KR20220104213A - 모의 전지 제어장치, 전자기기, 충전기 및 모의 전지 제어방법 - Google Patents

모의 전지 제어장치, 전자기기, 충전기 및 모의 전지 제어방법 Download PDF

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KR20220104213A
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secondary battery
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이치로 무나카타
히데키 쇼지
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도요시스템 가부시키가이샤
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Abstract

모의 전지에 의한 2차 전지의 특성의 다양한 조건 하에서의 재현의 편리성 향상을 도모할 수 있는 장치 등을 제공한다. 전자기기(200) 및/또는 해당 전자기기(200)가 접속되는 충전기(400)와 모의전지 제어장치(100)의 상호 통신에 기초하여 해당 전자기기(200)에 탑재되어 있는 모의 전지(230)의 동작이 제어되고, 지정 부하(250)에 대해서 전류 지령값(Icmd(t))에 따른 전압(V(t))이 인가된다. 그리고, 해당 인가 전압(V(t))에 따른 지정 부하(250)의 동작 특성(OC(t))에 따른 동작 특성정보(Info(OC(t)))가 해당 전자기기(200)의 출력 인터페이스(204)에 출력된다. 그렇기 때문에, 사용자는 전자기기(200)를 전문기관 등에 지참할 필요가 없으며, 해당 전자기기(200)의 지정 부하(250)에 대해서 전류 지령값(Icmd(t))에 따른 전압(V(t))이 인가되었을 때의 해당 지정 부하(250)의 동작 특성(OC(t))을 파악할 수 있기 때문에 전자기기(200)의 사용자의 편리성 향상이 도모된다.

Description

모의 전지 제어장치, 전자기기, 충전기 및 모의 전지 제어방법
본 발명은 리튬 이온 배터리 등의 2차 전지의 성능을 모의하는 기술에 관한 것이다.
2차 전지의 내부 저항은 저항(R)과 커패시터(C)의 병렬회로를 다단으로 접속하여 등가 회로를 구성하고, 전류-전압의 거동 파형의 변화를 논하고 있다. 그러나, 전압의 수 초 이상의 과도 응답 파형을 설명하기 위해서는 시정수 요소로서의 커패시터 용량값이 수 100F로부터 수 1000F인 값을 이용하지 않으면 안 된다. 이와 같은 값은 전지의 AC 특성의 평가방법인 AC 임피던스와 그 등가 회로 모델과는 대응될 수 없는 수치이며, 전지의 성상을 재현하고 있다고는 말하기 어렵다.
2차 전지의 특성 항목으로서 내부 저항이 있다. 예를 들어 리튬 이온 2차 전지(이하, LIB 2차 전지)에서는, 전지 내부에서의 전극 반응, SEI 반응, 이온의 확산 반응 등 복잡한 화학반응이 서로 얽혀져서 발생되고 있기 때문에, 전지 전압의 거동도 내부 저항을 단순한 직류 저항으로 간주하여 옴의 법칙을 적용할 수 있는 종류는 아니다.
전지의 내부 저항을 강화하는 방법으로서는, 종래부터 주파수 응답 해석법(FRA : Frequency Response Analysis)에 기초한 AC 임피던스 해석법이 잘 알려져 있으며, 다양한 내부 반응을, 등가 회로의 모델을 적용하여 몇 개의 시정수 요소로 분해하여 해석하는 방법이 확립되어 있다. 전지의 초의 오더의 거동은 와버그(Warburg) 저항으로서의 확산 현상이 지배적 영향을 차지하고 있으며, 이 와버그 저항을 어떻게 동작 모델로서 조합시킬 수 있는지가 모델로서의 성능을 결정하고 있다. AC 임피던스 측정을 행하기 위해서는 주파수 응답 애널라이저(FRA)와 같은 전용 장치가 필요하다.
[특허문헌 1] 특허 제5924617호 공보
그러나, 실용 시에는 2차 전지는 부하와 접속되어 있고, 충전 및 방전이 반복되고 있으며, 그러한 경우에는 2차 전지의 상태를 알기 위한 기초 정보로서는 전압, 전류 및 온도만이 측정된다. 이와 같은 상황 하에서 전지의 출력전압은 내부 저항에 영향을 받고, 또한 내부 저항 자체도 온도 조건 또는 전지의 열화도에 의해 변화되고 있으며, 실제 동작상태의 전지의 특성을 정밀도 좋게 재현하는 수단을 필요로 하고 있었다.
이에, 본 발명은 모의 전지에 의한 2차 전지의 특성의 다양한 조건 하에서의 재현의 편리성 향상을 도모할 수 있는 장치 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 모의 전지 제어장치는 전자기기와의 통신에 기초하여 상기 전자기기에 전원으로서 탑재되어 있거나 또는 탑재되는 2차 전지의 출력전압의 전류 의존성을 나타내는 2차 전지 모델의 파라미터의 값을 동정하는 제1 제어요소와, 상기 전자기기와의 통신에 기초하여 지령 전류값의 시계열을 인식하고, 상기 제1 제어요소에 의해 상기 파라미터의 값이 인식된 상기 2차 전지 모델에 대해서 해당 지령 전류값의 시계열이 입력되었을 때에 해당 2차 전지 모델로부터 출력되는 전압의 변화 양태로서의 모델 출력전압을 산정하는 제2 제어요소와, 상기 전자기기 또는 상기 2차 전지의 충전용 전원으로서의 전원장치와의 통신에 기초하여 상기 전자기기 또는 상기 전원장치에 탑재되어 있는 모의 전지에, 상기 제2 제어요소에 의해 산정된 상기 모델 출력전압을 상기 전자기기의 지정 부하에 대해서 인가시키는 제3 제어요소를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 모의 전지 제어방법은 전자기기와의 통신에 기초하여 상기 전자기기에 전원으로서 탑재되어 있거나 또는 탑재되는 2차 전지의 출력전압의 전류 의존성을 나타내는 2차 전지 모델의 파라미터의 값을 동정하는 제1 제어공정과, 상기 전자기기와의 통신에 기초하여 지령 전류값의 시계열을 인식하고, 상기 제1 제어공정에서 상기 파라미터의 값이 인식된 상기 2차 전지 모델에 대해서 해당 지령 전류값의 시계열이 입력되었을 때에 해당 2차 전지 모델로부터 출력되는 전압의 변화 양태로서의 모델 출력전압을 산정하는 제2 제어공정과, 상기 전자기기 또는 상기 2차 전지의 충전용 전원으로서의 전원장치와의 통신에 기초하여 상기 전자기기 또는 상기 전원장치에 탑재되어 있는 모의 전지에, 상기 제2 제어공정에서 산정된 상기 모델 출력전압을 상기 전자기기의 지정 부하에 대해서 인가시키는 제3 제어공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전자기기는 전원으로서의 2차 전지가 탑재되는 전자기기이며, 모의 전지와, 지정 부하와, 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 2차 전지의 출력전압의 전류 의존성을 나타내는 2차 전지 모델의 파라미터의 값을, 상기 모의 전지 제어장치를 구성하는 제1 제어요소에 동정시키는 제1 기기 제어요소와, 상기 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 모의 전지 제어장치를 구성하는 제2 제어요소에 지령 전류값의 시계열을 인식시키고, 상기 제1 제어요소에 의해 상기 파라미터의 값이 인식된 상기 2차 전지 모델에 대해서 해당 지령 전류값의 시계열이 입력되었을 때에 해당 2차 전지 모델로부터 출력되는 전압의 변화 양태로서의 모델 출력전압을 산정시키는 제2 기기 제어요소와, 상기 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 제2 제어요소에 의해 산정된 상기 모델 출력전압을 상기 모의 전지로부터 상기 지정 부하에 대해서 인가시키는 제3 기기 제어요소를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전자기기에서, 상기 제1 기기 제어요소는 상기 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 제1 제어요소에 상기 2차 전지의 열화도를 인식시키고, 또한 해당 열화도의 차이에 따른 값을 상기 2차 전지 모델의 파라미터의 값으로서 동정시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 전자기기에서, 상기 제1 기기 제어요소는 온도 센서를 이용하여 상기 전자기기 또는 상기 모의 전지의 온도를 계측하고, 상기 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 제1 제어요소에 상기 전자기기 또는 상기 모의 전지의 온도의 계측 결과를 인식시키고, 또한 해당 온도의 계측 결과의 차이에 따른 값을 상기 2차 전지 모델의 파라미터의 값으로서 동정시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 전자기기에서, 상기 전자기기의 입력 인터페이스를 통해서 제1 지정 조작이 있었던 것을 요건으로 하여, 상기 제1 기기 제어요소가 상기 제1 제어요소에 상기 2차 전지 모델의 파라미터의 값을 동정시키고, 또한 상기 제2 기기 제어요소가 상기 제2 제어요소에 상기 모델 출력전압을 산정시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 전자기기에서, 상기 