이상이다.
바람직하게는, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것이다. 구체적으로는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 소정의 주파수 범위(예를 들면, 0Hz~1000kHz, 구체적으로는, 0.01Hz~100kHz)에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피에 근거하여, SOC가 제1 값(0~100%로부터 선택할 수 있고, 예를 들면 10%)인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제1 온도(-70~100℃로부터 선택할 수 있고, 예를 들면 0℃)에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 각 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값이, 상기 온도에서의 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 하한 fcd가 되고, 상기 직선과 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 고주파 영역에서의 교점이, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg가 되며, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위가 fcd~fg가 되는 공정을 포함할 수 있다. 또, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, T2는 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 나타내며, n은 0 이상의 정수이다.
또, 상기 제어 장치가, 상기 충전 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지에 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 공급하도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 제어하는 것은, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하고, 또한 상기 충전 전류 진폭을 증가시키는 것과, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도가 제1 온도, 예를 들면 0℃보다 커지면, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 그대로 유지하여, 상기 충전 전류 진폭을 증가시키는 것과, 상기 리튬 이온 전지의 단자 전압이 충전 전압의 상한에 도달하면, 충전이 종료될 때까지 상기 충전 전류 진폭을 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 것은, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 제1 온도, 예를 들면 0℃ 이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하고, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 소정 온도, 예를 들면 10℃ 저하되는 것에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 것을 포함한다.
바람직하게는, 상기 발진 플립 플롭의 발진 트리거 신호의 펄스폭과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, T0은 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭을 나타내며, k는 0보다 크고 1 이하의 실수이다. 또, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고, 여기에서, n은 0 이상의 정수이다. 따라서, 상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 것은, 상기 발진 트리거 신호를 조정함(예를 들면, 상기 발진 트리거 신호의 개수를 조정함)으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 것을 포함할 수 있다.
제6 형태에 의하면, 본 발명의 실시형태는, 부하와 리튬 이온 전지의 사이에 접속된 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 포함하는 리튬 이온 전지의 방전 시스템을 제공한다. 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치는, 리튬 이온 전지 자체의 임피던스 특성으로 발진 회로를 구성함으로써, 상기 리튬 이온 전지를, 상기 발진 회로에서 발생한 발진 전류의 형태로 방전시키고, 예를 들면 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치는, 상기 리튬 이온 전지를, 적어도 2종의 발진 전류의 형태로 방전시키며, 상기 적어도 2종의 발진 전류 중 적어도 1종의 발진 전류의 주파수는 다른 발진 전류보다 높다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시형태에서, 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치는, 상기 부하와 병렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과, 상기 리튬 이온 전지와 병렬로 접속되어 상기 발진 회로를 형성하는 발진 수단과, 상기 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단의 사이에 접속된 발진 플립 플롭을 포함한다. 상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 회로를 트리거하여 상기 발진 전류를 발생시키며, 예를 들면 상기 적어도 2종의 발진 전류를 발생시킨다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치는, 부하와 병렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과, 상기 에너지 저장 환류 수단과 직렬로 접속된 발진 수단과, 상기 발진 수단과 병렬로 접속된 발진 플립 플롭을 포함한다. 상기 직렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단은, 상기 리튬 이온 전지와 직렬로 접속되어, 상기 발진 회로를 형성하고, 상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 회로를 트리거하여 상기 발진 전류를 발생시키며, 예를 들면 상기 적어도 2종의 발진 전류를 발생시킨다.
또한, 상기 시스템은, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를 상기 적어도 2종의 발진 전류의 형태로 방전시키도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 제어하는 제어 장치를 더 포함하고, 상기 적어도 2종의 발진 전류는 적어도 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 포함하며, 상기 제1 발진 전류의 주파수가 상기 제2 발진 전류의 주파수보다 높다. 상기 제어 장치가, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를 상기 적어도 2종의 발진 전류의 형태로 방전시키도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 제어하는 것은, 상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 방전 파라미터를 결정하는 것과, 상기 방전 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키는 것을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 방전 파라미터를 결정하는 것은, 미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 방전 파라미터 세트로부터, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 대응하는 방전 파라미터를 색출하는 것을 포함한다. 상기 방전 파라미터는, 제2 발진 전류의 주파수 범위 및 제1 발진 전류의 지속 시간을 포함할 수 있다. 또, 상기 제1 발진 전류의 주파수는 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 이상이다.
바람직하게는, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것이다. 구체적으로는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 소정의 주파수 범위(0Hz~1000kHz, 예를 들면 0.01Hz~100kHz)에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피에 근거하여, SOC가 제2 값(0~100% 중 임의의 값, 예를 들면 90%)인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제2 온도(-70~100℃ 중 임의의 값, 예를 들면 -20℃)에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 각 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값이, 상기 온도에서의 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 하한 fdd가 되고, SOC가 제1 값(0~100%로 제2 값보다 작은 임의의 값, 예를 들면 10%)인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제1 온도(-70~100℃로 제2 온도보다 큰 임의의 값, 예를 들면 0℃)에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 고주파 영역에서의 교점이, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg가 됨으로써, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위가 fdd~fg가 되는 공정을 포함할 수 있다. 또, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, T2는 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 나타내며, n은 0 이상의 정수이다. 또, 상기 제어 장치가 상기 방전 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 제어하는 것은, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하여, 구체적으로는, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 제1 온도, 예를 들면 0℃ 이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하고, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 소정 온도, 예를 들면 10℃ 저하되는 것에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 것을 포함한다.
바람직하게는, 상기 발진 플립 플롭의 발진 트리거 신호의 펄스폭과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, T0은 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭을 나타내며, k는 0보다 크고 1 이하의 실수이다. 또, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고, 여기에서, n은 0 이상의 정수이다. 따라서, 상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 것은, 상기 발진 트리거 신호를 조정함(예를 들면, 상기 발진 트리거 신호의 개수를 조정함)으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 것을 포함할 수 있다.
제7 형태에 의하면, 본 발명의 실시형태는, 컴퓨터 가독 명령(또는 프로그램) 및 데이터가 기억된 메모리와, 상기 컴퓨터 가독 명령(또는 프로그램)을 실행함으로써 제3 형태에 기재된 방법의 일부 또는 전부의 동작(또는 처리 또는 스텝)을 실행하는 프로세서를 포함하는 리튬 이온 전지의 충전 조정 제어를 위한 제어 장치를 제공한다.
제8 형태에 의하면, 본 발명의 실시형태는, 컴퓨터 가독 명령(또는 프로그램) 및 데이터가 기억된 메모리와, 상기 컴퓨터 가독 명령(또는 프로그램)을 실행함으로써 제4 형태에 기재된 방법의 일부 또는 전부의 동작(또는 처리 또는 스텝)을 실행하는 프로세서를 포함하는 리튬 이온 전지의 방전 조정 제어를 위한 제어 장치를 제공한다.
제9 형태에 의하면, 본 발명의 실시형태는, 제1 충전 장치를 제공하는 공정과, 리튬 이온 전지를 제공하는 공정과, 상기 제1 충전 장치와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 마련하는 공정을 포함하는 리튬 이온 전지 충전 시스템의 제조 방법을 제공한다. 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치는, 상기 리튬 이온 전지의 임피던스 특성으로 발진 회로를 구성함으로써, 발진 전류를 발생시키고, 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치는, 상기 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하며, 예를 들면 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치는, 상기 적어도 2종의 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하고, 상기 적어도 2종의 발진 전류 중 적어도 1종의 발진 전류의 주파수는 다른 발진 전류보다 높다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시형태에서는, 상기 제1 충전 장치와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 마련하는 공정은, 에너지 저장 환류 수단을 제공하여, 상기 에너지 저장 환류 수단을 상기 제1 충전 장치와 병렬로 접속하는 공정과, 발진 수단을 제공하여, 상기 발진 수단을 상기 리튬 이온 전지와 병렬로 접속하여 상기 발진 회로를 형성하는 공정과, 발진 플립 플롭을 제공하여, 상기 발진 플립 플롭을 상기 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단의 사이에 접속하는 공정을 포함한다. 상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 상기 제1 충전 장치와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 마련하는 공정은, 에너지 저장 환류 수단을 제공하여, 상기 에너지 저장 환류 수단을 상기 제1 충전 장치와 병렬로 접속하는 공정과, 상기 에너지 저장 환류 수단과 직렬로 접속된 발진 수단을 제공하여, 상기 직렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단을 상기 리튬 이온 전지와 직렬로 접속하여 상기 발진 회로를 형성하는 공정과, 발진 플립 플롭을 제공하여, 상기 발진 플립 플롭을 상기 발진 수단과 병렬로 접속하는 공정을 포함한다. 상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거한다.
또한, 상기 방법은, 상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지에 상기 발진 전류를 공급하도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 제어하는 제어 장치를 제공하는 공정을 더 포함할 수 있으며, 상기 제어 방법은 상기 조정 제어 방법과 동일하여, 여기에서 반복 설명하지 않는다.
제10 형태에 의하면, 본 발명의 실시형태는, 리튬 이온 전지를 제공하는 공정과, 부하와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 마련하는 공정을 포함하는 리튬 이온 전지 방전 시스템의 제조 방법을 제공한다. 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치는, 상기 리튬 이온 전지의 임피던스 특성으로 발진 회로를 구성함으로써, 발진 전류를 발생시키고, 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치는, 상기 리튬 이온 전지를 상기 발진 전류의 형태로 방전시키며, 예를 들면 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치는, 상기 리튬 이온 전지를 상기 적어도 2종의 발진 전류의 형태로 방전시키고, 상기 적어도 2종의 발진 전류 중 적어도 1종의 발진 전류의 주파수는 다른 발진 전류보다 높다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시형태에서, 부하와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 마련하는 공정은, 에너지 저장 환류 수단을 제공하여, 상기 에너지 저장 환류 수단을 상기 부하와 병렬로 접속하는 공정과, 발진 수단을 제공하여, 상기 발진 수단을 상기 리튬 이온 전지와 병렬로 접속하여 상기 발진 회로를 형성하는 공정과, 발진 플립 플롭을 제공하여, 상기 발진 플립 플롭을 상기 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단의 사이에 접속하는 공정을 포함한다. 상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 부하와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 마련하는 공정은, 에너지 저장 환류 수단을 제공하여, 상기 에너지 저장 환류 수단을 부하와 병렬로 접속하는 공정과, 상기 에너지 저장 환류 수단과 직렬로 접속된 발진 수단을 제공하여, 상기 직렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단을 상기 리튬 이온 전지와 직렬로 접속하여 상기 발진 회로를 형성하는 공정과, 발진 플립 플롭을 제공하여, 상기 발진 플립 플롭을 상기 발진 수단과 병렬로 접속하는 공정을 포함한다. 상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거한다.
또한, 상기 방법은, 상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를 상기 발진 전류의 형태로 방전시키도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 제어하는 제어 장치를 제공하는 공정을 더 포함할 수 있으며, 상기 제어 방법은 상기 조정 제어 방법과 동일하여, 여기에서 반복 설명하지 않는다.
본 발명의 상기 각 형태의 다양한 다른 실시형태에 의하면, 리튬 이온 전지(전지 셀 및 전지 팩을 포함함)의 충전, 방전 과정에서는, 종래의 충전 장치/부하측의 충전, 방전 전류가 직류 전류이며, 리튬 이온 전지가 발진 전류로 충전, 방전을 행함으로써, 리튬 이온 전지의 직류 충전, 방전을 회피하고, 리튬 이온 전지의 분극, 리튬 석출을 없애, 리튬 이온 전지의 서비스 수명을 연장하며, 리튬 이온 충전 임곗값 전압을 높여 리튬 이온 전지의 충전량을 증가시키고, 주파수가 보다 높은 다른 발진 전류로 리튬 이온 전지의 내부 가열을 행하여, 전지의 내부의 온도 상승값을 제어하여, 리튬 이온 전지의 온도 적용 범위를 넓힌다.
이하, 본 발명의 실시형태의 각 형태, 특징, 이점 등에 대하여, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 이하에서 도면을 참조하면서 구체적으로 설명함으로써, 본 발명의 상기 형태, 특징, 이점 등은 보다 명확해진다.
본 발명의 각 실시형태의 기술적 해결 수단을 보다 명확하게 설명하기 위하여, 이하, 실시형태의 기재에 필요한 도면에 대하여 간단하게 소개하고, 명확하게, 이하의 기재에서의 도면은, 본 발명의 몇 개의 실시형태에 지나지 않으며, 당업자에게 있어서, 창조적 노동을 하지 않고, 이들 도면으로부터 다른 도면을 얻을 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 리튬 이온 전지의 충전 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 관한 리튬 이온 전지의 충전 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 3에 관한 리튬 이온 전지의 충전 시스템의 블록도이다.
도 4a는 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 충전 시스템에 있어서의 발진 플립 플롭의 다른 접속 방법을 나타낸 도면이다.
도 4b는 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 충전 시스템에 있어서의 발진 플립 플롭의 다른 접속 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예 4에 관한 리튬 이온 전지의 충전 시스템의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 SOC=10%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예 5에 관한 리튬 이온 전지의 방전 시스템의 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 6에 관한 리튬 이온 전지의 방전 시스템의 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 7에 관한 리튬 이온 전지의 방전 시스템의 블록도이다.
도 10a는 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 방전 시스템에 있어서의 발진 플립 플롭의 다른 접속 방법을 나타낸 도면이다.
도 10b는 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 방전 시스템에 있어서의 발진 플립 플롭의 다른 접속 방법을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예 8에 관한 리튬 이온 전지의 방전 시스템의 블록도이다.
도 12는 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 SOC=90%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예 9에 관한 리튬 이온 전지의 충방전 시스템의 블록도이다.
도 14a는 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 충방전 시스템에 있어서의 발진 플립 플롭의 다른 접속 방법을 나타낸 도면이다.
도 14b는 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 충방전 시스템에 있어서의 발진 플립 플롭의 다른 접속 방법을 나타낸 도면이다.
도 14c는 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 충방전 시스템에 있어서의 발진 플립 플롭의 다른 접속 방법을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시형태에 있어서의 리튬 이온 전지의 고유 임피던스 특성의 개략도이다.
도 16a는 본 발명의 실시형태에 있어서의 리튬 이온 전지의 고유 임피던스 특성을 함유하는 주파수 변환 트리거 발진 충방전 회로의 개략도이다.
도 16b는 본 발명의 실시형태에 있어서의 리튬 이온 전지의 고유 임피던스 특성을 함유하는 주파수 변환 트리거 발진 충방전 회로의 개략도이다.
도 17은 본 발명의 실시형태에 있어서의 리튬 이온 전지의 다른 온도에서의 임피던스 스펙트로스코피의 개략도이다.
도 18은 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 충방전을 위한 발진 회로를 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시형태에 있어서의 트리거 발진을 제어하는 타이밍의 개략도이다.
도 20은 본 발명의 실시형태에 있어서의 중간 주파 쌍방향 발진 전류와 고주파 발진 전류의 파형의 개략도이다.
도 21은 본 발명의 실시형태에 있어서의 리튬 이온 전지의 충전 과정을 조정 제어하는 방법의 개략 흐름도이다.
도 22는 본 발명의 실시형태에 있어서의 리튬 이온 전지의 방전 과정을 조정 제어하는 방법의 개략 흐름도이다.
도 23은 본 발명의 실시예 10에 따라 리튬 이온 전지의 중간 주파 쌍방향 발진 충전 전류의 주파수 범위의 하한을 결정하는 개략 흐름도이다.
도 24는 본 발명의 실시예 10에 따라 리튬 이온 전지의 중간 주파 쌍방향 발진 방전 전류의 주파수 범위의 하한을 결정하는 개략 흐름도이다.
도 25는 본 발명의 실시예 10에 따라 리튬 이온 전지의 중간 주파 쌍방향 발진 충방전 전류의 주파수 범위의 상한을 결정하는 개략 흐름도이다.
도 26a는 응용예 1에 있어서의 삼원계 리튬 이온 전지의 25℃의 온도 환경 및 주파수 범위 0.01Hz~100kHz에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피를 나타낸 도면이다.
도 26b는 응용예 1에 있어서의 삼원계 리튬 이온 전지의 0℃의 온도 환경 및 주파수 범위 0.01Hz~100kHz에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피를 나타낸 도면이다.
