WO2015056962A1 - Apparatus for estimating voltage of hybrid secondary battery and method therefor - Google Patents

Apparatus for estimating voltage of hybrid secondary battery and method therefor Download PDF

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WO2015056962A1
WO2015056962A1 PCT/KR2014/009645 KR2014009645W WO2015056962A1 WO 2015056962 A1 WO2015056962 A1 WO 2015056962A1 KR 2014009645 W KR2014009645 W KR 2014009645W WO 2015056962 A1 WO2015056962 A1 WO 2015056962A1
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voltage
secondary battery
impedance
hybrid
circuit
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PCT/KR2014/009645
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조원태
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주식회사 엘지화학
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method capable of estimating the voltage of a hybrid secondary battery.
  • a battery may be a device that can be carried in a human hand such as a mobile phone, a laptop computer, a digital camera, a video camera, a tablet computer, a power tool, or the like;
  • Various electric drive power devices such as electric bicycles, electric motorcycles, electric vehicles, hybrid vehicles, electric boats, electric airplanes, and the like;
  • a power storage device used to store power generated by renewable energy or surplus generated power;
  • the field of use extends to an uninterruptible power supply for stably supplying power to various information communication devices including server computers and communication base stations.
  • the cell comprises three basic components: an anode comprising a material that is oxidized while releasing electrons during discharge, and a cathode comprising a material that is reduced while receiving electrons during discharge. And an electrolyte that allows the movement of working ions between the cathode and the anode.
  • the battery may be classified into a primary battery that cannot be reused after being discharged and a secondary battery capable of repetitive charging and discharging because the electrochemical reaction is at least partially reversible.
  • secondary batteries examples include lead-acid batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-zinc batteries, nickel-iron batteries, silver oxide batteries, nickel metal hydride batteries, zinc-manganese oxide batteries, zinc-bromide batteries, and metal- Air batteries, lithium secondary batteries and the like are known.
  • lithium secondary batteries have attracted the greatest commercial interest because of their higher energy density, higher battery voltage, and longer shelf life than other secondary batteries.
  • each secondary battery has been connected by connecting secondary batteries including different kinds of positive electrode materials and negative electrode materials in parallel. Attempts have been made to make up for the shortcomings.
  • hybrid secondary battery the secondary battery of the form which connected the different types of secondary batteries in parallel.
  • a hybrid secondary battery often has a voltage profile including an inflection point when the component batteries have different operating voltage ranges. If the operating voltage range of the constituent cells is different, the dominant reaction kinetics are different while the hybrid secondary battery is being charged or discharged.
  • the amount of voltage change relative to the state of charge is relatively small near the inflection point. That is, even if the state of charge varies greatly, the voltage hardly changes.
  • the voltage measured by the sensor has an error due to the error of the sensor or the polarization voltage that is dynamically changed. Therefore, if the hybrid secondary battery is controlled using the measured voltage as it is near the inflection point, it is difficult to guarantee the accuracy. This is because the conventional battery control system assumes that the electrochemical state of the battery has changed significantly even when the measured voltage slightly changes near the inflection point.
  • the present invention provides an apparatus and method for indirect estimation using a iterative algorithm without directly measuring a voltage of a hybrid secondary battery in which secondary batteries having different electrochemical characteristics are connected in parallel.
  • a voltage estimating apparatus for a hybrid secondary battery which estimates a voltage of a hybrid secondary battery including a first secondary battery and a second secondary battery which have different electrochemical characteristics and are connected in parallel to each other.
  • An apparatus includes a sensor unit measuring an operating current of a hybrid secondary battery, and a control unit estimating a voltage of the hybrid secondary battery using the operating current and a voltage equation derived from a predefined circuit model.
  • the first secondary battery and the second secondary battery may be packaged in different packaging materials as independent batteries, or may be packaged together in one packaging material.
  • the first secondary battery and the second secondary battery are composed of a unit cell including a positive electrode plate and a negative electrode plate and a separator interposed therebetween.