제1 지정 조작으로서 상기 전자기기의 상기 입력 인터페이스를 통해서 전원 오프 조작이 있었던 것을 요건으로 하여, 상기 제1 기기 제어요소가 상기 제1 제어요소에 상기 2차 전지 모델의 파라미터의 값을 동정시키고, 또한 상기 제2 기기 제어요소가 상기 제2 제어요소에 상기 모델 출력전압을 산정시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 전자기기에서, 상기 전자기기가 상기 충전기에 대해서 접속된 것을 요건으로 하여, 상기 제1 기기 제어요소가 상기 제1 제어요소에 상기 2차 전지 모델의 파라미터의 값을 동정시키고, 또한 상기 제2 기기 제어요소가 상기 제2 제어요소에 상기 모델 출력전압을 산정시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 전자기기에서, 상기 제3 기기 제어요소가 상기 모의 전지에 상기 제2 제어요소에 의해 산정된 상기 모델 출력전압을 상기 전자기기의 상기 지정 부하에 대해서 인가시켰을 때의 상기 지정 부하의 동작 특성에 관한 정보를 상기 전자기기의 출력 인터페이스에 출력시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 전자기기에서, 상기 전자기기의 입력 인터페이스를 통해서 제2 지정 조작이 있었던 것을 요건으로 하여, 상기 제3 기기 제어요소가 상기 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 출력 인터페이스에 상기 지정 부하의 동작 특성에 관한 정보를 출력시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 전자기기에서, 상기 전자기기의 입력 인터페이스를 통해서 상기 제2 지정 조작으로서 상기 출력 인터페이스의 슬리프 상태의 해제조작이 있었던 것을 요건으로 하여, 상기 제3 기기 제어요소가 상기 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 출력 인터페이스에 상기 지정 부하의 동작 특성에 관한 정보를 출력시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 전자기기에서, 상기 모의 전지를 상기 2차 전지의 대체 전지로서 탑재 가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 충전기는 전원으로서의 2차 전지가 탑재되는 전자기기에 접속되는 충전기이며, 모의 전지와, 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 2차 전지의 출력전압의 전류 의존성을 나타내는 2차 전지 모델의 파라미터의 값을, 상기 모의 전지 제어장치를 구성하는 제1 제어요소에 동정시키는 제1 충전기 제어요소와, 상기 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 모의 전지 제어장치를 구성하는 제2 제어요소에 지령 전류값의 시계열을 인식시키고, 상기 제1 제어요소에 의해 상기 파라미터의 값이 인식된 상기 2차 전지 모델에 대해서 해당 지령 전류값의 시계열이 입력되었을 때에 해당 2차 전지 모델로부터 출력되는 전압의 변화 양태로서의 모델 출력전압을 산정시키는 제2 충전기 제어요소와, 상기 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 제2 제어요소에 의해 산정된 상기 모델 출력전압을 상기 모의 전지로부터 상기 전자기기의 지정 부하에 대해서 인가시키는 제3 충전기 제어요소를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 충전기에서, 상기 제1 충전기 제어요소가 상기 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 제1 제어요소에 상기 2차 전지의 열화도를 인식시키고, 또한 해당 열화도의 차이에 따른 값을 상기 2차 전지 모델의 파라미터의 값으로서 동정시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 충전기에서, 상기 제1 충전기 제어요소가 온도 센서를 이용하여 상기 전자기기 또는 상기 모의 전지의 온도를 계측하고, 상기 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 제1 제어요소에 상기 전자기기 또는 상기 모의 전지의 온도의 계측 결과를 인식시키고, 또한 해당 온도의 계측 결과의 차이에 따른 값을 상기 2차 전지 모델의 파라미터의 값으로서 동정시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 충전기에서, 상기 전자기기의 입력 인터페이스를 통해서 제1 지정 조작이 있었던 것을 요건으로 하여, 상기 제1 충전기 제어요소가 상기 제1 제어요소에 상기 2차 전지 모델의 파라미터의 값을 동정시키고, 또한 상기 제2 충전기 제어요소가 상기 제2 제어요소에 상기 모델 출력전압을 산정시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 충전기에서, 상기 제1 지정 조작으로서 상기 전자기기의 상기 입력 인터페이스를 통해서 전원 오프 조작이 있었던 것을 요건으로 하여, 상기 제1 충전기 제어요소가 상기 제1 제어요소에 상기 2차 전지 모델의 파라미터의 값을 동정시키고, 또한 상기 제2 충전기 제어요소가 상기 제2 제어요소에 상기 모델 출력전압을 산정시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 충전기에서, 상기 전자기기가 상기 충전기에 대해서 접속된 것을 요건으로 하여, 상기 제1 충전기 제어요소가 상기 제1 제어요소에 상기 2차 전지 모델의 파라미터의 값을 동정시키고, 또한 상기 제2 충전기 제어요소가 상기 제2 제어요소에 상기 모델 출력전압을 산정시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 충전기에서, 상기 제3 충전기 제어요소가 상기 모의 전지에 상기 제2 제어요소에 의해 산정된 상기 모델 출력전압을 상기 전자기기의 상기 지정 부하에 대해서 인가시켰을 때의 상기 지정 부하의 동작 특성에 관한 정보를 상기 전자기기의 출력 인터페이스에 출력시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 충전기에서, 상기 전자기기의 입력 인터페이스를 통해서 제2 지정 조작이 있었던 것을 요건으로 하여, 상기 제3 충전기 제어요소가 상기 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 출력 인터페이스에 상기 지정 부하의 동작 특성에 관한 정보를 출력시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 충전기에서, 상기 전자기기의 입력 인터페이스를 통해서 상기 제2 지정 조작으로서 상기 출력 인터페이스의 슬리프 상태의 해제 조작이 있었던 것을 요건으로 하여, 상기 제3 충전기 제어요소가 상기 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 출력 인터페이스에 상기 지정 부하의 동작 특성에 관한 정보를 출력시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 충전기에서, 상기 모의 전지가 분리 가능하게 탑재되고, 또한 상기 2차 전지의 대체 전지로서 상기 전자기기에 탑재 가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태로서의 모의 전지 제어 시스템의 구성 설명도이다.
도 2는 모의 전지의 구성의 일례에 관한 설명도이다.
도 3은 모의 전지 제어방법의 제1 순서를 도시하는 플로우 차트이다.
도 4는 모의 전지 제어방법의 제2 순서를 도시하는 플로우 차트이다.
도 5는 전류 지령값으로부터 전압 지령값의 계산 결과에 관한 설명도이다.
도 6은 2차 전지 모델의 확립 순서를 도시하는 플로우 차트이다.
도 7은 2차 전지의 나이키스트 플롯에 관한 설명도이다.
도 8은 교류 임피던스법에 관한 설명도이다.
도 9A는 2차 전지의 내부 저항의 등가 회로의 제1 예시 설명도이다.
도 9B는 2차 전지의 내부 저항의 등가 회로의 제2 예시 설명도이다.
도 10A는 IIR 시스템의 전달 함수를 나타내는 다이어그램이다.
도 10B는 FIR 시스템의 전달 함수를 나타내는 다이어그램이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시형태로서의 모의 전지 제어 시스템의 구성 설명도이다.
도 12A는 임펄스 전류에 관한 설명도이다.
도 12B는 2차 전지 및 2차 전지 모델의 전압 응답특성에 관한 설명도이다.
(제1 실시형태)
(모의 전지 제어 시스템의 구성)
도 1에 도시되어 있는 본 발명의 제1 실시형태로서의 모의 전지 제어 시스템은 네트워크를 통해서 상호 통신 가능한 모의 전지 제어장치(100) 및 전자기기(200)에 의해 구성되어 있다. 모의 전지 제어장치(100)는 데이터베이스(10)에 액세스 가능한 하나 또는 복수의 서버에 의해 구성되어 있다. 모의 전지 제어장치(100)는 전자기기(200)에 전원으로서 탑재되어 있는 2차 전지(240)의 성능을 평가한다.