도 26c는 응용예 1에 있어서의 삼원계 리튬 이온 전지의 -10℃의 온도 환경 및 주파수 범위 0.01Hz~100kHz에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피를 나타낸 도면이다.
도 26d는 응용예 1에 있어서의 삼원계 리튬 이온 전지의 -25℃의 온도 환경 및 주파수 범위 0.01Hz~100kHz에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피를 나타낸 도면이다.
도 27a는 응용예 1에 있어서의 삼원계 리튬 이온 전지의 -10℃의 온도 환경에서의 중간 주파 쌍방향 발진 전류와 고주파 발진 전류의 주파수 범위를 나타낸 도면이다.
도 27b는 응용예 1에 있어서의 삼원계 리튬 이온 전지의 -25℃의 온도 환경에서의 중간 주파 쌍방향 발진 전류와 고주파 발진 전류의 주파수 범위를 나타낸 도면이다.
도 28은 응용예 1에 있어서의 실시예 3에 따라 구축된 주파수 변환 트리거 발진 충전 회로를 나타낸 도면이다.
도 29는 도 28의 분류기를 통과하는 전류의 파형을 나타낸 도면이다.
도 30은 응용예 1에 있어서의 충전 과정의 온도 상승 과정을 나타낸 도면이다.
도 31a는 응용예 2에 있어서의 본 발명의 실시형태에 관한 발진 충전/직류 방전 회로를 나타낸 도면이다.
도 31b는 응용예 2에 있어서의 비교용의 종래의 직류 충전/직류 방전 회로를 나타낸 도면이다.
도 32a는 응용예 2에 있어서의 중간 주파 쌍방향 발진 정방향 전류 진폭, 반방향 전류 진폭, 트리거 펄스폭을 나타낸 도면이다.
도 32b는 응용예 2에 있어서의 중간 주파 쌍방향 발진 충전 사이클을 나타낸 도면이다.
도 33a는 응용예 2에 있어서의 발진 충전과 종래의 충전의 사이클 횟수의 비교를 나타낸 도면이다.
도 33b는 응용예 2에 있어서의 발진 충전과 종래의 충전의 온도 상승값의 비교를 나타낸 도면이다.
도 34a는 응용예 3에 있어서의 본 발명의 실시형태에 관한 직류 충전/발진 방전 회로를 나타낸 도면이다.
도 34b는 응용예 3에 있어서의 비교용의 종래의 직류 충전/직류 방전 회로를 나타낸 도면이다.
도 35a는 응용예 3에 있어서의 발진 방전과 직류 방전의 사이클 횟수의 비교를 나타낸 도면이다.
도 35b는 응용예 3에 있어서의 발진 방전과 직류 방전의 온도 제어의 비교를 나타낸 도면이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 리튬 이온 전지의 충전 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 관한 리튬 이온 전지의 충전 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 3에 관한 리튬 이온 전지의 충전 시스템의 블록도이다.
도 4a는 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 충전 시스템에 있어서의 발진 플립 플롭의 다른 접속 방법을 나타낸 도면이다.
도 4b는 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 충전 시스템에 있어서의 발진 플립 플롭의 다른 접속 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예 4에 관한 리튬 이온 전지의 충전 시스템의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 SOC=10%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예 5에 관한 리튬 이온 전지의 방전 시스템의 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 6에 관한 리튬 이온 전지의 방전 시스템의 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 7에 관한 리튬 이온 전지의 방전 시스템의 블록도이다.
도 10a는 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 방전 시스템에 있어서의 발진 플립 플롭의 다른 접속 방법을 나타낸 도면이다.
도 10b는 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 방전 시스템에 있어서의 발진 플립 플롭의 다른 접속 방법을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예 8에 관한 리튬 이온 전지의 방전 시스템의 블록도이다.
도 12는 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 SOC=90%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예 9에 관한 리튬 이온 전지의 충방전 시스템의 블록도이다.
도 14a는 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 충방전 시스템에 있어서의 발진 플립 플롭의 다른 접속 방법을 나타낸 도면이다.
도 14b는 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 충방전 시스템에 있어서의 발진 플립 플롭의 다른 접속 방법을 나타낸 도면이다.
도 14c는 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 충방전 시스템에 있어서의 발진 플립 플롭의 다른 접속 방법을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시형태에 있어서의 리튬 이온 전지의 고유 임피던스 특성의 개략도이다.
도 16a는 본 발명의 실시형태에 있어서의 리튬 이온 전지의 고유 임피던스 특성을 함유하는 주파수 변환 트리거 발진 충방전 회로의 개략도이다.
도 16b는 본 발명의 실시형태에 있어서의 리튬 이온 전지의 고유 임피던스 특성을 함유하는 주파수 변환 트리거 발진 충방전 회로의 개략도이다.
도 17은 본 발명의 실시형태에 있어서의 리튬 이온 전지의 다른 온도에서의 임피던스 스펙트로스코피의 개략도이다.
도 18은 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 충방전을 위한 발진 회로를 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시형태에 있어서의 트리거 발진을 제어하는 타이밍의 개략도이다.
도 20은 본 발명의 실시형태에 있어서의 중간 주파 쌍방향 발진 전류와 고주파 발진 전류의 파형의 개략도이다.
도 21은 본 발명의 실시형태에 있어서의 리튬 이온 전지의 충전 과정을 조정 제어하는 방법의 개략 흐름도이다.
도 22는 본 발명의 실시형태에 있어서의 리튬 이온 전지의 방전 과정을 조정 제어하는 방법의 개략 흐름도이다.
도 23은 본 발명의 실시예 10에 따라 리튬 이온 전지의 중간 주파 쌍방향 발진 충전 전류의 주파수 범위의 하한을 결정하는 개략 흐름도이다.
도 24는 본 발명의 실시예 10에 따라 리튬 이온 전지의 중간 주파 쌍방향 발진 방전 전류의 주파수 범위의 하한을 결정하는 개략 흐름도이다.
도 25는 본 발명의 실시예 10에 따라 리튬 이온 전지의 중간 주파 쌍방향 발진 충방전 전류의 주파수 범위의 상한을 결정하는 개략 흐름도이다.
도 26a는 응용예 1에 있어서의 삼원계 리튬 이온 전지의 25℃의 온도 환경 및 주파수 범위 0.01Hz~100kHz에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피를 나타낸 도면이다.
도 26b는 응용예 1에 있어서의 삼원계 리튬 이온 전지의 0℃의 온도 환경 및 주파수 범위 0.01Hz~100kHz에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피를 나타낸 도면이다.
도 26c는 응용예 1에 있어서의 삼원계 리튬 이온 전지의 -10℃의 온도 환경 및 주파수 범위 0.01Hz~100kHz에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피를 나타낸 도면이다.
도 26d는 응용예 1에 있어서의 삼원계 리튬 이온 전지의 -25℃의 온도 환경 및 주파수 범위 0.01Hz~100kHz에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피를 나타낸 도면이다.
도 27a는 응용예 1에 있어서의 삼원계 리튬 이온 전지의 -10℃의 온도 환경에서의 중간 주파 쌍방향 발진 전류와 고주파 발진 전류의 주파수 범위를 나타낸 도면이다.
도 27b는 응용예 1에 있어서의 삼원계 리튬 이온 전지의 -25℃의 온도 환경에서의 중간 주파 쌍방향 발진 전류와 고주파 발진 전류의 주파수 범위를 나타낸 도면이다.
도 28은 응용예 1에 있어서의 실시예 3에 따라 구축된 주파수 변환 트리거 발진 충전 회로를 나타낸 도면이다.
도 29는 도 28의 분류기를 통과하는 전류의 파형을 나타낸 도면이다.
도 30은 응용예 1에 있어서의 충전 과정의 온도 상승 과정을 나타낸 도면이다.
도 31a는 응용예 2에 있어서의 본 발명의 실시형태에 관한 발진 충전/직류 방전 회로를 나타낸 도면이다.
도 31b는 응용예 2에 있어서의 비교용의 종래의 직류 충전/직류 방전 회로를 나타낸 도면이다.
도 32a는 응용예 2에 있어서의 중간 주파 쌍방향 발진 정방향 전류 진폭, 반방향 전류 진폭, 트리거 펄스폭을 나타낸 도면이다.
도 32b는 응용예 2에 있어서의 중간 주파 쌍방향 발진 충전 사이클을 나타낸 도면이다.
도 33a는 응용예 2에 있어서의 발진 충전과 종래의 충전의 사이클 횟수의 비교를 나타낸 도면이다.
도 33b는 응용예 2에 있어서의 발진 충전과 종래의 충전의 온도 상승값의 비교를 나타낸 도면이다.
도 34a는 응용예 3에 있어서의 본 발명의 실시형태에 관한 직류 충전/발진 방전 회로를 나타낸 도면이다.
도 34b는 응용예 3에 있어서의 비교용의 종래의 직류 충전/직류 방전 회로를 나타낸 도면이다.
도 35a는 응용예 3에 있어서의 발진 방전과 직류 방전의 사이클 횟수의 비교를 나타낸 도면이다.
도 35b는 응용예 3에 있어서의 발진 방전과 직류 방전의 온도 제어의 비교를 나타낸 도면이다.
본 발명의 각 실시형태에 의하면, 본 발명의 리튬 이온 전지의 충방전 시스템, 제어 장치 및 관련 방법에서는, 리튬 이온 전지 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여 발진 전류를 발생시키고, 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전한다. 예를 들면, 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 적어도 2종의 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하고, 상기 적어도 2종의 발진 전류 중 적어도 1종의 발진 전류의 주파수는 다른 발진 전류보다 높다. 이하, 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 예로 들어 본 발명의 기술적 해결 수단을 설명하고, 당업자라면, 본 명세서에서 사용되는 단어 "제1", "제2"는 2종의 발진 전류를 구별하는 것을 의도하며, 발진 전류의 수를 제한하는 것을 의도하는 것이 아니라고 이해해야 한다. 또, 리튬 이온 전지의 상태 파라미터도, 후술하는 온도 및 SOC에 제한되는 것이 아니며, 전압, 내부 저항 등이어도 되고, 사이즈, 중량, 타입, 외관, 구조, 재료 등이어도 된다.
본 발명의 명세서 및 특허 청구범위와 상기 도면에 기술되는 몇 개의 방법에는, 일정한 순서로 기술되는 복수의 동작을 포함하지만, 당업자라면, 이들 동작은 반드시 그들이 본 명세서에서 나타나는 전후 순서로 실행되거나 또는 병렬 실행되는 것이 아니며, 동작 번호는 각 동작을 구별하는 것에 지나지 않고, 번호 자체는 임의의 실행 순서를 대표하지 않는다고 이해해야 한다.
본 발명의 기술적 해결 수단의 각 형태, 특징 및 이점을 용이하게 이해하기 위하여, 이하, 도면을 참조하면서 본 발명을 구체적으로 설명한다. 이하의 각 실시예는 예를 들어 설명하는 것에 지나지 않고, 본 발명의 보호 범위를 제한하기 위한 것은 아니라고 이해해야 한다.
(충전 시스템)
실시예 1
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 리튬 이온 전지의 충전 시스템을 나타낸다. 상기 리튬 이온 전지의 충전 시스템은, 제1 충전 장치(상기 제1 충전 장치는, 후술하는 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치와 구별하는 것에 지나지 않으며, 종래의 충전 장치(100)여도 되고, 다른 임의의 충전 장치여도 되며, 본 명세서에서 종래의 충전 장치를 예로 들어 설명함)와, 종래의 충전 장치(100)와 리튬 이온 전지(300)의 사이에 접속된 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치(200)를 포함할 수 있다. 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치(200)는, 상기 리튬 이온 전지(300) 자체의 임피던스 특성으로 발진 회로를 구성함으로써, 그 발진 회로에서 발생한 발진 전류를 이용하여 리튬 이온 전지를 충전한다. 본 발명의 하나의 실시형태에서, 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치(200)는, 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지(300)를 충전하고, 제1 발진 전류의 주파수는 제2 발진 전류의 주파수보다 높다. 제1 발진 전류는 후술하는 고주파 발진 전류이며, 제2 발진 전류는 후술하는 중간 주파 쌍방향 발진 전류이다. 예를 들면, 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 충전을 행하며, 전지의 온도가 0보다 작은 경우에 고주파 발진 전류를 더하여 내부 가열을 행하고, 전지의 온도가 0보다 커질 때까지 상승하는 경우에, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류를 공급하여 충전을 행한다. 본 발명의 다른 실시형태에서는, 전지의 온도가 항상 0보다 커지는 경우, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류를 이용하여 충전을 행한다.
종래의 직류 충전에 대하여, 본 실시예에서는 중간 주파 발진 전류를 이용하여 충전을 행함으로써, 리튬 이온 전지의 직류 충전을 회피하고, 리튬 이온 전지의 분극, 리튬 석출을 없애, 리튬 이온 전지의 내용연수를 연장하며, 리튬 이온 충전 임곗값 전압을 높여 리튬 이온 전지의 충전량을 증가시키고, 고주파 발진 전류로 리튬 이온 전지의 내부 가열을 행하여, 전지의 내부의 온도 상승값을 제어하여, 리튬 이온 전지의 온도 적용 범위를 넓힌다.
실시예 2
도 2는 본 발명의 실시예 2에 관한 리튬 이온 전지의 충전 시스템을 나타낸다. 본 실시예에서, 상기 시스템은, 마찬가지로, 종래의 충전 장치(100)와, 종래의 충전 장치(100)와 리튬 이온 전지(300)의 사이에 접속된 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치(200)를 포함하고, 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치(200)는, 상기 종래의 충전 장치와 병렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단(211)과, 상기 리튬 이온 전지(300)와 병렬로 접속되어 발진 회로를 형성하는 발진 수단(212)과, 상기 에너지 저장 환류 수단(211)과 발진 수단(212)의 사이에 접속된 발진 플립 플롭(K)을 포함할 수 있다. 상기 발진 플립 플롭(K)은, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거한다. 예를 들면, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 교대로 상기 리튬 이온 전지(300)에 제공하여 충전을 행한다. 제1 발진 전류는 후술하는 고주파 발진 전류이며, 제2 발진 전류는 후술하는 중간 주파 쌍방향 발진 전류이다. 예를 들면, 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 충전을 행하며, 전지의 온도가 0℃보다 작아지는 경우에 고주파 발진 전류를 더하여 내부 가열을 행하고, 전지의 온도가 0℃보다 커질 때까지 상승하는 경우에, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류를 공급하여 충전을 행한다. 본 발명의 다른 실시형태에서는, 전지의 온도가 항상 0℃보다 커지는 경우, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류를 이용하여 충전을 행한다.
본 발명의 실시예에서, 발진 수단(212)은, 콘덴서, 인덕터, 저항기 등 중 하나 또는 복수로 직병렬 접속 방식에 의하여 구성되며, 상기 에너지 저장 환류 수단(211)은, 콘덴서, 인덕터 등의 수동 또는 능동 에너지 저장 부품 중 하나 또는 복수로 직병렬 접속 방식에 의하여 구성된다. 발진 회로의 발진 기간에, 에너지 저장 환류 수단은, 종래의 충전 장치에 대하여 에너지 저장 환류의 역할을 하여, 충전 장치의 출력 전류를 리플률의 요건을 충족시키는 직류 전류로 유지하고, 예를 들면 직류 전류의 리플률이 0.1%~10%의 범위에 있다.
실시예 3
도 3은 본 발명의 실시예 3에 관한 리튬 이온 전지의 충전 시스템을 나타낸다. 본 실시예에서, 상기 시스템은 마찬가지로, 종래의 충전 장치(100)와, 종래의 충전 장치(100)와 리튬 이온 전지(300)의 사이에 접속된 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치(200)를 포함하고, 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치(200)는, 상기 종래의 충전 장치와 병렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단(211)과, 상기 에너지 저장 환류 수단(211)과 직렬로 접속된 발진 수단(212)과, 상기 발진 수단(212)과 병렬로 접속된 발진 플립 플롭(K)을 포함할 수 있다. 상기 직렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단(211)과 발진 수단(212)은, 상기 리튬 이온 전지(300)와 직렬로 접속되어 발진 회로를 형성하고, 상기 발진 플립 플롭(K)은, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거한다. 예를 들면, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 교대로 상기 리튬 이온 전지(300)에 제공하여 충전을 행한다. 제1 발진 전류는 후술하는 고주파 발진 전류이며, 제2 발진 전류는 후술하는 중간 주파 쌍방향 발진 전류이다. 예를 들면, 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 충전을 행하며, 전지의 온도가 0℃보다 작아지는 경우에 고주파 발진 전류를 더하여 내부 가열을 행하고, 전지의 온도가 0℃보다 커질 때까지 상승하는 경우에, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류를 공급하여 충전을 행한다. 본 발명의 다른 실시형태에서는, 전지의 온도가 항상 0℃보다 커지는 경우, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류를 이용하여 충전을 행한다.