  • the first secondary battery and the second secondary battery may include a coating layer of an active material having different electrochemical properties on the positive electrode plate and / or the negative electrode plate.
  • the first secondary battery and the second secondary battery may each include a plurality of unit cells or a plurality of battery modules connected in series and / or in parallel.
  • the circuit model includes a first circuit unit that simulates a voltage change of the first secondary battery by a first open voltage element and optionally a first impedance element of the first secondary battery, and the first circuit unit And a second circuit unit connected in parallel with the second open circuit of the second secondary battery and selectively simulating a voltage change of the second secondary battery by a second impedance element.
  • the first open voltage formed by the first open voltage element may be determined from a predefined correlation between the first charged state and the first open voltage of the first secondary battery.
  • the second open voltage formed by the second open voltage element may be determined from a predefined correlation between the second charged state and the second open voltage of the second secondary battery.
  • the state of charge is known in the art as a parameter called state of charge (SOC).
  • SOC state of charge
  • the state of charge can be quantitatively indicated by the SOC and z parameters.
  • the SOC parameter is used to indicate the state of charge as a percentage of 0-100%
  • the z parameter is used to indicate the state of charge as a number from 0-1.
  • the state of charge may be measured by an ampere counting method as a non-limiting example.
  • the predefined correlation may be obtained from an open voltage profile measured according to a change in state of charge.
  • the predefined correlation may be a lookup table capable of mapping an open voltage corresponding to each state of charge.
  • the lookup table may be obtained by using open voltage data measured for each of the first and second secondary batteries according to the state of charge.
  • the open voltage data can be obtained through experiments.
  • the predefined correlation may be a lookup function that includes a state of charge and an open voltage as input variables and output variables, respectively.
  • the lookup function may be obtained by numerical analysis of coordinate data constituting an open voltage profile measured for each state of charge of the first and second secondary batteries.
  • the first impedance element and the second impedance element respectively, at least one circuit for simulating the IR voltage and / or polarization voltage generated when the first secondary battery and the second secondary battery operating, etc. It can contain elements.
  • the IR voltage means a voltage generated by the internal resistance of the secondary battery when the secondary battery is charged or discharged.
  • the voltage of the secondary battery is higher than the open voltage while the secondary battery is charged due to the IR voltage, and vice versa while the secondary battery is discharged.
  • the first and / or second impedance element may include at least one resistor, at least one capacitor, at least one inductor, and combinations thereof.
  • the first and / or second impedance element may include an RC circuit in which a resistor and a capacitor are connected in parallel, and a resistor in series with the same.
  • the first and / or second impedance element includes a plurality of RC circuits in which a resistor and a capacitor are connected in parallel, and the plurality of RC circuits may be connected in series and / or in parallel.
  • the first open voltage component and the first impedance element may be connected in series.
  • the second open voltage component and the second impedance element may be connected in series.
  • control unit is configured to obtain a first impedance voltage formed by the first impedance element by using a first impedance voltage calculation equation derived from a connection characteristic and an electrical characteristic value of a circuit element included in the first impedance element. You can decide.
  • control unit is configured to obtain a second impedance voltage formed by the second impedance element using a second impedance voltage calculation formula derived from a connection characteristic and an electrical characteristic value of a circuit element included in the second impedance element. You can decide.
  • the electrical characteristic value of each circuit element is determined by the type of the circuit element, and may be any one of a resistance value, a capacitance value, and an inductance value.
  • the operating current is equal to the sum of the first current flowing through the first circuit unit and the second current flowing through the second circuit unit.
  • control unit may determine the first current and the second current, respectively, by using a first current distribution equation and a second current distribution equation derived from the circuit model.
  • the first current equation may include, as an input variable, the first and second open voltages, the first and impedance voltages, and the operating current.
  • the second current equation may include, as an input variable, the first and second open voltages, the first and impedance voltages, and the operating current.
  • the first impedance voltage may be determined by the voltage formed by the circuit elements other than the series resistance.
  • the second impedance voltage may be determined by the voltage formed by the circuit elements other than the series resistance.