모의 전지 제어장치(100)는 제1 제어요소(110), 제2 제어요소(120) 및 제3 제어요소(130)를 구비하고 있다. 제1 제어요소(110), 제2 제어요소(120) 및 제3 제어요소(130) 각각은 프로세서(연산처리장치), 메모리(기억장치) 및 I/O 회로 등에 의해 구성되어 있다.
메모리 또는 이것과는 별개의 기억장치에는 전류(예를 들어 임펄스 전류)에 대한 2차 전지(240)의 전압 응답특성의 측정 결과 등의 다양한 데이터 외에, 프로그램 또는 소프트웨어가 기억 보유되어 있다. 예를 들어, 2차 전지(240) 또는 이것이 탑재되어 있는 전자기기(200)의 종류(규격 및 제원에 의해 특정된다.)를 식별하기 위한 복수의 식별자 각각과 복수의 2차 전지 모델 각각이 대응되어 메모리에 기억 보유되어 있다. 프로세서가 메모리로부터 필요한 프로그램 및 데이터를 읽어내고, 해당 데이터에 기초하여 해당 프로그램에 따른 연산처리를 실행함으로써, 각 요소(110, 120 및 130) 각각에 할당된 후술하는 연산처리 또는 태스크가 실행된다.
전자기기(200)는 입력 인터페이스(202), 출력 인터페이스(204), 센서군(206), 기기 제어장치(220), 모의 전지(230), 2차 전지(240), 및 지정 부하(250)를 구비하고 있다. PC, 휴대전화(스마트폰), 가전제품 또는 전동 자전거 등의 이동체 등과 같은 2차 전지(240)를 전원으로 하는 모든 기기가 전자기기(200)에 해당된다. 전자기기(200)가 충전기(400)에 대해서 접속 단자를 통해서 접속되거나 또는 무선 접속됨으로써 2차 전지(240)가 충전된다.
기기 제어장치(220)는 제1 기기 제어요소(221), 제2 기기 제어요소(222) 및 제3 기기 제어요소(223)를 구비하고 있다. 제1 기기 제어요소(221), 제2 기기 제어요소(222) 및 제3 기기 제어요소(223) 각각은 프로세서(연산처리장치), 메모리(기억장치) 및 I/O 회로 등에 의해 구성되어 있다. 해당 메모리 또는 이것과는 별개의 기억장치에는 모의 전지 식별자(ID(m0)), 모의 전지 온도(T(m1)) 및 가상 열화도(D(m2))(도 3/STEP 214, 216, 218 및 220 참조) 등의 다양한 데이터가 기억 보유된다. 기기 제어장치(220)는 2차 전지(240)로부터 공급 전력에 따라서 작동되고, 통전 상태에서 전자기기(200)의 동작을 제어한다.
각 요소가 정보를 "인식한다"는 것은 정보를 수신하는 것, 데이터베이스(10) 등의 정보원으로부터 정보를 검색하는 것 또는 읽어내는 것, 다른 정보에 기초하여 정보를 산정, 추정하는 것 등과 같이, 필요한 정보를 준비하는 모든 연산처리 등을 실행하는 것을 의미한다.
전자기기(200)의 동작에는 해당 전자기기(200)를 구성하는 지정 부하(250)로서의 액츄에이터(전동식 액츄에이터 등)의 동작이 포함된다. 기기 제어장치(220)를 구성하는 프로세서가 메모리로부터 필요한 프로그램 및 데이터를 읽어내고, 해당 데이터에 기초하여 해당 프로그램에 따라서 할당된 연산처리를 실행한다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 모의 전지(230)는 D/A 컨버터(231)와 증폭기(232)를 구비하고 있다. D/A 컨버터(231)는 2차 전지 모델로부터 출력되는 전압 지령값(Vcmd(t))이 입력되면, 이것을 D/A 변환한다. 증폭기(232)는 D/A 컨버터(231)로부터의 출력에 따른 전압(V(t))을 전자기기(200) 또는 이것을 구성하는 부하에 대해서 인가한다. "(t)"는 시각(t)에서의 값 또는 시계열을 의미한다.
2차 전지 모델에 상당하는 계산기(제2 제어요소(120))는 계산기(121), 모델 파라미터 설정요소(122), 출력기(123), 및 가산기(124)를 구비하고 있다. 계산기(121)는 전류 지령값(Icmd(t))이 입력되면, 모의 전지(230)의 가상적인 내부 저항에 유래하는 출력전압을 산정한다. 계산기(121)의 전달 함수(H)를 정의하는 파라미터의 값은 모의 전지(230)에 의해 모의되는 가상적인 2차 전지의 열화도(D(n2))에 기초하여 모델 파라미터 설정요소(122)에 의해 설정 또는 변경된다. 출력기(123)는 모의 전지(230)의 가상적인 개방전압(OCV(t))을 출력한다. 가산기(124)는 계산기(121) 및 출력기(123) 각각의 출력을 가산한다.
모의 전지(230)는 전자기기(200)가 접속되는 상용 전원 등의 외부 전원에 의해 구성되어 있어도 된다. 모의 전지(230)는 2차 전지(240) 대신에 전자기기(200)에 탑재되어도 된다. 모의 전지(230)는 제2 계산요소(122)를 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 전자기기(200)를 구성하는 제어장치(210)에 의해 제2 계산요소(122)가 구성되어 있어도 된다.
2차 전지(240)는 예를 들어 리튬 이온 배터리이며, 니켈 수소전지, 니켈ㆍ카드뮴 전지 등의 그 외의 2차 전지이어도 된다. 센서군(206)은 2차 전지(240)의 전압 응답특성 및 온도 외에, 전자기기(200)의 제어에 필요한 파라미터의 값을 측정한다. 센서군(206)은 예를 들어 2차 전지(240)의 전압, 전류 및 온도 각각에 따른 신호를 출력하는 전압 센서, 전류 센서 및 온도 센서에 의해 구성되어 있다.
모의 전지 제어장치(100)는 전자기기(200)에 탑재되어 있어도 된다. 이 경우, 소프트웨어 서버(도시 생략)가, 전자기기(200)가 구비하고 있는 기기 제어장치(220)를 구성하는 연산처리장치에 대해서 열화 판정용 소프트웨어를 송신함으로써, 해당 연산처리장치에 대해서 모의 전지 제어장치(100)로서의 기능을 부여해도 된다.
(모의 전지 제어방법)
상기 구성의 제1 실시형태의 모의 전지 제어 시스템에 의해 실행되는 모의 전지(230)의 동작 제어방법 또는 구축방법에 대해서 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 플로우 차트를 이용하여 설명한다. 해당 플로우 차트에서 "C●"라고 하는 블록은 기재의 간략을 위해서 이용되고, 데이터의 송신 및/또는 수신을 의미하며, 해당 데이터의 송신 및/또는 수신을 조건으로 하여 분기방향의 처리가 실행되는 조건 분기를 의미하고 있다.　
전자기기(200)에서, 제1 기기 제어요소(221)에 의해, 해당 전자기기(200)가 충전기(400)에 대해서 접속되었는지 여부가 판정된다(도 3/STEP 210). 해당 판정결과가 부정적인 경우(도 3/STEP 210‥NO) 일련의 처리가 종료되고, 다시 전자기기(200)가 충전기(400)에 대해서 접속되었는지 여부가 판정된다.
반면에, 해당 판정결과가 긍정적인 경우(도 3/STEP 210‥YES), 제1 기기 제어요소(221)에 의해 입력 인터페이스(202)를 통한 제1 지정 조작 여부가 더 판정된다(도 3/STEP 212). 예를 들어, 전자기기(200)의 전원을 온 상태로부터 오프 상태로 전환하기 위한 조작, 전자기기(200)의 전원을 오프 상태로부터 온 상태로 전환하기 위한 조작, CPU 사용률 등의 연산처리 부하를 임계값 이하로 저하시키는 것과 같은 소정의 어플리케이션 혹은 지정 부하(250)의 동작 정지를 위한 조작, 또는 소정의 어플리케이션 혹은 지정 부하(250)를 기동시키기 위한 조작이 "제1 지정 조작"에 해당된다.
해당 판정결과가 부정적인 경우(도 3/STEP 212‥NO) 일련의 처리가 종료되고, 전자기기(200)의 충전기(400)에 대한 접속 여부의 판정처리(도 3/STEP 210) 이후의 처리가 실행된다.