본 발명의 실시예에서, 발진 수단(212)은, 콘덴서, 인덕터, 저항기 등 중 하나 또는 복수로 직병렬 접속 방식에 의하여 구성되며, 상기 에너지 저장 환류 수단(211)은, 콘덴서, 인덕터 등의 수동 또는 능동 에너지 저장 부품 중 하나 또는 복수로 직병렬 접속 방식에 의하여 구성된다. 발진 회로의 발진 기간에, 에너지 저장 환류 수단은, 종래의 충전 장치에 대하여 에너지 저장 환류의 역할을 하여, 충전 장치의 출력 전류를 리플률의 요건을 충족시키는 직류 전류로 유지하고, 예를 들면 직류 전류의 리플률이 0.1~10%의 범위에 있다.
본 발명의 상기와 하기의 충전 시스템의 각 실시예에서, 상기 발진 플립 플롭(K)은, MOSFET(금속-산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터), IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터), 트랜지스터 등의 능동 스위치 디바이스를 이용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 발진 플립 플롭(K)은, 발진 회로의 출력의 정극 또는 부극에 직렬로 접속되고, 능동 스위치가 오프가 되면, 발진하기 시작하도록 발진 회로를 트리거한다. 능동 스위치 디바이스 MOSFET, IGBT 등에 역병렬 다이오드가 존재하는 것을 고려하기 위하여, 리튬 이온 전지 발진 회로를 구체적으로 구축하면, 리튬 이온 전지 충전 시스템에서는, 발진 플립 플롭은 도 4a와 도 4b에 나타내는 구조를 가질 수 있으며, 여기에서, Kc는 충전용 발진 플립 플롭을 나타낸다.
당업자라면, 이상의 실시예 1~3은 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 예로 들어 설명하는 것에 지나지 않고, 물론, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 2종보다 많은 발진 전류를 이용하여 충전을 행할 수도 있어, 예를 들면 3종, 4종, 5종의 다른 주파수의 발진 전류를 이용하여 충전을 행할 수 있다고 이해해야 한다.
실시예 4
도 5에 나타내는 바와 같이, 본 실시예와 실시예 1~3의 차이로서는, 상기 시스템은, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지(300)에 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 공급하도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치(200)를 제어하는 제어 장치(400)를 더 포함한다. 구체적으로는, 상기 제어 장치(400)는, 상기 리튬 이온 전지(300)의 온도 및 SOC에 근거하여 충전 파라미터를 결정하고, 상기 충전 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지(300)에 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 교대로 공급한다. 예를 들면, 미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 충전 파라미터 세트로부터, 상기 리튬 이온 전지(300)의 온도 및 SOC에 대응하는 충전 파라미터를 찾아낸다. 상기 충전 파라미터는, 제2 발진 전류의 주파수 범위, 제1 발진 전류의 지속 시간 및 충전 전류 진폭 중의 1종 또는 복수 종을 포함한다. 상기 제1 발진 전류의 주파수는 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한보다 크다.
바람직하게는, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것이다. 예를 들면, 전기 화학 워크스테이션을 이용하여, 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 소정의 주파수 범위가 0.01Hz~100kHz인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피를 측정하고, SOC=10%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선에 있어서, 가로축에 평행으로 0℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피와 세로축의 교점을 통과하는 직선(예를 들면, 도 6의 A-D선)을 그리며, 모든 온도가 0℃보다 작은 임피던스 스펙트럼선과 그 평행선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값 fcd는, 그 온도에서의 대응하는 리튬 이온 전지의 발진 충전 트리거 주파수의 하한이다. 예를 들면, 도 6의 -10℃에서의 임피던스 스펙트럼선과 평행선 A-D의 교점 B에 대응하는 fcd1=2.3Hz이고, -20℃에서의 임피던스 스펙트럼선과 평행선 A-D의 교점 C에 대응하는 fcd2=10Hz이며, 이것은, 온도가 -10℃와 -20℃의 조건에서, 그 리튬 이온 전지의 제2 발진 전류(고듀티 사이클 중간 주파 쌍방향 발진 전류)의 충전 트리거 주파수의 하한이 각각 2.3Hz와 10Hz인 것을 나타낸다. 또, 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 0℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피와 세로축의 교점을 통과하는 직선(예를 들면, 도 6의 A-D선)을 그리며, 그 평행선 상의 고주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값 fg는, 상기 리튬 이온 전지의 고듀티 사이클 중간 주파 쌍방향 발진 충방전 전류의 주파수 범위의 상한이다. 예를 들면, 도 6의 임피던스 스펙트럼선과 평행선 A-D의 교점 D에 대응하는 fg=7kHz이며, 그 리튬 이온 전지의 고듀티 사이클 중간 주파 쌍방향 발진 충전 전류(즉 제2 발진 전류)의 주파수 범위의 상한은 7kHz이다.
따라서, 충전 과정에서, 제2 발진 전류의 주파수 범위는 fcd~fg로 결정된다. 충전 과정에서, 본 발명의 실시형태에 기재된 중간 주파는 fcd~fg의 사이에 있는 주파수이며, 본 발명의 실시형태에 기재된 고주파는 fg보다 높은 주파수이고, 즉 제2 발진 전류는 중간 주파 쌍방향 발진 전류이며, 제1 발진 전류는 고주파 발진 전류이다.
또, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, T2는 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 나타내며, n은 0 이상의 정수이다.
상기 제어 장치(400)가 상기 충전 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지(300)에 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 교대로 공급하도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치(200)를 제어하는 것은, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하고, 또한 상기 충전 전류 진폭, 예를 들면 제2 발진 전류 진폭을 증가시키는 것과, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도가 0℃보다 커지면, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 그대로 유지하여, 상기 제2 발진 전류 진폭을 증가시키는 것과, 상기 리튬 이온 전지의 단자 전압이 충전 전압의 상한에 도달하면, 충전이 종료될 때까지 상기 제2 발진 전류 진폭을 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 제어 장치(400)가 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 것은, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 0℃ 이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하고, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 10℃ 저하되는 것에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 것을 포함하며, 즉 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 0~-10℃의 사이에 있는 경우, n=1이 되고, 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 -10~-20℃의 사이에 있는 경우, n=2가 되며, 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 -20~-30℃의 사이에 있는 경우, n=3이 된다. 물론, 당업자라면, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 5℃, 8℃, 9℃ 또는 11℃ 등 저하되는 것에 T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 방식을 이용해도 된다고 이해해야 한다.
충전의 최대 전류 진폭은 충전 전압의 상한에 의하여 제한되며, 전지의 표면 온도가 0℃ 이상이 되는 경우, 충전 전압의 상한은 상온에서의 리튬 이온 전지의 충전 전압의 상한 
이고, 전지의 표면이 0℃보다 작아지는 경우, 충전 전압의 상한은 적당하게 저하되어야 하며, 그 값은 
이고, T의 값의 범위는 0~-30℃이며, 이로써 저온 충전 시의 리튬 이온 석출을 방지한다. 충전 과정에서, BMS 또는 트리거 제어기에 의하여 Id를 조정함으로써, 전지의 단자 전압은 ≤
가 된다.
또한, 상기 발진 플립 플롭(K)의 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, 0<k≤1이다. 또, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고, 여기에서, n은 0 이상의 정수이다. 따라서, 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 것은, 상기 발진 트리거 신호를 조정함으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 제어 장치(400)는, 전지 관리 시스템(BMS) 또는 독립적인 트리거 제어기이다.
당업자라면, 이상은 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 충전 제어를 행하는 것을 예로 들어 설명하는 것에 지나지 않고, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 리튬 이온 전지의 다른 상태 파라미터, 예를 들면 전압, 내부 저항에 근거하여 충전 제어를 행할 수도 있다고 이해해야 한다. 또, 본 발명의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 주파수 범위, SOC, 온도의 높이도 상기 실시예에 기재된 구체적인 값에 제한되는 것은 아니며, 상기 구체적인 값은 예를 들어 설명하는 것에 지나지 않는다. 당업자는, 실제의 상황에 맞추어 적당하게 설정할 수 있고, 예를 들면 0.02Hz~99kHz의 주파수 범위 내에, SOC가 20%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 5℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하여 가로축에 평행한 직선에 의하여, 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정할 수 있다.
(방전 시스템)
실시예 5
도 7은 본 발명의 실시예 5에 관한 리튬 이온 전지의 방전 시스템을 나타낸다. 상기 시스템은, 부하(500)와 리튬 이온 전지(300)의 사이에 접속된 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치(600)를 포함한다. 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치(600)는, 리튬 이온 전지(300) 자체의 임피던스 특성으로 발진 회로를 구성함으로써, 상기 리튬 이온 전지(300)를, 그 발진 회로에서 발생한 발진 전류의 형태로 방전시켜, 즉 상기 발진 전류를 부하(500)에 공급한다. 본 발명의 하나의 실시형태에서는, 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치(600)는, 상기 리튬 이온 전지(300)를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키며, 제1 발진 전류의 주파수는 제2 발진 전류의 주파수보다 높다. 상기 제1 발진 전류는 고주파 발진 전류이고, 상기 제2 발진 전류는 중간 주파 쌍방향 발진 전류이다. 예를 들면, 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 방전을 행하며, 전지의 온도가 0℃보다 작아지는 경우에 고주파 발진 전류로 내부 가열을 행하고, 전지의 온도가 0℃보다 커질 때까지 상승하는 경우에, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 방전한다. 본 발명의 다른 실시형태에서는, 전지의 온도가 항상 0℃보다 커지는 경우, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 방전을 행한다.
실시예 6
도 8은 본 발명의 실시예 6에 관한 리튬 이온 전지의 방전 시스템을 나타낸다. 상기 시스템은, 부하(500)와 리튬 이온 전지(300)의 사이에 접속된 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치(600)를 포함한다. 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치(600)는, 상기 부하(500)와 병렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단(611)과, 상기 리튬 이온 전지(300)와 병렬로 접속되어 발진 회로를 형성하는 발진 수단(612)과, 상기 에너지 저장 환류 수단(611)과 발진 수단(612)의 사이에 접속된 발진 플립 플롭(K)을 포함한다. 상기 발진 플립 플롭(K)은, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거한다. 따라서, 예를 들면 상기 리튬 이온 전지(300)를, 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 교대로 방전시켜, 즉 상기 발진 전류를 부하(500)에 공급한다. 예를 들면, 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 방전을 행하며, 전지의 온도가 0℃보다 작아지는 경우에 고주파 발진 전류로 방전함으로써 내부 가열을 행하고, 전지의 온도가 0℃보다 커질 때까지 상승하는 경우에, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 방전을 행한다. 본 발명의 다른 실시형태에서는, 전지의 온도가 항상 0℃보다 커지는 경우, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 방전을 행한다.
실시예 7
도 9는 본 발명의 실시예 7에 관한 리튬 이온 전지의 방전 시스템을 나타낸다. 상기 시스템은, 부하(500)와 리튬 이온 전지(300)의 사이에 접속된 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치(600)를 포함한다. 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치(600)는, 상기 부하(500)와 병렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단(611)과, 상기 에너지 저장 환류 수단(611)과 직렬로 접속된 발진 수단(612)과, 상기 발진 수단(612)과 병렬로 접속된 발진 플립 플롭(K)을 포함한다. 상기 직렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단(611)과 발진 수단(612)은, 상기 리튬 이온 전지(300)와 직렬로 접속되어 발진 회로를 형성하고, 상기 발진 플립 플롭(K)은, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거한다. 따라서, 상기 리튬 이온 전지(300)를, 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시켜, 즉 상기 발진 전류를 부하(500)에 공급한다. 예를 들면, 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 방전을 행하며, 전지의 온도가 0℃보다 작아지는 경우에 고주파 발진 전류로 내부 가열을 행하고, 전지의 온도가 0℃보다 커질 때까지 상승하는 경우에, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 방전을 행한다. 본 발명의 다른 실시형태에서는, 전지의 온도가 항상 0℃보다 커지는 경우, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 방전을 행한다.
본 발명의 상기 실시예에서는, 발진 수단(612)은, 콘덴서, 인덕터, 저항기 중 하나 또는 복수로 직병렬 접속 방식에 의하여 구성되며, 상기 에너지 저장 환류 수단(611)은, 콘덴서, 인덕터 등의 수동 또는 능동 에너지 저장 부품 중 하나 또는 복수로 직병렬 접속 방식에 의하여 구성된다. 발진 회로의 발진 기간에, 에너지 저장 환류 수단은, 부하(500)에 대하여 에너지 저장 환류의 역할을 하여, 부하측을 최대 방전 전류로 유지하여, 직류 전류의 리플률이 0.1%~10%의 범위에 있는 것을 충족시킨다.
본 발명의 상기와 하기의 방전 시스템의 각 실시예에서는, 상기 발진 플립 플롭(K)은, MOSFET(금속-산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터), IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터), 트랜지스터 등의 능동 스위치 디바이스를 이용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 발진 플립 플롭(K)은, 발진 회로의 출력의 정극 또는 부극에 직렬로 접속되고, 능동 스위치가 오프가 되면, 발진하기 시작하도록 발진 회로를 트리거한다. 능동 스위치 디바이스 MOSFET, IGBT 등에 역병렬 다이오드가 존재하는 것을 고려하기 때문에, 리튬 이온 전지 발진 회로를 구체적으로 구축하면, 리튬 이온 전지 방전 시스템에서는, 발진 플립 플롭은 도 10a와 도 10b에 나타내는 구조를 가질 수 있으며, 여기에서, Kd는 방전용 발진 플립 플롭을 나타낸다.
당업자라면, 이상의 실시예 5~7은 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 예로 들어 설명하는 것에 지나지 않고, 물론, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 2종보다 많은 발진 전류를 이용하여 방전을 행할 수도 있고, 예를 들면 3종, 4종, 5종의 다른 주파수의 발진 전류를 이용하여 방전을 행할 수 있다고 이해해야 한다.
실시예 8
도 11에 나타내는 바와 같이, 본 실시예와 실시예 5~7의 차이로서는, 상기 시스템은, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 상기 리튬 이온 전지(300)를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시켜, 즉 상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여 상기 발진 전류를 부하(500)에 공급하도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치(600)를 제어하는 제어 장치(700)를 더 포함한다. 구체적으로는, 상기 제어 장치(700)는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 방전 파라미터를 결정하고, 상기 방전 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 교대로 방전시킨다. 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 방전 파라미터를 결정하는 공정은, 미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 충전 파라미터 세트로부터, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 대응하는 방전 파라미터를 찾아낸다. 상기 방전 파라미터는, 제2 발진 전류의 주파수 범위 및 제1 발진 전류의 지속 시간을 포함할 수 있다. 또, 상기 제1 발진 전류의 주파수는 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한보다 크다.
바람직하게는, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것이다. 구체적으로는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정하는 공정은, 이하를 포함할 수 있다.
전기 화학 워크스테이션을 이용하여, 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 주파수 범위가 0.01Hz~100kHz인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피를 측정하고,
SOC=90%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 -20℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피와 세로축의 교점을 통과하는 직선(예를 들면, 도 12의 A-B선)을 그리며, 모든 온도가 -20℃보다 작은 임피던스 스펙트럼선과 그 평행선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값 fdd를, 그 온도에서의 대응하는 리튬 이온 전지의 발진 방전 트리거 주파수의 하한으로 한다. 예를 들면, 도 12의 -30℃에서의 임피던스 스펙트럼선과 평행선 A-B의 교점 B에 대응하는 fdd=0.6Hz이며, 이것은, -30℃의 조건에서, 그 리튬 이온 전지의 발진 방전 트리거 주파수가 0.6Hz보다 클 필요가 있는 것을 나타내고,
SOC=10%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 0℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선(예를 들면, 도 6의 A-D선)과 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 고주파 영역에서의 교점이 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg가 되며, 예를 들면 도 6의 임피던스 스펙트럼선과 평행선 A-D의 교점 D에 대응하는 fg=7kHz이고, 즉 그 리튬 이온 전지의 고듀티 사이클 중간 주파 쌍방향 발진 충방전 전류의 주파수 범위의 상한은 7kHz이다.