  • control unit may update the first charging state by integrating the first current over time.
  • control unit may time update the second charging state by integrating the second current over time.
  • the control unit may be a battery management system (BMS) that may be electrically coupled with a secondary battery or may be a control element included in the battery management system.
  • BMS battery management system
  • the battery management system may mean a system called BMS in the technical field to which the present invention belongs, but any system that performs at least one function described in the present invention from a functional point of view may be a category of the battery management system. Can be included.
  • the battery management system may include the circuit model as a software algorithm executable by a processor.
  • the circuit model may be written as program code, stored in a memory device, and executed by the processor.
  • the above technical problem of the present invention can also be achieved by a voltage estimation method of a hybrid secondary battery.
  • the method of estimating the voltage of the hybrid secondary battery a method of estimating the voltage of the hybrid secondary battery comprising a first secondary battery and a second secondary battery having different electrochemical characteristics and connected in parallel to each other,
  • the technical problem of the present invention can also be achieved by a computer-readable recording medium in which a method for estimating the voltage of a hybrid secondary battery according to the present invention is programmed.
  • the voltage of the hybrid secondary battery can be estimated simply by using the voltage equation derived from the operating current and the circuit model.
  • the voltage of the hybrid secondary battery having the voltage profile including the inflection point can be estimated accurately, especially in the state of charge near the inflection point.
  • the voltage of the hybrid secondary battery can be reliably estimated, it is possible to provide a hybrid secondary battery whose combination is optimized for the purpose of using the secondary battery.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an apparatus for estimating a voltage of a hybrid secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a case where the first secondary battery and the second secondary battery are packaged in different packaging materials and connected in parallel.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a case where the first secondary battery and the second secondary battery are packaged together in the same packaging material and connected in parallel in the packaging material.
  • FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a circuit model according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart sequentially illustrating a voltage estimating method of a hybrid secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the results of the voltage estimation experiment conducted to verify the effect of the voltage estimation method of the hybrid secondary battery according to the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a voltage estimating apparatus 100 of a hybrid secondary battery according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the voltage estimating apparatus 100 includes a sensor unit 120 and a control unit 130, and is electrically connected to the hybrid secondary battery 110 to provide a voltage of the hybrid secondary battery 110.
  • the hybrid secondary battery 110 includes at least first and second secondary batteries connected in parallel to each other and having different electrochemical characteristics.
  • the electrochemical characteristics, the maximum / minimum charge rate or maximum / minimum discharge rate of the battery, the low rate discharge characteristics, high rate discharge characteristics, the maximum / minimum charging rate or maximum / At least one selected from among a minimum discharge rate, a charge or discharge profile, a resistance profile according to a state of charge change, an open voltage profile according to a state of charge change, and a dQ / dV distribution indicating a capacity characteristic of the battery with respect to the voltage.
  • the first and second secondary batteries may be lithium secondary batteries in which an electrochemical reaction is caused by lithium ions.
  • at least one selected from the type of the positive electrode material, the type of the negative electrode material, and the type of the electrolyte may be different in the first and second secondary batteries.
  • the first secondary battery as a positive electrode material, a general formula A [A x M y ] O 2 + z
  • A includes at least one element of Li, Na and K; M is Ni, Co At least one element selected from Mn, Ca, Mg, Al, Ti, Si, Fe, Mo, V, Zr, Zn, Cu, Al, Mo, Sc, Zr, Ru, and Cr; x ⁇ 0, 1 ⁇ x + y ⁇ 2, ⁇ 0.1 ⁇ z ⁇ 2; the stoichiometric coefficients of the components included in x, y, z, and M may be selected from the following formulas. have.
  • the first secondary battery as a cathode material, an alkali metal compound xLiM 1 O 2- (1-x) Li 2 M 2 O 3 disclosed in US 6,677,082, US 6,680,143, etc.
  • M 1 is an average oxidation state. At least one element having 3; M 2 comprises at least one element having an average oxidation state of 4; 0 ⁇ x ⁇ 1).