반면에, 제1 지정 조작이 있었다고 판정된 경우(도 3/STEP 212‥YES), 제1 기기 제어요소(221)에 의해, 모의 전지(230)에 의해 모의되는 가상적인 2차 전지(또는 2차 전지(240))의 종류를 식별하는 전지 식별자(ID(m0))가 인식된다(도 3/STEP 214). 전자기기(200)의 입력 인터페이스(202)를 통해서 설정된 가상적인 2차 전지의 종류에 따라서 전지 식별자(ID(m0))가 제1 기기 제어요소(221)에 의해 인식되어도 된다.
제1 기기 제어요소(221)에 의해, 모의 전지(230)에 의해 모의되는 가상적인 2차 전지의 온도(T(m1))가 인식된다(도 3/STEP 216). 예를 들어, 제1 기기 제어요소(221)에 의해, 해당 전자기기(200)의 센서군(206)을 구성하는 온도 센서에 의해 측정된 전자기기(200)의 온도가 가상적인 2차 전지의 온도(T(m1))로서 인식되어도 된다. 또한, 제1 기기 제어요소(221)에 의해, 전자기기(200)의 입력 인터페이스(202)를 통해서 설정된 온도가 가상적인 2차 전지의 온도(T(m1))로서 인식되어도 된다.
제1 기기 제어요소(221)에 의해, 모의 전지(230)에 의해 모의되는 가상적인 2차 전지의 열화도(D(m2))가 인식된다(도 3/STEP 218). 예를 들어, 제1 기기 제어요소(221)에 의해, 전자기기(200)의 입력 인터페이스(202)를 통해서 설정된 열화도가 가상적인 2차 전지의 열화도(D(m2))로서 인식되어도 된다.
제2 기기 제어요소(222)에 의해, 전류 지령값(Icmd(t))이 인식된다(도 3/STEP 220). 예를 들어, 제2 기기 제어요소(222)에 의해, 전자기기(200)의 센서군(206)에 의해 측정된 해당 전자기기(200)의 작동 상황에 따라서 설정되는 지정 부하(250)에의 전류 목표값이 전류 지령값(Icmd(t))으로서 인식되어도 된다. 또한, 제2 기기 제어요소(222)에 의해, 전자기기(200)의 입력 인터페이스(202)를 통해서 설정된 전류 목표값이 전류 지령값(Icmd(t))으로서 인식되어도 된다. 이에 의해, 예를 들어, 도 5 상단에 실선으로 도시되어 있는 바와 같이 시간 변화되는 전류 지령값(Icmd(t))이 인식된다.
제1 기기 제어요소(221)에 의해, 가상적인 2차 전지의 종류를 식별하는 식별자(id(m0)), 온도(T(m1)) 및 열화도(D(m2))가 모의 전지 제어장치(100)에 대해서 송신되고, 또한 제2 기기 제어요소(222)에 의해, 전류 지령값(Icmd(t))이 모의 전지 제어장치(100)에 대해서 송신된다(도 3/STEP 222).
모의 전지 제어장치(100)에서, 제1 제어요소(110)에 의해, 가상적인 2차 전지의 종류를 식별하는 식별자(id(m0)), 온도(T(m1)) 및 열화도(D(m2))가 인식된 경우(도 3/C11), 해당 인식 결과에 기초하여 데이터베이스(10)에 등록되어 있는 다수의 2차 전지 모델 중에서 파라미터(P(m0, m1, m2))에 의해 특정되는 하나의 2차 전지 모델이 결정된다(도 3/STEP 110). 이것은, 도 2에 도시되어 있는 계산기(121)의 전달 함수(H)를 정의하는 파라미터(P(m0, m1, m2))의 값이, 모의 전지(230)에 의해 모의되는 가상적인 2차 전지의 열화도(D(n2))에 기초하여 모델 파라미터 설정요소(122)에 의해 설정 또는 변경되는 것에 상당한다. 2차 전지 모델은 전류값(I(t))이 입력되었을 때에, 해당하는 2차 전지가 출력하는 것으로 추정 또는 예측되는 전압값(V(t))을 출력하는 모델이다. 2차 전지 모델로서는, 예를 들어, 특개2008-241246호 공보, 특개2010-203935호 공보 및 특개2017-138128호 공보에 기재되어 있는 모델 등 다양한 모델이 적용되어도 된다.
제2 제어요소(120)에 의해, 해당 선정된 2차 전지 모델에 대해서 전류 지령값(Icmd(t))이 입력되고, 해당 2차 전지 모델의 출력으로서 전압 지령값(Vcmd(t))이 산정된다(도 3/STEP 120). 이에 의해, 예를 들어, 도 5 하단에 가는 선으로 도시되어 있는 바와 같이 변화되는 전압 지령값(Vcmd(t))이 2차 전지 모델의 출력으로서 계산된다.
계속해서, 제3 제어요소(130)에 의해, 제2 제어요소(120)에 의해 산정된 전압 지령값(Vcmd(t))이 전자기기(200)에 대해서 송신된다(도 4/STEP 130). 이에 따라서, 전자기기(200)에서, 제3 기기 제어요소(223)에 의해 전압 지령값(Vcmd(t))이 인식된 경우(도 4/C21), 제3 기기 제어요소(223)에 의해, 해당 전압 지령값(Vcmd(t))에 기초하여 모의 전지(230)로 증폭기(232)에 의해 게인 배가 된 전압(V(t))이 지정 부하(250)에 대해서 인가된다(도 4/STEP 224). 이에 의해, 예를 들어, 도 5 하단에 굵은 선으로 도시되어 있는 바와 같이 변화되는 전압(V(t))이 지정 부하(250)에 인가된다.
제3 기기 제어요소(223)에 의해, 전압(V(t))이 인가되었을 때의 지정 부하(250)의 동작 특성(OC(t))이 인식된다(도 4/STEP 226). 예를 들어, 지정 부하(250)가 액츄에이터인 경우, 센서군(206)을 구성하는 변위 센서 등에 의해 측정된 해당 액츄에이터의 변위량 또는 일량의 시계열이 동작 특성(OC(t))으로서 인식된다. 또한, 지정 부하(250)가 CPU 등의 연산처리 자원인 경우, 센서군(206)을 구성하는 온도 센서에 의해 측정된 해당 연산처리 자원의 온도의 시계열이 동작 특성(OC(t))으로서 인식되어도 된다.
다음에, 제3 기기 제어요소(223)에 의해, 지정 부하(250)의 동작 특성(OC(t))이 모의 전지 제어장치(100)에 대해서 송신된다(도 4/STEP 228). 이에 따라서, 모의 전지 제어장치(100)에서, 제3 제어요소(130)에 의해 지정 부하(250)의 동작 특성(OC(t))이 인식된 경우(도 4/C12), 제3 제어요소(130)에 의해, 해당 동작 특성(OC(t))을 나타내는 동작 특성정보(Info(OC(t)))가 생성된다(도 4/STEP 132). 예를 들어, 지정 부하(250)의 동작 특성(OC(t))을 나타내는 그래프 또는 다이어그램, 나아가 동작 특성(OC(t))을 감안하여 지정 부하(250)의 동작의 이상 여부 등이 포함되어 있는 동작 특성정보(Info(OC(t)))가 생성되어도 된다. 동작 특성정보(Info(OC(t)))는 전자기기(200)를 식별하기 위한 기기 식별자에 관련되어 데이터베이스(10)에 등록되어도 된다.
계속해서, 전자기기(200)에서, 제3 기기 제어요소(223)에 의해, 입력 인터페이스(202)를 통한 제2 지정 조작 여부가 판정된다(도 4/STEP 230). 예를 들어, 전자기기(200)의 출력 인터페이스(204)를 온 상태로부터 오프 상태로 전환하기 위한 조작, 전자기기(200)의 출력 인터페이스(204)를 오프 상태(혹은 슬리프 상태)로부터 온 상태(혹은 슬리프 해제상태)로 전환하기 위한 조작, CPU 사용률 등의 연산처리 부하를 임계값 이하로 저하시키는 것과 같은 소정의 어플리케이션 혹은 부하의 동작 정지를 위한 조작, 또는 소정의 어플리케이션 혹은 부하를 기동시키기 위한 조작이 "제2 지정 조작"에 해당된다.
해당 판정결과가 부정적인 경우(도 4/STEP 230‥NO) 일련의 처리가 종료되고, 전자기기(200)의 충전기(400)에 대한 접속 여부의 판정처리(도 3/STEP 210) 이후의 처리가 실행된다.