따라서, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는 fdd~fg가 된다. 방전 과정에서, 본 발명의 실시형태에 기재된 중간 주파는 fdd~fg의 사이에 있는 주파수이고, 본 발명의 실시형태에 기재된 고주파는 fg보다 높은 주파수이며, 즉 제2 발진 전류는 중간 주파 쌍방향 발진 전류이고, 제1 발진 전류는 고주파 발진 전류이다.
또, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, T2는 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 나타내며, n은 0 이상의 정수이다. 또, 상기 제어 장치가 상기 방전 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 제어하는 것은, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하여, 구체적으로는, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 0℃ 이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하고, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 10℃ 저하되는 것에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 것을 포함한다.
바람직하게는, 상기 발진 플립 플롭(K)의 발진 트리거 신호의 펄스폭과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고, 0<k≤1이며, 여기에서, T0은 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭을 나타낸다. 또, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고, 여기에서, n은 0 이상의 정수이다. 따라서, 상기 제어 장치(700)는, 발진 플립 플롭(K)을 제어함으로써, 예를 들면 상기 발진 트리거 신호를 조정함으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 제어 장치(700)는, 전지 관리 시스템(BMS) 또는 독립적인 트리거 제어기이다.
당업자라면, 이상은 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 방전 제어를 행하는 것을 예로 들어 설명하는 것에 지나지 않고, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 리튬 이온 전지의 다른 상태 파라미터, 예를 들면 전압, 내부 저항에 근거하여 방전 제어를 행할 수도 있다고 이해해야 한다. 또, 본 발명의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 주파수 범위, SOC, 온도의 높이도 상기 실시예에 기재된 구체적인 값에 제한되는 것은 아니며, 그 구체적인 값은 예를 들어 설명하는 것에 지나지 않는다. 당업자는, 실제의 상황에 맞추어 적당하게 설정할 수 있고, 예를 들면 0.02Hz~99kHz의 주파수 범위 내에, SOC가 20%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 5℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하여 가로축에 평행한 직선에 의하여, 제2 발진 전류의 상한을 결정할 수 있으며, SOC가 95%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, -25℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하여 가로축에 평행한 직선에 의하여, 제2 발진 전류의 하한을 결정할 수 있다.
(충방전 시스템)
실시예
9
도 2, 도 3과 도 8, 도 9의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 시스템 구조에서는, 실시예 2, 3의 종래의 충전 장치(100) 대신에, 실시예 6, 7의 부하(500)가 채용되며, 그 외는 변함없다. 따라서, 본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지 충전 시스템 및 방전 시스템은, 동일한 시스템에 의하여 실현할 수 있다. 예를 들면, 도 13은 본 발명의 실시예 9에 관한 리튬 이온 전지의 충방전 시스템을 나타낸다. 상기 리튬 이온 전지의 충방전 시스템은, 종래의 충전 장치/부하와 리튬 이온 전지(전지 셀 및 전지 팩을 포함함)의 사이에 접속된 주파수 변환 트리거 발진 충방전 장치를 포함한다. 상기 주파수 변환 트리거 발진 충방전 장치는, 리튬 이온 전지의 임피던스 특성으로 발진 회로를 형성하고, 리튬 이온 전지를 충전하는 경우, 상기 주파수 변환 트리거 발진 충방전 장치는, 상기 리튬 이온 전지에 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 공급하며, 리튬 이온 전지가 방전하는 경우, 상기 주파수 변환 트리거 발진 충방전 장치는, 상기 리튬 이온 전지를 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류로 방전시킨다. 또한, 상기 충방전 시스템은 상기 제어 장치(400, 700)를 더 포함할 수 있으며, 또한 제어 장치(400) 및 제어 장치(700)는 하나의 제어 장치에 집적할 수 있다. 또, 상기 주파수 변환 트리거 발진 충방전 장치의 구성은, 상기 실시예 2, 3에 있어서의 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치(200) 또는 상기 실시예 6, 7에 있어서의 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치(600)와 동일하여, 여기에서 반복 설명하지 않는다.
상기 주파수 변환 트리거 발진 충방전 장치에 있어서, 발진 플립 플롭은, 도 14a, 도 14b 및 도 14c에 나타내는 구조를 가질 수 있으며, 여기에서, Kc는 충전용 발진 플립 플롭을 나타내고, Kd는 방전용 발진 플립 플롭을 나타낸다.
상기 다양한 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 관한 리튬 이온 전지의 주파수 변환 트리거 발진 충방전 장치는, 독립적으로 리튬 이온 전지 또는 전지 팩에 충전을 실시해도 되고, 독립적으로 리튬 이온 전지 또는 전지 팩에 방전을 실시해도 되며, 리튬 이온 전지 또는 전지 팩에 동시에 충방전을 실시해도 된다. 바람직하게는, 본 발명의 실시형태에 기재된 저주파는 MIN(fcd, fdd)보다 낮은 주파수이고, 본 발명의 실시형태에 기재된 중간 주파는 MIN(fcd, fdd)과 fg의 사이에 있는 주파수이며, 본 발명의 실시형태에 기재된 고주파는 fg보다 높은 주파수이다. 이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 각 실시예 또는 실시형태의 원리에 대하여 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 도 15에 나타내는 리튬 이온 전지의 고유 임피던스 특성으로, 도 16a 및 도 16b에 나타내는 리튬 이온 전지 셀 또는 전지 팩의 주파수 변환 트리거 발진 충방전 회로를 구축한다. 도 16a 및 도 16b의 에너지 저장 환류 수단은, 콘덴서, 인덕터 등의 에너지 저장 부품으로 직병렬 접속 방식에 의하여 구성되어도 되며, 주파수 변환 트리거 발진 충방전 회로 전체에 있어서, 에너지 저장 환류의 역할을 하여, 충전 장치의 출력 전류와 부하 전류를 리플률의 요건을 충족시키는 직류 전류로 유지하고, 도 16b의 발진 수단이 리튬 이온 전지 셀/전지 팩의 정, 부극의 양쪽 모두와 병렬로 접속되어 발진 회로를 직접 구성해도 되며, 도 16a에 나타내는 바와 같이, 발진 수단과 발진 플립 플롭이 병렬로 접속되고, 다음으로 리튬 이온 전지 또는 전지 팩과 함께 발진 회로를 구성해도 되며, 상기 발진 수단은, 콘덴서, 인덕터, 저항기 등으로 직병렬 접속 방식에 의하여 구성되고, 도 16a 및 도 16b의 K는 발진 플립 플롭이다. BMS 또는 트리거 제어기에 의하여, 발진 회로가 발진하기 시작하는 것을 트리거하도록 발진 플립 플롭을 제어하고, 또한 리튬 이온 전지의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피가 충전 상태, 온도, 주파수 등에 따라 변화하는 법칙에 따라, 발진 트리거의 주파수를 변경하여, 중간 주파 쌍방향 발진 전류(제2 발진 전류)의 주파수와 고주파 발진 전류(제1 발진 전류)의 지속 시간을 조정 제어함으로써, 리튬 이온 전지의 충방전 전류가 교대로 고듀티 사이클 중간 주파 쌍방향 발진 전류와 고주파 발진 전류가 된다.
도 17에 나타내는 리튬 이온 전지의 임피던스 스펙트로스코피는, 고주파 영역에서 유도성 리액턴스 특성을 나타내고 또한 기본적으로 온도로부터의 영향을 받지 않으며, 중간 주파 영역에서 임피던스가 작아, 저주파 영역에서 임피던스가 온도에 의하여 크게 영향을 받아, 도 15에 나타내는 리튬 이온 전지의 전기 화학 임피던스 모델과 리튬 이온 전지의 등가 임피던스의 계산식 (1)을 분석함으로써,
[수학식 1]
을 얻는다. 직류 충방전을 행하면, f=0이며, 식 (1)은,
[수학식 2]
가 된다.
이는, 직류 충방전을 행하면, 리튬 이온 전지의 임피던스가 저항 특성을 나타내는 것을 나타내고, 충방전 전류가 용액 저항 RY(T), SEI막 저항 RSEI(T) 및 전하 이동 저항 RCT(T, I)를 흐르면, 리튬 덴드라이트가 발생하기 쉬우며, 리튬 덴드라이트는 서서히 성장함에 따라, 세퍼레이터를 관통하여, 전지 내부의 단락을 일으키고, 또, 리튬 덴드라이트는 베이스와의 전기적 접촉을 잃어 전기 화학 활성을 구비하지 않는 "불필요한 리튬"을 형성하기 쉬우며, 또한 리튬 덴드라이트를 형성하는 과정에서, 전해액과 화학 반응을 추가로 행함으로써, 전해액을 소비하고 또한 활성 물질의 함유량을 저하시킨다. 따라서, 리튬 이온 전지에 직류 충방전을 행하는 경우, 전지의 충방전 사이클 성능이 저하되고, 또한 안전상의 잠재적 리스크가 따른다. 특히 저온에서는, 용액 저항 RY(T), SEI막 저항 RSEI(T), 특히 전하 이동 저항 RCT(T, I)의 저항값이 급격하게 증가하여, 전하 이동률이 큰 폭으로 저하되기 때문에, 직류 충방전을 실행하기 어렵고, 전지의 사이클 성능의 감쇠를 가속시킨다.
고주파 충방전을 행하면, f의 값이 크고, 식 (1)은,
[수학식 3]
에 유사하다.
이는, 고주파 영역에서의 리튬 이온 전지의 임피던스가 용액 저항 RY(T)와 유도성 리액턴스 2πfL에 의하여 결정되는 것을 나타낸다. 주파수가 충분히 높아지는 경우, 리튬 이온 전지의 임피던스가 유도성 리액턴스 특성을 나타내고, 또한 온도와는 관계가 없어, 즉,
[수학식 4]
따라서, 고주파 교류 전류는, 전극 이중층 콘덴서, 전하 이동 저항 및 SEI막 저항에 의하여 단락되어, 즉 패러데이 전류는 매우 작다.
상기 분석에 의하여, 도 16a, 도 16b에 나타내는 리튬 이온 전지의 발진 회로의 발진 플립 플롭(K)이 오프가 되면, 발진 회로는 발진하기 시작하여, 도 18에 나타내는 발진 회로를 형성하고, 여기에서, UOCV는 리튬 이온 전지의 전지 개로 전압이다.
도 19에 나타내는 주파수 변환 트리거 타이밍을 설계함으로써, 중간 주파 쌍방향 발진 전류(제2 발진 전류)와 고주파 발진 전류(제1 발진 전류)를 교대로 발생시킨다. 도면 중의 T0은 트리거 발진폭이고, f1=1/T1은 고주파 발진의 주파수이며, T2는 고주파 발진의 지속 시간이고, f3=1/T3은 중간 주파 쌍방향 발진 충방전 주파수이며, 충전 속도 및 방전 배율의 요건을 결정한다. 도 19의 타이밍 도면에 의하면, 도 20의 중간 주파 쌍방향 발진 전류와 고주파 발진 전류의 개략도를 얻을 수 있으며, 도 20의 Id는 중간 주파 충방전 발진 전류 진폭이고, 정(正)은 충전 전류이며, 부(負)는 방전 전류이고, Iz는 고주파 발진 전류 진폭이다.
리튬 이온 전지의 충방전 전류에 중간 주파 쌍방향 발진 전류가 함유되기 때문에, 분극을 없애, 리튬이 풍부한 침전물을 용해시키고, 리튬 덴드라이트의 연속적 성장을 중단하여, 리튬 이온의 균일하고 치밀한 침전을 실현함으로써, 리튬 덴드라이트의 발생을 억제한다.
리튬 이온 전지의 충방전 전류에 고주파 발진 전류가 함유되기 때문에, 고주파 발진 전류의 지속 시간 T2를 조정함으로써, 리튬 이온 전지의 온도 상승값을 조정 제어할 수 있다. 전지 내부의 열평형 방정식에 근거하여, 고주파 발진 지속 시간에,
[수학식 5]
식 (5)에서는, m-전지의 질량, Cp-전지의 비열(比熱) 용량, T-전지의 온도, Qn-전지의 외부로의 방열량, Qg-전지의 발열량, h-등가 열전도율, Scell-전지의 표면적, T0-환경 온도이다.
식 (5)로부터 알 수 있는 바와 같이, 저온에서는, 고주파 발진 전류의 지속 시간 T2를 연장하고, 리튬 이온 전지에 소비 전력이 적은 내부 가열을 실시하여, 전지의 온도가 높아지는 경우, 고주파 발진 전류의 지속 시간 T2를 단축시켜, 전지의 온도 상승값을 저하시킨다.
리튬 이온 전지의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피가 온도에 따라 변화하는 법칙과 상기 분석에 의하여, 리튬 이온 전지의 손상 없이 충방전의 중간 주파 쌍방향 발진 주파수의 하한을 결정하고, 또한 저온에서는, 저주파 영역에서의 리튬 이온 전지의 전기 화학 임피던스가 크기 때문에, 충방전을 행하면, 효율이 낮아, 전지 용량의 감쇠를 초래하는 것을 회피한다.
리튬 이온 전지의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피가 온도에 따라 변화하는 법칙과 상기 분석에 의하여, 리튬 이온 전지의 고주파 발진 주파수의 하한을 결정하고, 이 영역에서는, 전지에 발진 교류 대전류 진폭에서의 균일한 내부 가열을 실시할 수 있다.
이상의 다양한 시스템 또는 장치의 실시예에 근거하여, 본 발명의 실시형태는, 또한 리튬 이온 전지의 충전 방법, 방전 방법, 충전 조정 제어 방법 및 방전 조정 제어 방법과 관련 제어 장치를 제공하고, 또한 이하에 상세하게 설명을 행한다.
(충전 방법)
본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 충전 방법은, 리튬 이온 전지 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여 발진 전류를 발생시키는 공정과, 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하는 공정을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 리튬 이온 전지의 온도 및 충전 상태(SOC)에 근거하여, 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하고, 제1 발진 전류의 주파수는 제2 발진 전류의 주파수보다 높다. 구체적으로는, 상기 제1 발진 전류는 본 명세서에 기재된 고주파 발진 전류이며, 상기 제2 발진 전류는 본 명세서에 기재된 중간 주파 쌍방향 발진 전류이다. 예를 들면, 먼저 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 충전을 행하며, 전지의 온도가 0℃보다 작아지는 경우에 고주파 발진 전류를 더하여 내부 가열을 행하고, 전지의 온도가 0℃보다 커질 때까지 상승하는 경우에, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류를 공급하여 충전을 행한다. 본 발명의 다른 실시형태에서는, 전지의 온도가 항상 0℃보다 커지는 경우, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류를 이용하여 충전을 행한다. 전지의 온도가 0℃보다 작아지는 경우, 먼저 고주파 발진 전류를 공급하여 내부 가열을 행하고, 중간 주파 쌍방향 발진 전류를 더하여 충전을 행함으로써, 고주파 발진 전류와 중간 주파 쌍방향 발진 전류를 교대로 전지에 공급하며, 전지의 온도가 0℃보다 커질 때까지 상승하는 경우에, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류를 공급하여 충전을 행한다.
바람직하게는, 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여, 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 충전 파라미터를 결정하는 공정과, 상기 충전 파라미터에 근거하여, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 교대로 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하는 공정을 포함할 수 있다. 상기 충전 파라미터는, 제2 발진 전류의 주파수 범위, 제1 발진 전류의 지속 시간 및 충전 전류 진폭을 포함할 수 있다. 또, 상기 제1 발진 전류의 주파수는 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한보다 크다.
바람직하게는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 충전 파라미터를 결정하는 공정은, 미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 충전 파라미터 세트로부터, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 대응하는 충전 파라미터를 색출하는 공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것이다. 구체적으로는, 상기 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 주파수 범위가 0.01Hz~100kHz인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피에 근거하여, 도 6에 나타내는 바와 같이, SOC=10%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 0℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선(A-D선)과 각 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값이, 그 온도에서의 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 하한 fcd가 되고, 상기 직선과 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 고주파 영역에서의 교점이 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg가 됨으로써, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는 fcd~fg가 된다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시형태에서는, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고, n은 0 이상의 정수이다.
상기 충전 파라미터에 근거하여, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하고, 또한 상기 충전 전류 진폭, 예를 들면 제2 발진 전류 진폭을 증가시키는 공정과, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도가 0℃보다 커지면, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 그대로 유지하여, 상기 제2 발진 전류 진폭을 증가시키는 공정과, 상기 리튬 이온 전지의 단자 전압이 충전 전압의 상한에 도달하면, 충전이 종료될 때까지 상기 제2 발진 전류 진폭을 감소시키는 공정을 포함한다.
구체적으로는, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 0 ℃이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하고, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 10℃(본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 4℃여도 됨) 저하되는 공정에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 공정을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 발생시키는 발진 회로를 트리거하기 위한 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고, k는 0보다 크고 1 이하의 실수이다. 따라서, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고, 여기에서, n은 0 이상의 정수이다.
따라서, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은, 상기 발진 트리거 신호를 조정함으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함한다. 예를 들면, 상기 발진 트리거 신호의 개수를 조정함으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정한다.
당업자라면, 이상은 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 예로 들어 설명하는 것에 지나지 않고, 물론, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 2종보다 많은 발진 전류를 이용하여 충전을 행할 수도 있고, 예를 들면 3종, 4종, 5종의 다른 주파수의 발진 전류를 이용하여 충전을 행할 수 있다고 이해해야 한다.
당업자라면, 또한, 이상은 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 충전 제어를 행하는 것을 예로 들어 설명하는 것에 지나지 않고, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 리튬 이온 전지의 다른 상태 파라미터, 예를 들면 전압, 내부 저항, 사이즈, 중량, 타입, 외관, 구조, 재료 등에 근거하여 충전 제어를 행할 수도 있다고 이해해야 한다. 또, 본 발명의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 주파수 범위, SOC, 온도의 높이도 상기 실시예에 기재된 구체적인 값에 제한되는 것은 아니며, 그 구체적인 값은 예를 들어 설명하는 것에 지나지 않는다. 당업자는, 실제의 상황에 맞추어 적당하게 설정할 수 있고, 예를 들면 10Hz~200kHz의 주파수 범위 내에, SOC가 5%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 1℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하여 가로축에 평행한 직선에 의하여, 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정할 수 있다.
(방전 방법)
본 발명의 실시형태에 관한 리튬 이온 전지의 방전 방법은, 리튬 이온 전지가 그 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여 발진 전류를 발생시키는 공정과, 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 상기 발진 전류의 형태로 방전시켜, 즉 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여 부하에 상기 발진 전류를 제공하는 공정을 포함할 수 있다. 즉, 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를, 그 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여, 발진 전류의 형태로 방전시킨다. 예를 들면, 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키고, 제1 발진 전류의 주파수는 제2 발진 전류의 주파수보다 높으며, 예를 들면 제1 발진 전류는 본 명세서에 기재된 고주파 발진 전류이고, 제2 발진 전류는 본 명세서에 기재된 중간 주파 쌍방향 발진 전류이다. 예를 들면, 먼저 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 방전을 행하며, 전지의 온도가 0℃보다 작아지는 경우에 고주파 발진 전류에 의하여 내부 가열을 행하고, 전지의 온도가 0℃보다 커질 때까지 상승하는 경우에, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 방전을 행한다. 본 발명의 다른 실시형태에서는, 전지의 온도가 항상 0℃보다 커지는 경우, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류를 이용하여 방전을 행한다. 전지의 온도가 0℃보다 작아지는 경우, 먼저 고주파 발진 전류에 의하여 내부 가열을 행하며, 이 과정에서 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 방전을 행함으로써, 고주파 발진 전류와 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 교대로 방전시키고, 전지의 온도가 0℃보다 커질 때까지 상승하는 경우에, 항상 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 방전을 행한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 방전 파라미터를 결정하는 공정과, 상기 방전 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 교대로 방전시키는 공정을 포함한다. 상기 방전 파라미터는, 제2 발진 전류의 주파수 범위 및 제1 발진 전류의 지속 시간을 포함할 수 있다. 또, 상기 제1 발진 전류의 주파수는 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한보다 크다. 바람직하게는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 방전 파라미터를 결정하는 공정은, 미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 방전 파라미터 세트로부터, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 대응하는 방전 파라미터를 색출하는 공정을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것이다. 구체적으로, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 주파수 범위가 0.01Hz~100kHz인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피에 근거하여, 도 12에 나타내는 바와 같이, SOC=90%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 -20℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선(A-B선)과 각 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값이 그 온도에서의 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 하한 fdd가 되고, SOC=10%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 가로축에 평행으로 0℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선(A-D선)과 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 고주파 영역에서의 교점이 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg가 됨으로써, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위가 fdd~fg가 되는 공정을 포함한다.
상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, n은 0 이상의 정수이다.
또, 상기 방전 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함한다. 예를 들면, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 0℃ 이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하고, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 10℃ 저하되는 공정에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시킨다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 발생시키는 발진 회로를 트리거하기 위한 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고, k는 0보다 크고 1 이하의 실수이다. 그렇다면, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고, 여기에서, n은 0 이상의 정수이다. 따라서, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은, 상기 발진 트리거 신호를 조정함으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함할 수 있다.
당업자라면, 이상은 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 예로 들어 설명하는 것에 지나지 않고, 물론, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 2종보다 많은 발진 전류를 이용하여 방전을 행할 수도 있고, 예를 들면 3종, 4종, 5종의 다른 주파수의 발진 전류를 이용하여 방전을 행할 수 있다고 이해해야 한다.
당업자라면, 또한, 이상은 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 방전 제어를 행하는 것을 예로 들어 설명하는 것에 지나지 않고, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 리튬 이온 전지의 다른 상태 파라미터, 예를 들면 전압, 내부 저항에 근거하여 방전 제어를 행할 수도 있다고 이해해야 한다. 또, 본 발명의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 주파수 범위, SOC, 온도의 높이도 상기 실시예에 기재된 구체적인 값에 제한되는 것은 아니며, 그 구체적인 값은 예를 들어 설명하는 것에 지나지 않는다. 당업자는, 실제의 상황에 맞추어 적당하게 설정할 수 있고, 예를 들면 10Hz~200kHz의 주파수 범위 내에, SOC가 5%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 1℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하여 가로축에 평행한 직선에 의하여, 제2 발진 전류의 상한을 결정하고, SOC가 95%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, -30℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하여 가로축에 평행한 직선에 의하여, 제2 발진 전류의 하한을 결정할 수 있다.
(충전 조정 제어 방법)
본 발명의 실시형태의 리튬 이온 전지의 충전 과정을 조정 제어하는 방법은, 리튬 이온 전지의 상태 파라미터를 관측하는 공정과, 관측된 상태 파라미터에 근거하여 리튬 이온 전지의 충전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정과, 리튬 이온 전지 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여 발진 전류를 발생시키는 공정과, 상기 결정된 충전 조정 제어 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지에 상기 발진 전류를 공급하는 공정을 포함하지만, 이들에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 하나의 실시형태에서는, 도 21에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시형태의 리튬 이온 전지의 충전 과정을 조정 제어하는 방법은, 2110-리튬 이온 전지의 온도 및 SOC를 관측하는 공정과, 2120-관측된 온도 및 SOC에 근거하여 리튬 이온 전지의 충전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정과, 2130-상기 결정된 충전 조정 제어 파라미터에 근거하여, 리튬 이온 전지 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에서 발생한 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 상기 리튬 이온 전지에 공급하는 공정을 포함할 수 있으며, 상기 충전 조정 제어 파라미터가 제2 발진 전류의 주파수 범위, 제1 발진 전류의 지속 시간 및 충전 전류 진폭을 포함하고, 상기 제1 발진 전류의 주파수가 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한보다 크다.
바람직하게는, 관측된 온도 및 SOC에 근거하여 충전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정은, 미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 충전 조정 제어 파라미터 세트로부터, 상기 관측된 온도 및 SOC에 대응하는 충전 조정 제어 파라미터를 색출하는 공정을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것이다. 바람직하게는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 주파수 범위가 0.01Hz~100kHz인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피에 근거하여, 도 6에 나타내는 바와 같이, SOC=10%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 0℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선(A-D선)과 각 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값이 그 온도에서의 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 하한 fcd가 되고, 상기 직선과 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 고주파 영역에서의 교점이 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg가 됨으로써, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위가 fcd~fg가 되는 공정을 포함한다. 또, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, n은 0 이상의 정수이다.
또, 상기 충전 조정 제어 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지에 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 공급하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하고, 또한 상기 충전 전류 진폭, 예를 들면 제2 발진 전류 진폭을 증가시키는 공정과, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도가 0℃보다 커지면, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 그대로 유지하여, 상기 제2 발진 전류 진폭을 증가시키는 공정과, 상기 리튬 이온 전지의 단자 전압이 충전 전압의 상한에 도달하면, 충전이 종료될 때까지 상기 제2 발진 전류 진폭을 감소시키는 공정을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 0℃ 이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하고, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 10℃ 저하되는 공정에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 공정을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 발생시키는 발진 회로를 트리거하기 위한 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고, k는 0보다 크고 1 이하의 실수이다. 또, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고, 여기에서, n은 0 이상의 정수이다. 따라서, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은, 상기 발진 트리거 신호를 조정함으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함한다.
당업자라면, 이상은 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 예로 들어 설명하는 것에 지나지 않고, 물론, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 2종보다 많은 발진 전류를 이용하여 충전 조정 제어를 행할 수도 있고, 예를 들면 6종, 10종, 20종의 다른 주파수의 발진 전류를 이용하여 충전 조정 제어를 행할 수 있다고 이해해야 한다.
당업자라면, 또한, 이상은 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 충전 조정 제어를 행하는 것을 예로 들어 설명하는 것에 지나지 않고, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 리튬 이온 전지의 다른 상태 파라미터, 예를 들면 전압, 내부 저항, 사이즈, 중량, 타입, 외관, 구조, 재료 등에 근거하여 충전 조정 제어를 행할 수도 있다고 이해해야 한다. 또, 본 발명의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 주파수 범위, SOC, 온도의 높이도 상기 실시예에 기재된 구체적인 값에 제한되는 것은 아니며, 그 구체적인 값은 예를 들어 설명하는 것에 지나지 않는다. 당업자는, 실제의 상황에 맞추어 적당하게 설정할 수 있고, 예를 들면 100Hz~1000kHz의 주파수 범위 내에, SOC가 30%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 10℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하여 가로축에 평행한 직선에 의하여, 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정할 수 있다.
(방전 조정 제어 방법)
본 발명의 실시형태의 리튬 이온 전지의 방전 과정을 조정 제어하는 방법은, 상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터를 관측하는 공정과, 상기 관측된 상태 파라미터에 근거하여 리튬 이온 전지의 방전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정과, 리튬 이온 전지가 그 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여 발진 전류를 발생시키는 공정과, 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 상기 발진 전류의 형태로 방전시켜, 즉 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여 상기 발진 전류를 부하에 제공하는 공정을 포함할 수 있다. 즉, 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를, 그 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여, 발진 전류의 형태로 방전시킨다.
본 발명의 하나의 실시형태에서는, 도 22에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시형태의 리튬 이온 전지의 방전 과정을 조정 제어하는 방법은, 2210-상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC를 관측하는 공정과, 2220-상기 관측된 온도 및 SOC에 근거하여 리튬 이온 전지의 방전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정과, 2230-상기 방전 조정 제어 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를, 리튬 이온 전지 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에서 발생한 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키는 공정을 포함할 수 있으며, 상기 방전 조정 제어 파라미터가 제2 발진 전류의 주파수 범위 및 제1 발진 전류의 지속 시간을 포함하고, 상기 제1 발진 전류의 주파수가 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한보다 크다. 상기 관측된 온도 및 SOC에 근거하여 리튬 이온 전지의 방전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정은, 미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 방전 조정 제어 파라미터 세트로부터, 상기 관측된 온도 및 SOC에 대응하는 방전 조정 제어 파라미터를 색출하는 공정을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것이다. 구체적으로는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 주파수 범위가 0.01Hz~100kHz인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피에 근거하여, 도 12에 나타내는 바와 같이, SOC=90%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 -20℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선(A-B선)과 각 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값이 그 온도에서의 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 하한 fdd가 되고, 도 6에 나타내는 바와 같이, SOC=10%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 0℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선(A-D선)과 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 고주파 영역에서의 교점이 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg가 됨으로써, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위가 fdd~fg가 되는 공정을 포함할 수 있다. 또, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고, 여기에서, n은 0 이상의 정수이다.
또, 상기 방전 조정 제어 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함한다. 구체적으로는, 바람직하게는, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 0℃ 이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하고, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 10℃ 저하되는 공정에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 공정을 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 발생시키는 발진 회로를 트리거하기 위한 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고, k는 0보다 크고 1 이하의 실수이다. 그렇다면, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고, 여기에서, n은 0 이상의 정수이다. 따라서, 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은, 상기 발진 트리거 신호를 조정함으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함할 수 있다.
당업자라면, 이상은 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 예로 들어 설명하는 것에 지나지 않고, 물론, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 2종보다 많은 발진 전류를 이용하여 방전 조정 제어를 행할 수도 있고, 예를 들면 6종, 10종, 20종이 다른 주파수의 발진 전류를 이용하여 방전 조정 제어를 행할 수 있다고 이해해야 한다.
당업자라면, 또한, 이상은 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 방전 조정 제어를 행하는 것을 예로 들어 설명하는 것에 지나지 않고, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 리튬 이온 전지의 다른 상태 파라미터, 예를 들면 전압, 내부 저항, 사이즈, 중량, 타입, 외관, 구조, 재료 등에 근거하여 방전 조정 제어를 행할 수도 있다고 이해해야 한다. 또, 본 발명의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 주파수 범위, SOC, 온도의 높이도 상기 실시예에 기재된 구체적인 값에 제한되는 것은 아니며, 그 구체적인 값은 예를 들어 설명하는 것에 지나지 않는다. 당업자는, 실제의 상황에 맞추어 적당하게 설정할 수 있고, 예를 들면 100Hz~1000kHz의 주파수 범위 내에, SOC가 30%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 10℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하여 가로축에 평행한 직선에 의하여, 제2 발진 전류의 상한을 결정하고, SOC가 100%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, -40℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하여 가로축에 평행한 직선에 의하여, 제2 발진 전류의 하한을 결정할 수 있다.
실시예 10
A: 리튬 이온 전지 자체의 임피던스 특성으로, 실시예 1~9 중 어느 하나에 따라 리튬 이온 전지 또는 전지 팩의 주파수 변환 트리거 발진 충방전 회로를 구축한다.
B: 도 23에 나타내는 방법에 따라 리튬 이온 전지의 고듀티 사이클 중간 주파 쌍방향 발진 충전 전류의 주파수 범위의 하한을 결정하고, 구체적으로는, S21 및 S22를 포함한다.
S21, 전기 화학 워크스테이션을 이용하여, 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 주파수 범위가 0.01Hz~100kHz인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피를 측정한다.
S22, SOC=10%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 0℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피와 세로축의 교점을 통과하는 직선(예를 들면, 도 6의 A-D선)을 그리며, 모든 온도가 0℃보다 작은 임피던스 스펙트럼선과 그 평행선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값 fcd가 그 온도에서의 대응하는 리튬 이온 전지의 발진 충전 트리거 주파수의 하한이 된다. 예를 들면, 도 6의 -10℃에서의 임피던스 스펙트럼선과 평행선 A-D의 교점 B에 대응하는 fcd1=2.3Hz이고, -20℃에서의 임피던스 스펙트럼선과 평행선 A-D의 교점 C에 대응하는 fcd2=10Hz이며, 이것은, 온도가 -10℃와 -20℃의 조건에서, 그 리튬 이온 전지의 고듀티 사이클 중간 주파 쌍방향 발진 충전 트리거 주파수의 하한이 각각 2.3Hz와 10Hz인 것을 나타낸다.
C: 도 24에 나타내는 방법에 따라 리튬 이온 전지의 중간 주파 쌍방향 발진 방전 전류의 주파수 범위의 하한을 결정하는 스텝은, S31 및 S32를 포함한다.
S31, 전기 화학 워크스테이션을 이용하여, 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 주파수 범위가 0.01Hz~100kHz인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피를 측정한다.