한편, 제2 지정 조작이 있었다고 판정된 경우(도 4/STEP 230‥YES), 제3 기기 제어요소(223)에 의해, 동작 특성정보 요구가 모의 전지 제어장치(100)에 대해서 송신된다(도 4/STEP 232). 이에 따라서, 모의 전지 제어장치(100)에서 제3 제어요소(130)에 의해 동작 특성정보 요구가 인식된 경우(도 4/C13), 제3 제어요소(130)에 의해, 동작 특성정보(Info(OC(t)))가 전자기기(200)에 대해서 송신된다(도 4/STEP 134).
이에 따라서, 전자기기(200)에서, 제3 기기 제어요소(223)에 의해 동작 특성정보(Info(OC(t)))가 인식된 경우(도 4/C22), 제3 제어요소(130)에 의해, 출력 인터페이스(204)를 통해서 동작 특성정보(Info(OC(t)))가 출력된다(도 4/STEP 234).
(2차 전지 모델의 확립방법)
2차 전지 모델의 확립방법의 일 실시형태에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는 식별자(ID(n0))에 의해 종류가 식별되는 다양한 종류의 2차 전지(240)를 대상으로 하여, 상이한 열화도(D(n2)) 각각에서 상이한 온도(T(n1)) 각각에서의 2차 전지 모델의 파라미터(P(n0, n1, n2))가 정해진다.
구체적으로는, 우선, 모의 전지 제어장치(100)에서 제1 지수(n1) 및 제2 지수(n2) 각각이 "0"으로 설정된다(도 6/STEP 302). 제1 지수(n1)는 2차 전지(240)의 온도(T)의 높낮이를 나타내는 지수이다. 제2 지수(n2)는 2차 전지(240)의 열화도(D)의 평가 회수 또는 평가기간의 순번을 나타내는 지수이다.
2차 전지(240)의 온도(T)가 온도(T(n1))로 제어된다(도 6/STEP 304). 2차 전지(240)의 온도 조절 시에, 2차 전지(240)의 근방에 배치된 가열기(전열 히터 등) 및 냉각기(냉각 팬 등) 외에, 2차 전지(240)의 근방에 배치되거나 또는 2차 전지(240)의 하우징에 설치된 온도 센서가 이용된다.
제1 제어요소(110)에 의해, 2차 전지(240)의 복소 임피던스(Z(n0, n1, n2))의 측정 결과가 인식된다(도 6/STEP 306). 2차 전지(240)의 복소 임피던스(Z(n0, n1, n2))는 교류 임피던스법에 의해 측정되고, 해당 측정 결과는 2차 전지(240)의 종류를 식별하기 위한 전지 식별자(ID(n0))와 관련되어 데이터베이스(10)에 등록된다.
교류 임피던스법에 의하면, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 주파수 응답 해석장치(FRA)(241) 및 포텐시오 갈바노스탯(PGS)(242)의 조합이 이용된다. FRA(241)를 구성하는 발진기로부터 임의의 주파수의 정현파 신호가 출력되고, 해당 정현파 신호에 따른 2차 전지(240)의 전류신호(I(t)) 및 전압신호(V(t))가 PGS(242)로부터 FRA(241)에 입력된다. 그리고, FRA(241)에서, 전류신호(I(t)) 및 전압신호(V(t))가 이산 푸리에 주파수 변환에 의해 주파수 영역의 데이터로 변환되고, 주파수(f)=(ω/2π)에서의 복소 임피던스(Z(n0, n1, n2))(ω)가 측정된다.
예를 들어 2차 전지(240)의 출하 직전 등, 전자기기(200)에 탑재되어 있지 않은 상태에서의 2차 전지(240)의 복소 임피던스(Z(n0, n1, n2))가 측정된다. 그 외에, 전자기기(200)에 탑재되어 있는 상태에서의 2차 전지(240)의 복소 임피던스(Z(n0, n1, n2))가 측정되어도 된다. 이 경우, 제어장치(210)에 의해 FRA(241)가 구성되고, 센서군(206)이 PGS에 의해 구성되어 있어도 된다. 예를 들어, 전자기기(200)가 2차 전지(240)의 충전을 위해서 상용 전원 등의 외부 전원 또는 충전기(400)에 접속되고, 해당 외부 전원 또는 충전기(400)로부터 공급되는 전력에 의해 정현파 신호가 출력될 수 있다.
도 8에는 2차 전지(240)의 복소 임피던스(Z(n0, n1, n2))의 실측 결과를 나타내는 나이키스트 플롯의 일례가 해당 플롯의 근사 곡선과 함께 도시되어 있다. 가로축은 복소 임피던스(Z)의 실부(ReZ)이며, 세로축은 복소 임피던스(Z)의 허부(-ImZ)이다. -ImZ>0의 영역에서 ReZ가 커질수록 저주파수의 복소 임피던스(Z)를 나타내고 있다. -ImZ=0에서의 ReZ의 값은 2차 전지(240)의 전해액 중의 이동저항에 상당한다. -ImZ>0의 영역에서의 대략 반원형상의 부분의 곡률반경은 2차 전지(240)의 전하 이동저항에 상당한다. 해당 곡률반경은 2차 전지(240)의 온도(T)가 고온이 될수록 작아지는 경향이 있다. -ImZ>0의 영역의 저주파수 영역에서 약 45°로 일어서는 직선형의 부분에는 2차 전지(240)의 와버그 임피던스의 영향이 반영되어 있다.
모의 전지 제어장치(100)에서, 제1 제어요소(110)에 의해, 2차 전지(240)의 복소 임피던스(Z)의 측정 결과에 기초하여 2차 전지 모델의 파라미터(P(n0, n1, n2))의 값이 동정된다(도 6/STEP 308). 파라미터(P(n0, n1, n2))는 계산기(121)(도 2 참조)의 전달 함수(H)를 정의한다.
2차 전지 모델은 전류(I(t))가 2차 전지(240)에 입력되었을 때에 해당 2차 전지(240)로부터 출력되는 전압(V(t))을 나타내는 모델이다. 2차 전지(240)의 개방전압(OCV) 및 내부 저항의 전달 함수(H(t))를 이용하여 관계식(01)에 의해 정의된다.
V(t)=OCV(t)+H(t)ㆍI(t) ‥(01)
여기서, OCV(t)는 전류(I(t))의 충전 및/또는 방전에 수반되어 개방전압이 증감되는 것을 나타내고 있다.
2차 전지의 내부 저항의 등가 회로 모델의 전달 함수(H(z))는 관계식(02)에 의해 정의된다. 전달 함수는 병렬 연결이 아니라 직렬로 연결되어 있어도 된다.
Figure pct00001
"Hø(z)", "Hi(z)", "HW(z)" 및 "HL(z)"는 2차 전지의 내부 저항의 특성을 나타내는 파라미터에 의해 정의되어 있다.
도 9A에는 2차 전지(240)의 내부 저항의 등가 회로의 일례가 도시되어 있다. 이 예에서는, 내부 저항의 등가 회로는 전해액 중의 이동저항에 상당하는 저항(Rø), 전하 이동저항에 상당하는 저항(Ri) 및 커패시터(Ci)로 이루어지는 제i RC 병렬회로(i=1, 2, ‥, X), 와버그 임피던스에 상당하는 저항(Wø), 및 코일(L)의 직렬회로에 의해 정의되어 있다. 직렬로 접속되는 RC 병렬회로의 수는 도 9A에 도시한 실시예에서는 "3"이었으나, 3보다 작아도 되고, 3보다 커도 된다. 저항(Wø)은 적어도 어느 하나의 RC 병렬회로에서 저항(R)과 직렬로 접속되어 있어도 된다. 커패시터(C)가 CPE(Constant Phase Element)로 치환되어 있어도 된다. 도 9B에 도시되어 있는 바와 같이, 와버그 저항(W)이 적어도 1개의 RC 병렬회로(도 5B의 예에서는 제1 RC 병렬회로)의 저항(R)과 직렬로 접속되어도 된다.
저항(Rø)의 전달 함수(Hø(z))는 관계식(03)에 의해 정의되어 있다.
Hø(z)=Rø ‥(03)
제i RC 병렬회로의 전달 함수(Hi(z))는 IIR(Infinite Impulse Response) 시스템(무한 임펄스 응답 시스템)의 전달 함수로서 관계식(03)에 의해 정의되어 있다. 도 10A에는 제i RC 병렬회로의 전달 함수(Hi(z))를 나타내는 블록 다이어그램이 도시되어 있다.