S32, SOC=90%인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 -20℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피와 세로축의 교점을 통과하는 직선(예를 들면, 도 12의 A-B선)을 그리며, 모든 온도가 -20℃보다 작은 임피던스 스펙트럼선과 그 평행선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값 fdd가 그 온도에서의 대응하는 리튬 이온 전지의 발진 충전 트리거 주파수의 하한이 된다. 예를 들면, 도 12의 -30℃에서의 임피던스 스펙트럼선과 평행선 A-B의 교점 B에 대응하는 fdd=0.6Hz이며, 이것은, -30℃의 조건에서, 그 리튬 이온 전지의 발진 방전 트리거 주파수가 0.6Hz보다 커질 필요가 있는 것을 나타낸다.
D: 도 25에 나타내는 방법에 따라 리튬 이온 전지의 중간 주파 쌍방향 발진 충방전 전류의 주파수 범위의 상한을 결정하는 스텝은, S21 및 S41을 포함한다.
S21, 전기 화학 워크스테이션을 이용하여, 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 주파수 범위가 0.01Hz~100kHz인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피를 측정한다.
S41, 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 0℃에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피와 세로축의 교점을 통과하는 직선(예를 들면, 도 6의 A-D선)을 그리며, 그 평행선 상의 고주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값 fg가 상기 리튬 이온 전지의 고듀티 사이클 중간 주파 쌍방향 발진 충방전 전류의 주파수 범위의 상한이 된다. 예를 들면, 도 6의 임피던스 스펙트럼선과 평행선 A-D의 교점 D에 대응하는 fg=7kHz이며, 즉 그 리튬 이온 전지의 고듀티 사이클 중간 주파 쌍방향 발진 충방전 전류의 주파수 범위의 상한은 7kHz이다.
E: 리튬 이온 전지의 내부 가열을 행하는 고주파 발진 전류의 주파수의 하한을 결정하는 스텝은, 리튬 이온 전지의 내부 가열을 행하는 고주파 발진 전류의 주파수가, 스텝 S41에서 결정된 fg 이상이 되어야 하는 것을 포함한다.
F: 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0을 결정하는 스텝은, 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0과 스텝 S41에서 결정된 fg의 관계가 T0=1/2fg가 되는 것을 포함한다.
G: 리튬 이온 전지의 내부 가열을 행하는 고주파 발진 지속 시간 T2를 결정하는 스텝은, 리튬 이온 전지의 내부 가열을 행하는 고주파 발진 지속 시간 T2를 관계 T2=2nT0에 의하여 결정하고, 여기에서, n이 0 이상의 정수이며, 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도≥0℃가 되면, n=0이 되고, 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 0~-10℃의 사이에 있는 경우, n=1이 되며, 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 -10~-20℃의 사이에 있는 경우, n=2가 되고, 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 -20~-30℃의 사이에 있는 경우, n=3이 되며, 이것에 의하여 유추하면, 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 10℃ 저하되는 공정에, n이 1 증가하는 공정을 포함한다.
H: 리튬 이온 전지의 저온 조건에서, 중간 주파 쌍방향 발진 충전의 최대 전류 진폭 Id를 조정하는 스텝은, 충전의 최대 전류 진폭 Id를 전지의 충전 전압의 상한에 의하여 제한하고, 전지의 표면 온도가 0℃ 이상이 되는 경우, 충전 전압의 상한이 상온에서의 리튬 이온 전지의 충전 전압의 상한 
가 되며, 전지의 표면이 0℃보다 작아지는 경우, 충전 전압의 상한이 적당하게 저하되어야 하고, 그 값이 
가 되며, T의 값의 범위가 0~-30℃가 됨으로써, 저온 충전 시의 리튬 이온 석출을 방지하는 것을 포함한다. 충전 과정에서, BMS 또는 트리거 제어기에 의하여 Id를 조정함으로써, 전지의 단자 전압은 ≤
가 된다.
하나의 바람직한 실시형태에서는, 스텝 S21, S22 및 S44에 따라 결정된 리튬 이온 전지의 고듀티 사이클 중간 주파 쌍방향 발진 충전 전류의 주파수 범위와, F에 기재된 방법에 따라 결정된 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0과, G에 기재된 방법에 따라 결정된 고주파 발진 지속 시간 T2와, H에 기재된 방법에 따라 결정된 충전 전류 진폭 Id와 같은 상기 데이터는, 모두 BMS 또는 트리거 제어기에 기억된다. 본 실시예에 관한 리튬 이온 전지의 주파수 변환 트리거 발진 충방전 조정 제어 방법에서는, 리튬 이온 전지에 충전을 실시하는 공정은, 이하의 스텝을 포함한다.
충전을 개시하기 전에, BMS 또는 트리거 제어기에 의하여 전지의 전압, 온도를 측정하고, 전지의 현재의 SOC에 근거하여, 또한 기억된 고듀티 사이클 중간 주파 쌍방향 발진 충전 전류의 주파수 범위, 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0, 고주파 발진 지속 시간 T2 및 충전 전류 진폭 Id에 근거하여, 충전을 기동하며, 예를 들면 전지의 표면 온도가 0℃보다 커지는 경우, 중간 주파 쌍방향 발진 전류로 충전을 행하고, 전지의 표면 온도가 0℃보다 작아지는 경우, 고주파 발진 전류로 내부 가열을 행함으로써 전지의 온도를 높인다.
충전 과정에서, BMS 또는 트리거 제어기에 의하여 전지의 전압, 온도를 리얼타임으로 측정하여, 전지의 온도의 상승, SOC의 증가에 따라, BMS 또는 트리거 제어기는, 발진 플립 플롭(K)을 조정 제어함으로써, G에 기재된 방법에 따라 고주파 발진 지속 시간 T2를 감소시키고, H에 기재된 방법에 따라 충전 전류 진폭 Id를 증가시킴으로써, 충전을 가속시킨다.
리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 0℃보다 커지면, 고주파 발진 지속 시간 T2를 그대로 유지하여, 충전 전류 진폭 Id를 계속해서 증가시키고, 전지의 단자 전압이 
가 되면, 충전 종료 조건을 충족시킬 때까지 Id를 감소시킨다.
다른 바람직한 실시형태에서는, 스텝 S31, S32 및 S41에 따라 결정된 리튬 이온 전지의 고듀티 사이클 중간 주파 쌍방향 발진 방전 전류의 주파수 범위와, F에 기재된 방법에 따라 결정된 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0과, G에 기재된 방법에 따라 결정된 고주파 발진 지속 시간 T2와 같은 상기 데이터는, 모두 BMS 또는 트리거 제어기에 기억된다. 본 실시예에 관한 리튬 이온 전지의 주파수 변환 트리거 발진 충방전 조정 제어 방법에서는, 리튬 이온 전지가 방전되면, 사이클 수명을 연장할 수 있고, 그것은 이하의 스텝을 포함한다.
방전을 개시하기 전에, BMS 또는 트리거 제어기에 의하여 전지의 전압, 온도를 측정하고, 전지의 현재의 SOC에 근거하여, 또한 기억된 고듀티 사이클 중간 주파 쌍방향 발진 방전 전류의 주파수 범위, 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0 및 고주파 발진 지속 시간 T2에 근거하여, 방전을 기동한다.
방전 과정에서, BMS 또는 트리거 제어기에 의하여 전지의 전압, 온도를 리얼타임으로 측정하여, 전지의 온도의 상승과 SOC의 변화에 따라, BMS 또는 트리거 제어기가 발진 플립 플롭(K)을 조정 제어함으로써, G에 기재된 방법에 따라 고주파 발진 지속 시간 T2를 변경한다.
(제어 장치)
본 발명의 하나의 실시형태는,
컴퓨터 가독 명령(또는 프로그램) 및 데이터가 기억된 메모리와,
상기 컴퓨터 가독 명령(또는 프로그램)을 실행함으로써 상기 충전 조정 제어 방법의 부분에 기재된 일부 또는 전부의 동작(또는 처리 또는 스텝)을 실행하는 프로세서를 포함하는 리튬 이온 전지의 충전 조정 제어를 위한 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시형태는,
컴퓨터 가독 명령(또는 프로그램) 및 데이터가 기억된 메모리와,
상기 컴퓨터 가독 명령(또는 프로그램)을 실행함으로써 상기 방전 조정 제어 방법의 부분에 기재된 일부 또는 전부의 동작(또는 처리 또는 스텝)을 실행하는 프로세서를 포함하는 리튬 이온 전지의 방전 조정 제어를 위한 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태는,
컴퓨터 가독 명령(또는 프로그램) 및 데이터가 기억된 메모리와,
상기 컴퓨터 가독 명령(또는 프로그램)을 실행함으로써 상기 충방전 조정 제어 방법의 부분에 기재된 일부 또는 전부의 동작(또는 처리 또는 스텝)을 실행하는 프로세서를 포함하는 리튬 이온 전지의 충방전 조정 제어를 위한 제어 장치를 제공한다.
바람직하게는, 본 발명의 각 실시예 또는 실시형태에 기재된 제어 장치는, BMS 또는 트리거 제어기여도 되고, 마이크로 컨트롤러, 디지털 프로세서, 원칩 마이크로 컴퓨터 등을 포함하는 다른 기기 또는 장치여도 된다.
(제조 방법)
충전 시스템의 제조 방법
본 발명의 실시형태는, 제1 충전 장치를 제공하는 공정과, 리튬 이온 전지를 제공하는 공정과, 상기 제1 충전 장치와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 마련하는 공정을 포함하는 리튬 이온 전지 충전 시스템의 제조 방법을 제공한다. 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치는, 상기 리튬 이온 전지의 임피던스 특성으로 발진 회로를 구성함으로써, 발진 전류를 발생시킨다. 예를 들면, 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치는, 상기 리튬 이온 전지의 임피던스 특성으로 발진 회로를 구성하고, 발진 회로를 트리거하여, 적어도 2종의 발진 전류를 형성하며, 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치는, 상기 적어도 2종의 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하고, 상기 적어도 2종의 발진 전류 중 적어도 1종의 발진 전류의 주파수는 다른 발진 전류보다 높다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시형태에서, 상기 제1 충전 장치와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 마련하는 공정은, 에너지 저장 환류 수단을 제공하여, 상기 에너지 저장 환류 수단을 상기 제1 충전 장치와 병렬로 접속하는 공정과, 발진 수단을 제공하여, 상기 발진 수단을 상기 리튬 이온 전지와 병렬로 접속하여 상기 발진 회로를 형성하는 공정과, 발진 플립 플롭을 제공하여, 상기 발진 플립 플롭을 상기 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단의 사이에 접속하는 공정을 포함한다. 상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 제1 충전 장치와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 마련하는 공정은, 에너지 저장 환류 수단을 제공하여, 상기 에너지 저장 환류 수단을 상기 제1 충전 장치와 병렬로 접속하는 공정과, 상기 에너지 저장 환류 수단과 직렬로 접속된 발진 수단을 제공하여, 상기 직렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단을 상기 리튬 이온 전지와 직렬로 접속하여 상기 발진 회로를 형성하는 공정과, 발진 플립 플롭을 제공하여, 상기 발진 플립 플롭을 상기 발진 수단과 병렬로 접속하는 공정을 포함한다. 상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거한다.
또한, 상기 방법은, 상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지에 상기 발진 전류를 공급하며, 예를 들면 상기 적어도 2종의 발진 전류를 공급하도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 제어하는 제어 장치를 제공하는 공정을 더 포함할 수 있다. 구체적인 제어 방법은 상기 다양한 실시형태의 기술과 동일하여, 여기에서 반복 설명하지 않는다.
방전 시스템의 제조 방법
본 발명의 실시형태는, 리튬 이온 전지를 제공하는 공정과, 부하와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 마련하는 공정을 포함하는 리튬 이온 전지 방전 시스템의 제조 방법을 제공한다. 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치는, 상기 리튬 이온 전지의 임피던스 특성으로 발진 회로를 구성함으로써, 발진 전류를 발생시킨다. 예를 들면, 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치는, 상기 리튬 이온 전지의 임피던스 특성으로 발진 회로를 구성하고, 발진 회로를 트리거하여, 적어도 2종의 발진 전류를 형성하며, 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치는, 상기 리튬 이온 전지를 상기 적어도 2종의 발진 전류의 형태로 방전시키고, 상기 적어도 2종의 발진 전류 중 적어도 1종의 발진 전류의 주파수는 다른 발진 전류보다 높다.
본 발명의 하나의 가능한 실시형태에서, 부하와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 마련하는 공정은, 에너지 저장 환류 수단을 제공하여, 상기 에너지 저장 환류 수단을 상기 부하와 병렬로 접속하는 공정과, 발진 수단을 제공하여, 상기 발진 수단을 상기 리튬 이온 전지와 병렬로 접속하여 상기 발진 회로를 형성하는 공정과, 발진 플립 플롭을 제공하여, 상기 발진 플립 플롭을 상기 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단의 사이에 접속하는 공정을 포함한다. 상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거한다.
본 발명의 다른 가능한 실시형태에서는, 부하와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 마련하는 공정은, 에너지 저장 환류 수단을 제공하여, 상기 에너지 저장 환류 수단을 부하와 병렬로 접속하는 공정과, 상기 에너지 저장 환류 수단과 직렬로 접속된 발진 수단을 제공하여, 상기 직렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단을 상기 리튬 이온 전지와 직렬로 접속하여 상기 발진 회로를 형성하는 공정과, 발진 플립 플롭을 제공하여, 상기 발진 플립 플롭을 상기 발진 수단과 병렬로 접속하는 공정을 포함한다. 상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거한다.
또한, 상기 방법은, 상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를 상기 발진 전류의 형태로 방전시키고, 예를 들면 상기 적어도 2종의 발진 전류의 형태로 방전시키도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 제어하는 제어 장치를 제공하는 공정을 더 포함할 수 있다. 구체적인 제어 방법은 상기 다양한 실시형태의 기술과 동일하여, 여기에서 반복 설명하지 않는다.
또한, 상기 충전 시스템의 제조 방법과 방전 시스템의 제조 방법에 따라, 본 발명의 실시형태의 리튬 이온 전지의 충방전 시스템을 제조할 수도 있다.
(응용 효과)
본 발명에 관한 리튬 이온 전지의 주파수 변환 트리거 발진 충방전 방법과 그 조정 제어 방법 및 장치를 채용하면, 부하 구조를 변경하지 않고, 리튬 이온 전지의 직류 방전에 등가인 효과를 달성할 수 있으며, 전지의 방전 시의 온도 상승값을 저하시켜, 전지의 사이클 수명을 연장할 수 있다.
이하, 3조의 응용예 및 도면을 합하여 본 발명에 대하여 추가로 설명한다.
응용예 1
본 응용예는, 전기 SUV(Sport Utility Vehicle: 스포츠용 다목적차) 승용차에 적용되어 있는 삼원계 리튬 이온 전지 팩을 -25℃의 저온 환경에서 충전하는 것을 예로 들어 설명한다. 그 전지 팩은, 31Ah/3.7V의 삼원계 리튬 이온 전지를 4병렬 92직렬의 방식으로 접속하여 구성된다.
SOC=10%인 31Ah/3.7V의 삼원계 리튬 이온 전지 셀을 각각 25℃, 0℃, -10℃, -25℃의 온도 환경에서 24h 방치하고, 그 후에 전기 화학 워크스테이션을 이용하여, 각 온도에서의 주파수 범위가 0.01Hz~100kHz인 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피를 측정하며, 그 결과는 도 26a~도 26d에 나타난다.
이상의 B, D에 기재된 방법에 따라, -25℃에서의 중간 주파 쌍방향 발진 충전의 주파수 범위가 11Hz~7kHz라고 결정하고, 이상의 E에 기재된 방법에 따라, -25℃에서의 고주파 발진 주파수가 ≥7kHz라고 결정하며, 이상의 B, D에 기재된 방법에 따라, -10℃에서의 중간 주파 쌍방향 발진 충전의 주파수 범위가 5Hz~7kHz라고 결정하고, 이상의 E에 기재된 방법에 따라, -10℃에서의 고주파 발진 주파수가≥7kHz라고 결정하며, 그 결과는 도 27a 및 도 27b에 나타난다. 이로써, -25℃에서의 초기 충전의 중간 주파 쌍방향 발진 충전의 주파수가 250Hz이고, 고주파 발진 주파수가 10kHz라고 결정한다.
이상의 F에 기재된 방법에 따라, 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0이 50μs라고 결정한다.
이상의 G에 기재된 방법에 따라, 초기 고주파 발진의 지속 시간 T2가 400μs라고 결정한다.
이상의 H에 기재된 방법에 따라, -25℃의 환경에서의 초기 충전 전압의 상한값이 3.95V이며, 중간 주파 쌍방향 발진 충전 전류 진폭 Id가 BMS에 의하여 37.2A로 조절된다고 결정한다.
본 발명의 실시예 3에 따라 전지 팩의 주파수 변환 트리거 발진 충전 회로를 구축하고, 도 28에 나타내는 바와 같이, 도 28의 콘덴서(C1)는 에너지 저장 환류 수단이고, 콘덴서(C2)는 발진 수단이며, 발진 플립 플롭(K)은 MOSFET이다. 직류 충전 전류의 리플률이 10%가 되면, C1=150μF, C2=20μF를 얻을 수 있다.
리튬 이온 전지 팩을 -25℃의 환경에서 방치하고, 전지의 표면 온도가 -25℃가 된 후에 8시간 지속시켜, 상기 충전 방법 또는 충전 조정 제어 방법에 따라, 리튬 이온 전지 팩에 -25℃의 저온 환경에서 충전을 실시한다.
도 29는 도 28의 분류기를 통과하는 전류의 파형이며, 이것은, 250Hz의 발진 트리거를 행하면, 첫 번째로 트리거하여 발진하는 반방향 전류와 트리거하기 전의 정방향 충전 전류가 쌍방향 발진 전류를 형성하고, 계속해서 10kHz의 고주파를 트리거하여, 고주파 발진의 내부 가열 전류를 형성하는 것을 나타낸다.
충전이 종료된 후, 전지의 표면 온도는 -25℃에서 8℃까지 상승하고, 충전 시간은 7000초이며, 충전량은 공칭 용량의 95%이고, 충전 과정에서의 온도 상승값은 도 30에 나타난다. 리튬 이온 전지의 충전량을 증가시켜, 충전 효율을 높일 뿐만 아니라, 전지 내부의 온도 상승값을 효과적으로 제어하여, 리튬 이온 전지의 온도 적용 범위를 넓힌다.
응용예
2
상기 충전 방법 또는 충전 조정 제어 방법에 따라, 31Ah/3.7V의 삼원계 리튬 이온 전지 셀에 25℃의 상온 환경에서 1C의 발진 충전을 실시하고, 또한 1C의 직류 방전 사이클 시험을 행하여, 충전의 상한 전압은 4.3V까지 높아지며, 접속 방법은 도 31a에 나타난다. 대조로서, 또한 동일한 로트, 동일한 사양의 31Ah/3.7V의 삼원계 리튬 이온 전지 셀에 종래의 정전류/정전압을 이용하여 1C 충전, 1C 방전의 사이클을 행하고, 접속 방법은 도 31b에 나타난다. 쌍방향 중간 주파 발진 정방향 전류 진폭 Id=31A, 반방향 전류 진폭 IZ=130A, 중간 주파 쌍방향 발진 충전 사이클 T3=10ms, 트리거 펄스폭 T0=25μs이며, 도 32a 및 도 32b에 나타난다. 시험 결과는, 도 33a 및 도 33b에 나타내는 바와 같이, 발진 충전을 이용한 리튬 이온 전지는 사이클 횟수가 명확하게 증가하여, 온도 상승값이 작고, 이는, 본 발명의 발진 충전 기술을 채용하면, 충전 임곗값 전압을 높여, 충전량을 증가시킬 수 있으며, 종래의 직류 방법과 비교하여, 리튬 이온 전지의 사이클 성능을 명확하게 향상시킬 수 있는 것을 나타낸다.
응용예
3
31Ah/3.7V의 삼원계 리튬 이온 전지 셀에 25℃의 상온 환경에서 1C의 직류 충전을 실시하여, 상기 방전 방법 또는 방전 조정 제어 방법에 따라, 1C의 발진 방전 사이클 시험을 행하고, 충전의 상한 전압은 4.2V이며, 방전의 하한 전압은 3.0V이고, 접속 방법은 도 34a에 나타난다. 대조로서, 또한 동일한 로트, 동일한 사양의 31Ah/3.7V의 삼원계 리튬 이온 전지 셀에 종래의 정전류/정전압을 이용하여 1C 충전, 1C 방전의 사이클을 행하고, 접속 방법은 도 34b에 나타난다. 발진 조건은 응용예 2와 동일하다. 시험 결과는, 도 35a 및 도 35b에 나타내는 바와 같이, 발진 방전을 이용한 리튬 이온 전지는 사이클 횟수가 명확하게 증가하여, 온도 상승값이 작고, 이는, 본 발명의 발진 방전 기술을 채용하면, 종래의 직류 방전 방법과 비교하여, 리튬 이온 전지의 사이클 성능을 명확하게 향상시킬 수 있는 것을 나타낸다.
이상을 정리하면, 본 발명에 관한 리튬 이온 충방전 방법, 시스템 및 장치에 의하면, 주파수 변환 트리거 발진 충방전 장치를 리튬 이온 전지 또는 전지 팩과 종래의 충전 장치/부하의 사이에 접속함으로써, 종래의 충전 장치/부하측의 충방전 전류가 직류 전류가 되고, 리튬 이온 전지의 충방전 전류가 교대로 고듀티 사이클 중간 주파 쌍방향 발진 전류와 고주파 발진 전류가 됨으로써, 리튬 이온 전지 또는 전지 팩의 직류 충방전을 회피하고, 리튬 이온 전지의 분극, 리튬 석출을 없애, 리튬 이온 전지의 서비스 수명을 연장하며, 리튬 이온 충전 임곗값 전압을 높여 리튬 이온 전지의 충전량을 증가시키고, 전지의 내부의 온도 상승값을 제어하여, 리튬 이온 전지의 온도 적용 범위를 넓히는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 종래의 충전 장치를 이용하여, 리튬 이온 전지에 교대로 고듀티 사이클 중간 주파 쌍방향 발진 전류와 고주파 발진 전류의 충전을 실시할 수 있다. 저온에서 충전하는 경우, 전지 외부 가열 장치 또는 저온 예열 조치를 증설할 필요가 없고, 리튬 이온 전지에 균일한 내부 가열 및 손상 없이 신속 충전을 행할 수 있다. 상온에서 충전하는 경우, 전지의 온도 상승값을 저하시키고, 충전 효율을 높여, 전지의 사이클 수명을 연장할 수 있다. 또, 부하 구조를 변경하지 않고, 리튬 이온 전지의 직류 방전에 등가인 효과를 달성할 수 있으며, 전지의 방전 시의 온도 상승값을 저하시켜, 전지의 사이클 수명을 연장할 수 있다.
이상의 실시형태의 기술에 의하여, 당업자라면, 본 발명이 소프트웨어를 하드웨어와 결합하는 방식에 의하여 실현할 수 있는 것은 명확하다. 이와 같은 이해에 근거하여, 본 발명의 기술적 해결 수단에서는 배경 기술에 대하여 행해진 공헌의 전부 또는 일부는 소프트웨어 제품의 형태로 나타날 수 있으며, 그 컴퓨터 소프트웨어 제품은, ROM/RAM, 자기 디스크, 광디스크 등과 같은 기억 매체에 기억할 수 있고, 컴퓨터 기기(퍼스널 컴퓨터, 원칩 마이크로 컴퓨터, 서버 또는 네트워크 기기 등)에 본 발명의 각 실시예 또는 실시예의 소정의 부분에 기재된 방법을 실행시키는 것을 가능하게 하는 약간의 명령을 포함한다.
당업자라면, 이상에 개시된 것은 본 발명의 실시형태에 지나지 않고, 물론, 이들에 의하여 본 발명의 권리 범위를 제한해서는 안되며, 본 발명의 실시형태에 근거하여 행해지는 동등한 변경은, 여전히 본 발명의 특허 청구범위에 커버되고 있는 범위 내에 있다고 이해해야 한다.
Claims (116)
- 리튬 이온 전지 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여 발진 전류를 발생시키는 공정과,
리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 충전 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 발진 전류는 적어도 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 포함하고, 상기 제1 발진 전류의 주파수가 상기 제2 발진 전류의 주파수보다 높은 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터는, 온도, 충전 상태 SOC, 전압, 내부 저항, 사이즈, 중량, 타입, 외관, 구조, 재료 중 1종 또는 복수 종을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 3에 있어서,
리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하는 공정은,
리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여, 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 4에 있어서,
리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여, 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하는 공정은,
상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 충전 파라미터를 결정하는 공정과,
상기 충전 파라미터에 근거하여, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 충전 파라미터를 결정하는 공정은,
미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 충전 파라미터 세트로부터, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 대응하는 충전 파라미터를 색출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 충전 파라미터는, 제2 발진 전류의 주파수 범위, 제1 발진 전류의 지속 시간 및 충전 전류 진폭을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 주파수는 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 이상인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것임을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정하는 공정은,
상기 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 소정의 주파수 범위의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피에 근거하여,
SOC가 제1 값인 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제1 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 각 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값이, 상기 온도에서의 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 하한 fcd가 되고, 상기 직선과 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 고주파 영역에서의 교점이, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg가 되며,
상기 제2 발진 전류의 주파수 범위가 fcd~fg가 되는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 10에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 지속 시간과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고,
여기에서, T2는 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 나타내며, n은 0 이상의 정수인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 11에 있어서,
상기 충전 파라미터에 근거하여, 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하는 공정은,
상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하고, 또한 상기 충전 전류 진폭을 증가시키는 공정과,
상기 리튬 이온 전지의 표면 온도가 제1 온도보다 높아지면, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 그대로 유지하여, 상기 충전 전류 진폭을 증가시키는 공정과,
상기 리튬 이온 전지의 단자 전압이 충전 전압의 상한에 도달하면, 충전이 종료될 때까지 상기 충전 전류 진폭을 감소시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 12에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은,
상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 제1 온도 이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하고, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 소정 온도 저하되는 공정에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 12에 있어서,
상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 발생시키는 발진 회로를 트리거하기 위한 발진 트리거 신호의 펄스폭과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고,
여기에서, T0은 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭을 나타내며, k는 0보다 크고 1 이하의 실수인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 14에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고,
여기에서, n은 0 이상의 정수인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 15에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은,
상기 발진 트리거 신호를 조정함으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 13에 있어서,
상기 소정의 주파수 범위는 0Hz~1000kHz이고,
상기 제1 값의 범위는 0~100%이며,
상기 제1 온도의 범위는 -70~100℃이고,
소정의 온도는 10℃인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 리튬 이온 전지가 그 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여 발진 전류를 발생시키는 공정과,
리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 상기 발진 전류의 형태로 방전시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 방전 방법.
- 청구항 18에 있어서,
상기 발진 전류는 적어도 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 포함하고, 상기 제1 발진 전류의 주파수가 상기 제2 발진 전류의 주파수보다 높은 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 19에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터는, 온도, 충전 상태 SOC, 전압, 내부 저항, 사이즈, 중량, 타입, 외관, 구조, 재료 중 1종 또는 복수 종을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 20에 있어서,
리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 상기 발진 전류의 형태로 방전시키는 공정은,
리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 21에 있어서,
리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키는 공정은,
상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 방전 파라미터를 결정하는 공정과,
상기 방전 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 22에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 방전 파라미터를 결정하는 공정은,
미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 방전 파라미터 세트로부터, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 대응하는 방전 파라미터를 색출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 22에 있어서,
상기 방전 파라미터는, 제2 발진 전류의 주파수 범위 및 제1 발진 전류의 지속 시간을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 24에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 주파수는 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 이상인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 24에 있어서,
상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것임을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 26에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정하는 공정은,
상기 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 소정의 주파수 범위의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피에 근거하여,
SOC가 제2 값인 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제2 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 각 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값이, 상기 온도에서의 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 하한 fdd가 되고,
SOC가 제2 값보다 작은 제1 값인 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제2 온도보다 큰 제1 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 고주파 영역에서의 교점이 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg가 되며,
상기 제2 발진 전류의 주파수 범위가 fdd~fg가 되는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 27에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 지속 시간과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고,
여기에서, T2는 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 나타내며, n은 0 이상의 정수인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 28에 있어서,
상기 방전 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키는 공정은,
상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 29에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은,
상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 제1 온도 이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하고, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 소정 온도 저하되는 공정에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 29에 있어서,
상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 발생시키는 발진 회로를 트리거하기 위한 발진 트리거 신호의 펄스폭과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고,
여기에서, T0은 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭을 나타내며, k는 0보다 크고 1 이하의 실수인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 31에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고,
여기에서, n은 0 이상의 정수인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 32에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은,
상기 발진 트리거 신호를 조정함으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 30에 있어서,
상기 소정의 주파수 범위는 0Hz~1000kHz이고,
상기 제1 값, 및 제2 값의 범위는 0~100%이며, 또한 제2 값이 제1 값보다 크고,
상기 제1 온도, 및 제2 온도의 범위는 -70~100℃이며, 또한 제2 온도가 제1 온도보다 작고,
소정의 온도는 10℃인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 리튬 이온 전지의 상태 파라미터를 관측하는 공정과,
관측된 상태 파라미터에 근거하여 리튬 이온 전지의 충전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정과,
리튬 이온 전지 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여 발진 전류를 발생시키는 공정과,
상기 결정된 충전 조정 제어 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지에 상기 발진 전류를 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 충전 과정을 조정 제어하는 방법.
- 청구항 35에 있어서,
상기 발진 전류는 적어도 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 포함하고, 상기 제1 발진 전류의 주파수가 상기 제2 발진 전류의 주파수보다 높은 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 36에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터는, 온도, 충전 상태 SOC, 전압, 내부 저항, 사이즈, 중량, 타입, 외관, 구조, 재료 중 1종 또는 복수 종을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 37에 있어서,
상기 충전 조정 제어 파라미터는, 제2 발진 전류의 주파수 범위, 제1 발진 전류의 지속 시간 및 충전 전류 진폭을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 38에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 주파수는 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 이상인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 39에 있어서,
관측된 상태 파라미터에 근거하여 리튬 이온 전지의 충전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정은,
관측된 온도 및 SOC에 근거하여 충전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 40에 있어서,
관측된 온도 및 SOC에 근거하여 충전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정은,
미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 충전 조정 제어 파라미터 세트로부터, 상기 관측된 온도 및 SOC에 대응하는 충전 조정 제어 파라미터를 색출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 41에 있어서,
상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것임을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 42에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정하는 공정은,
상기 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 소정의 주파수 범위의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피에 근거하여,
SOC가 제1 값인 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제1 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 각 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값이 상기 온도에서의 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 하한 fcd가 되고, 상기 직선과 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 고주파 영역에서의 교점이 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg가 되며,
상기 제2 발진 전류의 주파수 범위가 fcd~fg가 되는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 43에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 지속 시간과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고,
여기에서, T2는 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 나타내며, n은 0 이상의 정수인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 44에 있어서,
상기 결정된 충전 조정 제어 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지에 상기 발진 전류를 공급하는 공정은,
상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하고, 또한 상기 충전 전류 진폭을 증가시키는 공정과,
상기 리튬 이온 전지의 표면 온도가 제1 온도보다 높아지면, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 그대로 유지하여, 상기 충전 전류 진폭을 증가시키는 공정과,
상기 리튬 이온 전지의 단자 전압이 충전 전압의 상한에 도달하면, 충전이 종료될 때까지 상기 충전 전류 진폭을 감소시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 45에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은,
상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 제1 온도 이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하고, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 소정 온도 저하되는 공정에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 45에 있어서,
상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 발생시키는 발진 회로를 트리거하기 위한 발진 트리거 신호의 펄스폭과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고,
여기에서, T0은 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭을 나타내며, k는 0보다 크고 1 이하의 실수인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 47에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고,
여기에서, n은 0 이상의 정수인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 48에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은,
상기 발진 트리거 신호를 조정함으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 46에 있어서,
상기 소정의 주파수 범위는 0Hz~1000kHz이고,
상기 제1 값의 범위는 0~100%이며,
상기 제1 온도의 범위는 -70~100℃이고,
소정의 온도는 10℃인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 리튬 이온 전지의 상태 파라미터를 관측하는 공정과,
상기 관측된 상태 파라미터에 근거하여 리튬 이온 전지의 방전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정과,
리튬 이온 전지가 그 자체의 임피던스 특성으로 구성된 발진 회로에 의하여 발진 전류를 발생시키는 공정과,
상기 방전 조정 제어 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 상기 발진 전류의 형태로 방전시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 방전 과정을 조정 제어하는 방법.