Hi(z)=(bø+biz-1)/(1+aiz-1)　‥(03)
와버그 임피던스에 상당하는 저항(Wø)의 전달 함수(HW(z))는 FIR(Finite Impulse Response) 시스템(유한 임펄스 응답 시스템)의 전달 함수로서 관계식(04)에 의해 정의되어 있다. 도 10B에는 와버그 임피던스에 상당하는 저항(Wø)의 전달 함수(HW(z))를 나타내는 블록 다이어그램의 일례가 도시되어 있다.
Figure pct00002
코일(L)의 전달 함수(HL(z))는 관계식(05)에 의해 정의되어 있다.
HL(z)=(2Lø/T)(1-z-1)/(1+z-1)　‥(05)
도 8에 실선으로 도시되어 있는 나이키스트 플롯에 의해 나타나는 2차 전지의 복소 임피던스(Z)의 근사 곡선은 관계식(02)에 따라서 2차 전지의 내부 저항의 등가 회로 모델의 전달 함수(H(z))가 정의된다고 하는 가정 하에서 구해진다. 이에 의해, 파라미터(P(n0, n1, n2))={Rø, ai, bø, bi, hk, Lø, T}의 값이 구해진다(관계식(03)~(05) 참조). 개방전압(OCV(n0, n1, n2))의 측정값에 의해 2차 전지 모델에서의 출력기(123)로부터 출력되는 개방전압(OCV(t))의 값이 동정된다(관계식(01) 참조). 그리고, 해당 파라미터의 값에 의해 2차 전지 모델이 다양한 종류의 2차 전지(240)에 대해서 확립된다.
제1 지수(n1)가 소정 수(N1) 이상인지 여부가 판정된다(도 6/STEP 310). 해당 판정 결과가 부정적인 경우(도 6/STEP 310‥NO), 제1 지수(n1)의 값이 "1"만큼 증가되고(도 6/STEP 312), 나아가 2차 전지(240)의 온도 조절 이후의 처리가 반복된다(도 6/STEP 304→306→308→310).
(제2 실시형태)
(모의 전지 제어 시스템의 구성)
도 11에 도시되어 있는 본 발명의 제2 실시형태로서의 모의 전지 제어 시스템은 모의 전지 제어장치(100), 전자기기(200) 및 충전기(400)에 의해 구성되어 있다. 모의 전지 제어장치(100)는 충전기(400)와 상호 통신 가능하다.
충전기(400)는 충전기 제어장치(420)와 모의 전지(230)를 구비하고 있다. 충전기 제어장치(420)는 제1 충전기 제어요소(421), 제2 충전기 제어요소(422) 및 제3 충전기 제어요소(423)를 구비하고 있다. 제1 충전기 제어요소(421), 제2 충전기 제어요소(422) 및 제3 충전기 제어요소(423) 각각은 프로세서(연산처리장치), 메모리(기억장치) 및 I/O 회로 등에 의해 구성되어 있다. 해당 메모리 또는 이것과는 별개의 기억장치에는 모의 전지 식별자(ID(m0)), 모의 전지 온도(T(m1)) 및 가상 열화도(D(m2)) 및 전류 지령값(Icmd(t))(도 3/STEP 214, 216, 218 및 220 참조) 등의 다양한 데이터가 기억 보유된다. 제1 충전기 제어요소(421), 제2 충전기 제어요소(422) 및 제3 충전기 제어요소(423) 각각은 전자기기(200)의 제1 기기 제어요소(221), 제2 기기 제어요소(222) 및 제3 기기 제어요소(223) 각각과 동일한 기능을 발휘한다.
충전기(400)가 모의 전지(230)를 구비하고 있는 반면에, 전자기기(200)에서 모의 전지(230)(도 1 참조)가 생략되어 있다.
이들 이외의 점은 제1 실시형태에서의 모의 전지 제어 시스템(도 1 참조)과 거의 동일한 구성이기 때문에, 동일한 부호를 부여함과 동시에 설명을 생략한다.
(모의 전지 제어방법)
상기 구성의 제2 실시형태의 모의 전지 제어 시스템에 의해 실행되는, 전자기기(200)에 탑재되는 2차 전지(240)의 모의 전지 제어방법에 대해서 설명한다. 제2 실시형태에서는, 충전기(400)가 전자기기(200) 대신에 모의 전지 제어장치(100)와의 상호 통신을 담당하면서, 제1 실시형태와 동일한 순서로 모의 전지(230)의 동작이 제어된다(도 3 내지 도 4 참조).
구체적으로는, 제1 기기 제어요소(221)에 의한 제1 지정 조작 여부의 판정 결과가 전자기기(200)로부터 충전기(400)에 무선 또는 유선으로 송신되고, 제1 충전기 제어요소(421)에 의해 제1 지정 조작 여부의 판정 결과가 인식된다(도 3/STEP 212 참조).
제1 충전기 제어요소(421)에 의해, 모의 전지(230)를 이용하여 전압(V(t))이 무선 또는 유선 방식으로 전자기기(200)에 탑재되어 있는 2차 전지(240)에 대해서 입력된다(도 4/STEP 224 참조).
제1 기기 제어요소(221)에 의해, 모의 전지 식별자(ID(m0)), 모의 전지 온도(T(m1)) 및 가상 열화도(D(m2))가 충전기(400)에 무선 또는 유선으로 송신되고, 제1 충전기 제어요소(421)에 의해 해당 모의 전지 식별자(ID(m0)), 모의 전지 온도(T(m1)) 및 가상 열화도(D(m2))가 인식된다(도 3/STEP 214, 216 및 218 참조). 계속해서, 제1 충전기 제어요소(421)에 의해, 해당 모의 전지 식별자(ID(m0)), 모의 전지 온도(T(m1)) 및 가상 열화도(D(m2))가 충전기(400)로부터 모의 전지 제어장치(100)에 대해서 송신된다(도 3/STEP 222 참조).
제2 기기 제어요소(222)에 의해, 전류 지령값(Icmd(t))이 충전기(400)에 무선 또는 유선으로 송신되고, 제2 충전기 제어요소(422)에 의해 해당 전류 지령값(Icmd(t))이 인식된다(도 3/STEP 220 참조). 계속해서, 제2 충전기 제어요소(422)에 의해, 해당 전류 지령값(Icmd(t))이 충전기(400)로부터 모의 전지 제어장치(100)에 대해서 송신된다(도 3/STEP 222 참조).
제3 충전기 제어요소(423)에 의해, 전압 지령값(Vcmd(t))에 기초하여 모의 전지(230)로 증폭기(232)에 의해 게인 배가 된 전압(V(t))이, 충전기(400)에 접속되어 있는 전자기기(200)의 지정 부하(250)에 대해서 인가된다(도 4/STEP 224 참조). 제3 충전기 제어요소(423)에 의해, 전자기기(200)와의 통신에 기초하여 전압(V(t))이 인가되었을 때의 지정 부하(250)의 동작 특성(OC(t))이 인식된다(도 4/STEP 226 참조).
다음에, 제3 충전기 제어요소(423)에 의해, 지정 부하(250)의 동작 특성(OC(t))이 모의 전지 제어장치(100)에 대해서 송신된다(도 4/STEP 228 참조).
계속해서, 제3 기기 제어요소(223)에 의해, 입력 인터페이스(202)를 통한 제2 지정 조작 여부가 판정된다(도 4/STEP 230 참조). 그리고, 제2 지정 조작이 있었던 것으로 판정된 경우(도 4/STEP 230‥YES), 제3 충전기 제어요소(423)에 의해, 동작 특성정보 요구가 모의 전지 제어장치(100)에 대해서 송신된다(도 4/STEP 232).
또한, 제3 충전기 제어요소(423)에 의해, 동작 특성정보(Info(OC(t)))가 수신되고, 또한 전자기기(200)에 무선 또는 유선으로 송신되고, 출력 인터페이스(204)를 통해서 동작 특성정보(Info(OC(t)))가 출력된다(도 4/C22→STEP 234 참조).
(본 발명의 다른 실시형태)
제1 실시형태에서의 기기 제어장치(220)의 기능이, 제2 실시형태에서의 기기 제어장치(200) 및 충전기 제어장치(420)에 의해 분담되어도 된다.
예를 들어, 제2 실시형태에서, 제3 기기 제어요소(223)에 의해 모의 전지 제어정보(Info(D))가 수신되고, 제2 지정 조작이 있었다고 하는 판정 결과에 따라서 모의 전지 제어정보(Info(D))가 출력 인터페이스(204)를 구성하는 디스플레이 장치에 출력 표시되어도 된다(도 3/STEP 220→STEP 222‥YES→STEP 224 참조). 이 경우, 제3 충전기 제어요소(423)는 생략되어도 된다.