- 청구항 51에 있어서,
상기 발진 전류는 적어도 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 포함하고, 상기 제1 발진 전류의 주파수가 상기 제2 발진 전류의 주파수보다 높은 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 52에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터는, 온도, 충전 상태 SOC, 전압, 내부 저항, 사이즈, 중량, 타입, 외관, 구조, 재료 중 1종 또는 복수 종을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 53에 있어서,
상기 방전 조정 제어 파라미터는, 제2 발진 전류의 주파수 범위 및 제1 발진 전류의 지속 시간을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 54에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 주파수는 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 이상인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 55에 있어서,
상기 관측된 상태 파라미터에 근거하여 리튬 이온 전지의 방전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정은,
상기 관측된 온도 및 SOC에 근거하여 리튬 이온 전지의 방전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 56에 있어서,
상기 관측된 온도 및 SOC에 근거하여 리튬 이온 전지의 방전 조정 제어 파라미터를 결정하는 공정은,
미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 방전 조정 제어 파라미터 세트로부터, 상기 관측된 온도 및 SOC에 대응하는 방전 조정 제어 파라미터를 색출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 57에 있어서,
상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것임을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 58에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정하는 공정은,
상기 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 소정의 주파수 범위의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피에 근거하여,
SOC가 제2 값인 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제2 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 각 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값이, 상기 온도에서의 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 하한 fdd가 되고,
SOC가 제2 값보다 작은 제1 값인 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제2 온도보다 큰 제1 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 고주파 영역에서의 교점이, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg가 되며,
상기 제2 발진 전류의 주파수 범위가 fdd~fg가 되는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 59에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 지속 시간과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고,
여기에서, T2는 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 나타내며, n은 0 이상의 정수인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 60에 있어서,
상기 방전 조정 제어 파라미터에 근거하여 상기 리튬 이온 전지를 상기 발진 전류의 형태로 방전시키는 공정은,
상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 61에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은,
상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 제1 온도 이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하고, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 소정 온도 저하되는 공정에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 61에 있어서,
상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 발생시키는 발진 회로를 트리거하기 위한 발진 트리거 신호의 펄스폭과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고,
여기에서, T0은 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭을 나타내며, k는 0보다 크고 1 이하의 실수인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 63에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고,
여기에서, n은 0 이상의 정수인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 64에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정은,
상기 발진 트리거 신호를 조정함으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 62에 있어서,
상기 소정의 주파수 범위는 0Hz~1000kHz이고,
상기 제1 값, 및 제2 값의 범위는 0~100%이며, 또한 제2 값이 제1 값보다 크고,
상기 제1 온도, 및 제2 온도의 범위는 -70~100℃이며, 또한 제2 온도가 제1 온도보다 작고,
소정의 온도는 10℃인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제1 충전 장치와, 제1 충전 장치와 리튬 이온 전지의 사이에 접속된 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 포함하고,
상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치는, 상기 리튬 이온 전지 자체의 임피던스 특성으로 발진 회로를 구성함으로써, 상기 발진 회로에서 발생한 발진 전류를 이용하여, 상기 리튬 이온 전지를 충전하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 충전 시스템.
- 청구항 67에 있어서,
상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치는,
상기 제1 충전 장치와 병렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과,
상기 리튬 이온 전지와 병렬로 접속되어 상기 발진 회로를 형성하는 발진 수단과,
상기 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단의 사이에 접속된 발진 플립 플롭을 포함하고,
상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 67에 있어서,
상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치는,
상기 제1 충전 장치와 병렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과,
상기 에너지 저장 환류 수단과 직렬로 접속된 발진 수단으로서, 상기 직렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단이 상기 리튬 이온 전지와 직렬로 접속되어 상기 발진 회로를 형성하는 발진 수단과,
상기 발진 수단과 병렬로 접속된 발진 플립 플롭을 포함하고,
상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 68 또는 청구항 69에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지에 상기 발진 전류를 공급하도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 제어하는 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 70에 있어서,
상기 발진 전류는 적어도 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 포함하고, 상기 제1 발진 전류의 주파수가 상기 제2 발진 전류의 주파수보다 높은 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 71에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터는, 온도, 충전 상태 SOC, 전압, 내부 저항, 사이즈, 중량, 타입, 외관, 구조, 재료 중 1종 또는 복수 종을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 72에 있어서,
상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지에 상기 발진 전류를 공급하도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 제어하는 것은,
상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지에 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 공급하도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 73에 있어서,
상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지에 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 공급하도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 제어하는 것은,
상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 충전 파라미터를 결정하는 것과, 상기 충전 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지에 상기 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 공급하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 74에 있어서,
상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 충전 파라미터를 결정하는 것은,
미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 충전 파라미터 세트로부터, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 대응하는 충전 파라미터를 색출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 75에 있어서,
상기 충전 파라미터는, 제2 발진 전류의 주파수 범위, 제1 발진 전류의 지속 시간 및 충전 전류 진폭을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 76에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 주파수는 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 이상인 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 76에 있어서,
상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것임을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 78에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정하는 것은,
상기 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 소정의 주파수 범위의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피에 근거하여,
SOC가 제1 값인 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제1 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 각 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값이, 상기 온도에서의 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 하한 fcd가 되고, 상기 직선과 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 고주파 영역에서의 교점이, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg가 되며,
상기 제2 발진 전류의 주파수 범위가 fcd~fg가 되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 79에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 지속 시간과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고,
여기에서, T2는 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 나타내며, n은 0 이상의 정수인 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 80에 있어서,
상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지에 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 공급하도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 제어하는 것은,
상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하고, 또한 상기 충전 전류 진폭을 증가시키는 것과,
상기 리튬 이온 전지의 표면 온도가 제1 온도보다 높아지면, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 그대로 유지하여, 상기 충전 전류 진폭을 증가시키는 것과,
상기 리튬 이온 전지의 단자 전압이 충전 전압의 상한에 도달하면, 충전이 종료될 때까지 상기 충전 전류 진폭을 감소시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 81에 있어서,
상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 것은,
상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 제1 온도 이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하고, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 소정 온도 저하되는 것에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 81에 있어서,
상기 발진 플립 플롭의 발진 트리거 신호의 펄스폭과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고,
여기에서, T0은 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭을 나타내며, k는 0보다 크고 1 이하의 실수인 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 83에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고,
여기에서, n은 0 이상의 정수인 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 84에 있어서,
상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 것은,
상기 발진 트리거 신호를 조정함으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 82에 있어서,
상기 소정의 주파수 범위는 0Hz~1000kHz이고,
상기 제1 값의 범위는 0~100%이며,
상기 제1 온도의 범위는 -70~100℃이고,
소정의 온도는 10℃인 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 부하와 리튬 이온 전지의 사이에 접속된 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 포함하고,
상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치는, 리튬 이온 전지 자체의 임피던스 특성으로 발진 회로를 구성함으로써, 상기 리튬 이온 전지를, 상기 발진 회로에서 발생한 발진 전류의 형태로 방전시키는 리튬 이온 전지의 방전 시스템.
- 청구항 87에 있어서,
상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치는,
상기 부하와 병렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과,
상기 리튬 이온 전지와 병렬로 접속되어 상기 발진 회로를 형성하는 발진 수단과,
상기 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단의 사이에 접속된 발진 플립 플롭을 포함하고,
상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 87에 있어서,
상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치는,
상기 부하와 병렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과,
상기 에너지 저장 환류 수단과 직렬로 접속된 발진 수단으로서, 상기 직렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단이 상기 리튬 이온 전지와 직렬로 접속되어 상기 발진 회로를 형성하는 발진 수단과,
상기 발진 수단과 병렬로 접속된 발진 플립 플롭을 포함하고,
상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 88 또는 청구항 89에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를 상기 발진 전류의 형태로 방전시키도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 제어하는 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 90에 있어서,
상기 발진 전류는 적어도 제1 발진 전류와 제2 발진 전류를 포함하고, 상기 제1 발진 전류의 주파수가 상기 제2 발진 전류의 주파수보다 높은 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 91에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터는, 온도, 충전 상태 SOC, 전압, 내부 저항, 사이즈, 중량, 타입, 외관, 구조, 재료 중 1종 또는 복수 종을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 92에 있어서,
상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를 상기 발진 전류의 형태로 방전시키도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 제어하는 것은,
상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 93에 있어서,
상기 제어 장치가 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 제어하는 것은,
상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 방전 파라미터를 결정하는 것과, 상기 방전 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 94에 있어서,
상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 방전 파라미터를 결정하는 것은,
미리 기억된 다양한 온도 및 SOC에서의 방전 파라미터 세트로부터, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 대응하는 방전 파라미터를 색출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 95에 있어서,
상기 방전 파라미터는, 제2 발진 전류의 주파수 범위 및 제1 발진 전류의 지속 시간을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 96에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 주파수는 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 이상인 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 96에 있어서,
상기 제2 발진 전류의 주파수 범위는, 상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 결정되는 것임을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 98에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 온도 및 SOC에 근거하여 제2 발진 전류의 주파수 범위를 결정하는 것은,
상기 리튬 이온 전지의 다른 온도 및 SOC에서의 소정의 주파수 범위의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피에 근거하여,
SOC가 제2 값인 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제2 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 각 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 저주파 영역에서의 교점에 대응하는 주파수값이, 상기 온도에서의 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 하한 fdd가 되고,
SOC가 제2 값보다 작은 제1 값인 다른 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피의 곡선군에 있어서, 가로축에 평행으로 제2 온도보다 큰 제1 온도에서의 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선과 세로축의 교점을 통과하는 직선과 전기 화학 임피던스 스펙트로스코피 곡선의 고주파 영역에서의 교점이, 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg가 되며,
상기 제2 발진 전류의 주파수 범위가 fdd~fg가 되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 99에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 지속 시간과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T2=n/fg의 관계를 충족시키고,
여기에서, T2는 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 나타내며, n은 0 이상의 정수인 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 100에 있어서,
상기 제어 장치가 상기 방전 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를 제1 발진 전류와 제2 발진 전류의 형태로 방전시키도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 제어하는 것은,
상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 101에 있어서,
상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 것은,
상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 제1 온도 이상이 되면, T2=n/fg의 n의 값을 0으로 하고, 상기 리튬 이온 전지의 최저 표면 온도가 소정 온도 저하되는 것에, T2=n/fg의 n의 값을 1 증가시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 101에 있어서,
상기 발진 플립 플롭의 발진 트리거 신호의 펄스폭과 상기 제2 발진 전류의 주파수 범위의 상한 fg는, T0=k/fg의 관계를 충족시키고,
여기에서, T0은 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭을 나타내며, k는 0보다 크고 1 이하의 실수인 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 103에 있어서,
상기 제1 발진 전류의 지속 시간 T2와 상기 발진 트리거 신호의 펄스폭 T0은, T2=nT0/k의 관계를 충족시키고,
여기에서, n은 0 이상의 정수인 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 104에 있어서,
상기 제어 장치가 상기 리튬 이온 전지의 표면 온도에 근거하여 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 것은,
상기 발진 트리거 신호를 조정함으로써, 상기 제1 발진 전류의 지속 시간을 조정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 청구항 102에 있어서,
상기 소정의 주파수 범위는 0Hz~1000kHz이고,
상기 제1 값, 및 제2 값의 범위는 0~100%이며, 또한 제2 값이 제1 값보다 크고,
상기 제1 온도, 및 제2 온도의 범위는 -70~100℃이며, 또한 제2 온도가 제1 온도보다 작고,
소정의 온도는 10℃인 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 컴퓨터 가독 명령 및 데이터가 기억된 메모리와,
상기 컴퓨터 가독 명령을 실행함으로써, 청구항 35 내지 청구항 50 중 어느 한 항에 기재된 방법의 일부 또는 전부의 동작을 실행하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 충전 조정 제어를 위한 제어 장치.
- 컴퓨터 가독 명령 및 데이터가 기억된 메모리와,
상기 컴퓨터 가독 명령을 실행함으로써, 청구항 51 내지 청구항 66 중 어느 한 항에 기재된 방법의 일부 또는 전부의 동작을 실행하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 방전 조정 제어를 위한 제어 장치.
- 제1 충전 장치를 제공하는 공정과,
리튬 이온 전지를 제공하는 공정과,
상기 제1 충전 장치와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 마련하는 공정을 포함하고,
상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치는, 상기 리튬 이온 전지의 임피던스 특성으로 발진 회로를 구성함으로써, 발진 전류를 발생시키며,
상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치는, 상기 발진 전류를 이용하여 상기 리튬 이온 전지를 충전하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지 충전 시스템의 제조 방법.
- 청구항 109에 있어서,
상기 제1 충전 장치와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 마련하는 공정은,
에너지 저장 환류 수단을 제공하여, 상기 에너지 저장 환류 수단을 상기 제1 충전 장치와 병렬로 접속하는 공정과,
발진 수단을 제공하여, 상기 발진 수단을 상기 리튬 이온 전지와 병렬로 접속하여 상기 발진 회로를 형성하는 공정과,
발진 플립 플롭을 제공하여, 상기 발진 플립 플롭을 상기 에너지 저장 환류 수단과 상기 발진 수단의 사이에 접속하는 공정을 포함하고,
상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 109에 있어서,
상기 제1 충전 장치와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 마련하는 공정은,
에너지 저장 환류 수단을 제공하여, 상기 에너지 저장 환류 수단을 상기 제1 충전 장치와 병렬로 접속하는 공정과,
상기 에너지 저장 환류 수단과 직렬로 접속된 발진 수단을 제공하여, 상기 직렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단을 상기 리튬 이온 전지와 직렬로 접속하여 상기 발진 회로를 형성하는 공정과,
발진 플립 플롭을 제공하여, 상기 발진 플립 플롭을 상기 발진 수단과 병렬로 접속하는 공정을 포함하고,
상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 110 또는 청구항 111에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지에 상기 발진 전류를 공급하도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 충전 장치를 제어하는 제어 장치를 제공하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 리튬 이온 전지를 제공하는 공정과,
부하와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 마련하는 공정을 포함하고,
상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치는, 상기 리튬 이온 전지의 임피던스 특성으로 발진 회로를 구성함으로써, 발진 전류를 발생시키며,
상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치는, 상기 리튬 이온 전지를 상기 발진 전류의 형태로 방전시키는 리튬 이온 전지 방전 시스템의 제조 방법.
- 청구항 113에 있어서,
부하와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 마련하는 공정은,
에너지 저장 환류 수단을 제공하여, 상기 에너지 저장 환류 수단을 상기 부하와 병렬로 접속하는 공정과,
발진 수단을 제공하여, 상기 발진 수단을 상기 리튬 이온 전지와 병렬로 접속하여 상기 발진 회로를 형성하는 공정과,
발진 플립 플롭을 제공하여, 상기 발진 플립 플롭을 상기 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단의 사이에 접속하는 공정을 포함하고,
상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 113에 있어서,
부하와 상기 리튬 이온 전지의 사이에 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 마련하는 공정은,
에너지 저장 환류 수단을 제공하여, 상기 에너지 저장 환류 수단을 부하와 병렬로 접속하는 공정과,
상기 에너지 저장 환류 수단과 직렬로 접속된 발진 수단을 제공하여, 상기 직렬로 접속된 에너지 저장 환류 수단과 발진 수단을 상기 리튬 이온 전지와 직렬로 접속하여 상기 발진 회로를 형성하는 공정과,
발진 플립 플롭을 제공하여, 상기 발진 플립 플롭을 상기 발진 수단과 병렬로 접속하는 공정을 포함하고,
상기 발진 플립 플롭은, 상기 발진 전류를 발생시키도록 상기 발진 회로를 트리거하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 청구항 114 또는 청구항 115에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 상태 파라미터에 근거하여, 상기 리튬 이온 전지를 상기 발진 전류의 형태로 방전시키도록 상기 주파수 변환 트리거 발진 방전 장치를 제어하는 제어 장치를 제공하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
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