또한, 제2 실시형태에서, 제2 기기 제어요소(222)에 의해, 전지 식별자(ID)가 모의 전지 제어장치(100)에 대해서 송신되어도 된다(도 3/STEP 220 참조). 이 경우, 제2 충전기 제어요소(422)는 생략되어도 된다.
전압 응답특성(V(T))의 측정 시의 2차 전지(240) 또는 전자기기(200)의 온도(T)가 감안된 후에 2차 전지 모델이 선정되고, 해당 2차 전지(240)의 성능이 평가되었으나, 다른 실시형태로서 전압 응답특성(V(T))의 측정 시의 2차 전지(240)의 온도(T)가 감안되지 않으며, 2차 전지(240)의 종류를 나타내는 전지 식별자(ID)에 기초하여 2차 전지 모델이 선정되고, 해당 2차 전지(240)의 성능이 평가되어도 된다.
(발명의 효과)
본 발명에 따른 모의 전지 제어장치(100) 및 이에 의해 실행되는 모의 전지 제어방법에 의하면, 전자기기(200) 및/또는 해당 전자기기(200)가 접속되는 충전기(400)와 모의 전지 제어장치(100)의 상호 통신에 기초하여 해당 전자기기(200)에 탑재되어 있는 2차 전지(240)의 성능이 모의 전지 제어장치(100)에 의해 평가된다. 그리고, 해당 평가결과에 따른 전지 성능정보(Info(D))가 해당 전자기기(200)의 출력 인터페이스(204)에 출력된다. 그렇기 때문에, 사용자는 전자기기(200) 또는 2차 전지(240)를 전문기관 등에 지참할 필요가 없으며, 해당 2차 전지(240)의 성능 평가결과를 파악할 수 있기 때문에 전자기기(200)의 사용자의 편리성 향상이 도모된다.
(열화도 판정)
모의 전지(230)의 가상 열화도(D(m2))로서 2차 전지(240)의 열화도의 추정 결과가 인식되어도 된다(도 3/STEP 218 참조).
예를 들어, 제1 기기 제어요소(221)에 의해, 2차 전지(240)의 임펄스 전류(I(t))에 따른 전압 응답특성(V(n0, n2)(t))(~V(n0, n2)(z))의 측정결과가 인식된다. 해당 측정 시에, 제1 기기 제어요소(221)에 의해, 임펄스 전류(I(t))(~I(z))가 2차 전지(240)에 대해서 입력된다. 예를 들어, 도 12A에 도시되어 있는 바와 같은 임펄스 전류(I(t))가 2차 전지(240)에 대해서 입력된다. 펄스 전류 발생기가 구동됨으로써, 해당 펄스 전류 발생기에서 발생된 임펄스 전류(I(t))가 2차 전지(240)에 대해서 입력된다. 2차 전지(240)가 전자기기(200)에 탑재되어 있는 경우, 펄스 전류 발생기가 해당 전자기기(200)에 탑재되고, 외부 전원 또는 전자기기(200)에 탑재되어 있는 보조 전원으로부터의 공급 전력에 의해, 해당 전자기기(200)에 탑재되어 있는 임펄스 전류 발생을 위해서 지정 기기가 구동되어도 된다.
그리고, 센서군(206)을 구성하는 전압 센서의 출력신호에 기초하여 제1 기기 제어요소(221)에 의해 2차 전지(240)의 전압 응답특성(V(n0, n2)(t))이 측정된다. 이에 의해, 예를 들어, 도 12B에 파선으로 도시되어 있는 바와 같이 변화되는 2차 전지(240)의 전압 응답특성(V(n0, n2)(t))이 측정된다. 도 12(B)에는 제2 지수(n2)가 0인 경우의 2차 전지(240)의 전압 응답특성(V(n0, 0)(t))의 측정결과가 실선으로 도시되어 있다.
계속해서, 제1 기기 제어요소(221)에 의해, 2차 전지(240)의 전압 응답특성(V(n0, n2)(t) 및 V(n0, 0)(t))의 대비결과에 기초하여, 전지 식별자(ID(n0))에 의해 종류가 식별되는 해당 2차 전지(240)의 열화도(D(n0, n2))가 평가된다. 예를 들어, 2차 전지(240)의 전압 응답특성(V(n0, n2)(t) 및 V(n0, 0)(t)) 각각을 나타내는 곡선의 유사도(x)가 계산된다. 그리고, 유사도(x)를 주 변수로 하는 감소 함수(f)에 따라서 2차 전지(240)의 열화도(D(n0, n2))=f(x)가 계산된다.
제2 지수(n2)가 소정 수(N2) 이상인지 여부가 판정된다. 해당 판정 결과가 부정적인 경우, 제1 지수(n1)의 값이 "0"으로 리셋되고, 또한 제2 지수(n2)의 값이 "1"만큼 증가된다. 나아가 2차 전지(240)의 온도 조절 이후의 처리가 반복된다.
상기 실시형태에서는, 전지 식별자(ID(n0))에 의해 종류가 식별되는 2차 전지(240)의 열화도(D(n2))의 차이에 따라서 2차 전지 모델의 파라미터(P(n0, n1, n2))의 값이 개별적으로 정해져 있었으나(도 6/STEP 308, STEP 314, 316 참조), 다른 실시형태로서 2차 전지(240)의 열화도(D(n2))의 차이가 감안되지 않고, 2차 전지 모델의 파라미터(P(n0, n1))의 값이 정해져 있어도 된다.
상기 실시형태에서는, 식별자(ID(n0))에 의해 종류가 식별되는 2차 전지(240)의 온도(T(n1))의 차이에 따라서 2차 전지 모델의 파라미터(P(n0, n1, n2))의 값이 개별적으로 정해져 있었으나(도 6/STEP 304, STEP 314, 316 참조), 다른 실시형태로서 2차 전지(240)의 온도(T(n1))의 차이가 감안되지 않고, 2차 전지 모델의 파라미터(P(n0, n2))의 값이 정해져 있어도 된다.
(발명의 효과)
본 발명에 따른 모의 전지 제어장치(100) 및 이에 의해 실행되는 모의 전지 제어방법에 의하면, 전자기기(200) 및/또는 해당 전자기기(200)가 접속되는 충전기(400)와 전지 성능 평가장치(100)의 상호 통신에 기초하여 해당 전자기기(200)에 탑재되어 있는 모의 전지(230)의 동작이 제어되고, 지정 부하(250)에 대해서 전류 지령값(Icmd(t))에 따른 전압(V(t))이 인가된다. 그리고, 해당 인가 전압(V(t))에 따른 지정 부하(250)의 동작 특성(OC(t))에 따른 동작 특성정보(Info(OC(t)))가 해당 전자기기(200)의 출력 인터페이스(204)에 출력된다. 그렇기 때문에, 사용자는 전자기기(200)를 전문기관 등에 지참할 필요가 없으며, 해당 전자기기(200)의 지정 부하(250)에 대해서 전류 지령값(Icmd(t))에 따른 전압(V(t))이 인가되었을 때의 해당 지정 부하(250)의 동작 특성(OC(t))을 파악할 수 있기 때문에 전자기기(200)의 사용자의 편리성 향상이 도모된다.
또한, 전지 식별자(ID(n0))에 의해 종류가 식별되는 2차 전지(240)를 대상으로 하여, 상이한 열화도(D(n2)) 각각에서 상이한 온도(T(n1)) 각각에서의 2차 전지 모델의 파라미터(P(n0, n1, n2))가 정해진다. 2차 전지(240)의 복소 임피던스(Z)의 측정 결과에 기초하여 2차 전지 모델의 파라미터(P(n0, n1, n2))의 값이 동정된다(도 6/STEP 304→306→308, 도 7 내지 도 9, 도 10A 및 도 10B 참조). 2차 전지 모델은 IIR 시스템 및 FIR 시스템 각각을 나타내는 전달 함수에 의해 2차 전지(240)의 내부 저항의 임피던스가 표현되어 있다(관계식(03), (04), 도 7 내지 도 9, 도 10A 및 도 10B 참조).
또한, 모의 전지(230)에 의해 모의되는 가상적인 2차 전지의 식별자(ID(m)), 온도(T(m1)) 및 열화도(D(m2))에 기초하여 파라미터(P(m, m1, m2))를 갖는 2차 전지 모델이 선정된다(도 2, 도 4/STEP 214→216→218→‥→110 참조). 그리고, 전류 지령값(Icmd(t))이 해당 2차 전지 모델에 입력되었을 때의 출력인 전압 지령값(Vcmd(t))이 산정되고, 이에 따른 전압(V(t))이 모의 전지(230)에 의해 전자기기(200)의 지정 부하(250)에 대해서 인가된다(도 3/STEP 120, 도 4/STEP 130→224, 도 5 참조). 이에 의해, 모의 전지(230)에 의한 2차 전지(240)의 특성의 다양한 조건 하에서의 재현 정밀도 향상이 도모된다.
10 : 데이터베이스 100 : 모의 전지 제어장치
110 : 제1 제어요소 120 : 제2 제어요소
130 : 제3 제어요소 200 : 전자기기
202 : 입력 인터페이스 204 : 출력 인터페이스
206 : 센서군 220 : 기기 제어장치
221 : 제1 기기 제어요소 222 : 제2 기기 제어요소
223 : 제3 기기 제어요소 230 : 모의 전지
240 : 2차 전지 250 : 지정 부하
400 : 충전기 420 : 충전기 제어장치
421 : 제1 충전기 제어요소 422 : 제2 충전기 제어요소
423 : 제3 충전기 제어요소

Claims (13)

  1. 전자기기와의 통신에 기초하여 상기 전자기기에 전원으로서 탑재되어 있거나 또는 탑재되는 2차 전지의 출력전압의 전류 의존성을 나타내는 2차 전지 모델의 파라미터의 값을 동정하는 제1 제어요소와,
    상기 전자기기와의 통신에 기초하여 지령 전류값의 시계열을 인식하고, 상기 제1 제어요소에 의해 상기 파라미터의 값이 인식된 상기 2차 전지 모델에 대해서 해당 지령 전류값의 시계열이 입력되었을 때에 해당 2차 전지 모델로부터 출력되는 전압의 변화 양태로서의 모델 출력전압을 산정하는 제2 제어요소와,
    상기 전자기기 또는 상기 2차 전지의 충전용 전원으로서의 전원장치와의 통신에 기초하여 상기 전자기기 또는 상기 전원장치에 탑재되어 있는 모의 전지에, 상기 제2 제어요소에 의해 산정된 상기 모델 출력전압을 상기 전자기기의 지정 부하에 대해서 인가시키는 제3 제어요소를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 모의 전지 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어요소가 상기 전자기기와의 통신에 기초하여 상기 2차 전지의 열화도를 인식하고, 또한 해당 열화도의 차이에 따른 값을 상기 2차 전지 모델의 파라미터의 값으로서 동정하는 것을 특징으로 하는 모의 전지 제어장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 제어요소가 상기 전자기기 또는 상기 전원장치와의 통신에 기초하여 상기 전자기기 또는 상기 모의 전지의 온도의 계측 결과를 인식하고, 또한 해당 온도의 계측 결과의 차이에 따른 값을 상기 2차 전지 모델의 파라미터의 값으로서 동정하는 것을 특징으로 하는 모의 전지 제어장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자기기의 입력 인터페이스를 통해서 제1 지정 조작이 있었던 것을 요건으로 하여, 상기 제1 제어요소가 상기 2차 전지 모델의 파라미터의 값을 동정하고, 또한 상기 제2 제어요소가 상기 모델 출력전압을 산정하는 것을 특징으로 하는 모의 전지 제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 지정 조작으로서 상기 전자기기의 상기 입력 인터페이스를 통해서 전원 오프 조작이 있었던 것을 요건으로 하여, 상기 제1 제어요소가 상기 2차 전지 모델의 파라미터의 값을 동정하고, 또한 상기 제2 제어요소가 상기 모델 출력전압을 산정하는 것을 특징으로 하는 모의 전지 제어장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자기기가 충전기에 대해서 접속된 것을 요건으로 하여, 상기 제1 제어요소가 상기 2차 전지 모델의 파라미터의 값을 동정하고, 또한 상기 제2 제어요소가 상기 모델 출력전압을 산정하는 것을 특징으로 하는 모의 전지 제어장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 제어요소가, 상기 모의 전지에 상기 제2 제어요소에 의해 산정된 상기 모델 출력전압을 상기 전자기기의 상기 지정 부하에 대해서 인가시켰을 때의 상기 지정 부하의 동작 특성에 관한 정보를 상기 전자기기의 출력 인터페이스에 출력시키는 것을 특징으로 하는 모의 전지 제어장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전자기기의 입력 인터페이스를 통해서 제2 지정 조작이 있었던 것을 요건으로 하여, 상기 제3 제어요소가 상기 전자기기와의 통신에 기초하여 상기 출력 인터페이스에 상기 지정 부하의 동작 특성에 관한 정보를 출력시키는 것을 특징으로 하는 모의 전지 제어장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전자기기의 입력 인터페이스를 통해서 상기 제2 지정 조작으로서 상기 출력 인터페이스의 슬리프 상태의 해제 조작이 있었던 것을 요건으로 하여, 상기 제3 제어요소가, 상기 전자기기와의 통신에 기초하여 상기 출력 인터페이스에 상기 지정 부하의 동작 특성에 관한 정보를 출력시키는 것을 특징으로 하는 모의 전지 제어장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모의 전지가 상기 전원장치에 대해서 분리 가능하게 탑재되고, 상기 2차 전지의 대체 전지로서 상기 전자기기에 탑재 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 모의 전지 제어장치.
  11. 전원으로서의 2차 전지가 탑재되는 전자기기이며,
    모의 전지와,
    지정 부하와,
    모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 2차 전지의 출력전압의 전류 의존성을 나타내는 2차 전지 모델의 파라미터의 값을, 상기 모의 전지 제어장치를 구성하는 제1 제어요소에 동정시키는 제1 기기 제어요소와,
    상기 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 모의 전지 제어장치를 구성하는 제2 제어요소에 지령 전류값의 시계열을 인식시키고, 상기 제1 제어 요소에 의해 상기 파라미터의 값이 인식된 상기 2차 전지 모델에 대해서 해당 지령 전류값의 시계열이 입력되었을 때에 해당 2차 전지 모델로부터 출력되는 전압의 변화 양태로서의 모델 출력전압을 산정시키는 제2 기기 제어요소와,
    상기 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 제2 제어요소에 의해 산정된 상기 모델 출력전압을 상기 모의 전지로부터 상기 지정 부하에 대해서 인가시키는 제3 기기 제어요소를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  12. 전원으로서의 2차 전지가 탑재되는 전자기기에 접속되는 충전기이며,
    모의 전지와,
    모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 2차 전지의 출력전압의 전류 의존성을 나타내는 2차 전지 모델의 파라미터의 값을, 상기 모의 전지 제어장치를 구성하는 제1 제어요소에 동정시키는 제1 충전기 제어요소와,
    상기 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 모의 전지 제어장치를 구성하는 제2 제어요소에 지령 전류값의 시계열을 인식시키고, 상기 제1 제어 요소에 의해 상기 파라미터의 값이 인식된 상기 2차 전지 모델에 대해서 해당 지령 전류값의 시계열이 입력되었을 때에 해당 2차 전지 모델로부터 출력되는 전압의 변화 양태로서의 모델 출력전압을 산정시키는 제2 충전기 제어요소와,
    상기 모의 전지 제어장치와의 통신에 기초하여 상기 제2 제어요소에 의해 산정된 상기 모델 출력전압을 상기 모의 전지로부터 상기 전자기기의 지정 부하에 대해서 인가시키는 제3 충전기 제어요소를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 충전기.
  13. 전자기기와의 통신에 기초하여 상기 전자기기에 전원으로서 탑재되어 있거나 또는 탑재되는 2차 전지의 출력전압의 전류 의존성을 나타내는 2차 전지 모델의 파라미터의 값을 동정하는 제1 제어공정과,
    상기 전자기기와의 통신에 기초하여 지령 전류값의 시계열을 인식하고, 상기 제1 제어공정에서 상기 파라미터의 값이 인식된 상기 2차 전지 모델에 대해서 해당 지령 전류값의 시계열이 입력되었을 때에 해당 2차 전지 모델로부터 출력되는 전압의 변화 양태로서의 모델 출력전압을 산정하는 제2 제어공정과,
    상기 전자기기 또는 상기 2차 전지의 충전용 전원으로서의 전원장치와의 통신에 기초하여 상기 전자기기 또는 상기 전원장치에 탑재되어 있는 모의 전지에, 상기 제2 제어공정에서 산정된 상기 모델 출력전압을 상기 전자기기의 지정 부하에 대해서 인가시키는 제3 제어공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 모의 전지 제어방법.
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