  • the second secondary battery as a positive electrode material, a general formula Li a M 1 x Fe 1-x M 2 y P 1-y M 3 z O 4- z
  • M 1 is Ti, Si, Mn, Co, At least one element selected from Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Mg and Al
  • M 2 is Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Mg, Al
  • M 3 comprises a halogenated element optionally comprising F
  • the positive electrode material included in the first and / or second secondary battery may include a coating layer.
  • the coating layer includes a carbon layer or at least selected from the group consisting of Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Mg, Al, As, Sb, Si, Ge, V and S It may include an oxide layer or fluoride layer containing one or more elements.
  • the first and second secondary batteries may include different kinds of negative electrode materials in the negative electrode in order to have different electrochemical characteristics.
  • the negative electrode material may include a carbon material, lithium metal, silicon, tin, or the like, or may also include a metal oxide such as TiO 2 and SnO 2 having a potential of less than 2V.
  • As the carbon material both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used.
  • Soft crystalline carbon and hard carbon are typical low crystalline carbon, and high crystalline carbon is natural graphite, artificial graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, liquid crystal pitch High temperature firing such as mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches, petroleum derived cokes, and tar pitch derived cokes Carbon is representative.
  • the first and / or second secondary battery may include different kinds of electrolytes to have different electrochemical characteristics, and the electrolytes may include salts having a structure such as A + B ⁇ . can do.
  • a + includes an ion composed of an alkali metal cation such as Li + , Na + , K + or a combination thereof.
  • B - is F -, Cl -, Br - , I -, NO 3 -, N (CN) 2 -, BF 4 -, ClO 4 -, AlO 4 -, AlCl 4 -, PF 6 -, SbF 6 - , AsF 6 -, BF 2 C 2 O 4 -, BC 4 O 8 -, (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, CF 3 SO 3 -, C 4 F 9 SO 3 -, CF 3 CF 2 SO 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (FSO 2) 2 N -, CF 3 CF 2 (CF 3) 2 CO -, (CF 3 SO 2) 2 CH -, (SF 5) 3 C -, (CF 3 SO 2) 3 C -, CF 3 (CF 2) 7 SO 3 -, CF 3
  • the electrolyte may include an organic solvent.
  • organic solvent propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC) ), Dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (N-methyl 2-pyrrolidone (NMP), ethyl methyl carbonate (EMC), gamma butyrolactone or mixtures thereof may be used.
  • the configuration is determined by the package form of each secondary battery and the number of unit cells constituting each secondary battery It is not limited.
  • first secondary battery and the second secondary battery are understood to include a plurality of battery elements, such as a unit cell, a module including a plurality of unit cells, a pack including a plurality of modules, and the like. shall.
  • the first secondary battery and the second secondary battery may be an independent battery packaged in different packaging materials, as shown in Figure 3 in one packaging material It may be packaged together.
  • the first and second secondary batteries may be different types of lithium secondary batteries individually packaged in flexible pouch packaging materials.
  • the first and second secondary batteries may be different types of lithium secondary batteries packaged together in one pouch packaging material.
  • the groups of the first and second unit cells alternately stacked and the groups of the second unit cells may also be the first secondary battery and the first battery. It can be regarded as a secondary battery.
  • the first unit cell and the second unit cell include at least a positive electrode plate and a negative electrode plate, and a separator interposed therebetween.
  • the first unit cell and the second unit cell have different electrochemical characteristics.
  • the positive electrode plates and / or negative electrode plates of the first unit cell and the second unit cell may include different active material coating layers.
  • the first secondary battery and the second secondary battery at least one unit cell having a negative electrode / separator / anode as a minimum unit, or at least two or more unit cells are connected in series and / or parallel And an assembly of stacked unit cells.
  • the first secondary battery may include a secondary battery module in which a plurality of secondary batteries having first electrochemical characteristics individually packaged are connected in series and / or in parallel.
  • the second secondary battery may include a secondary battery module in which a plurality of secondary batteries having individually packaged second electrochemical characteristics are connected in series and / or in parallel.
  • the secondary battery 110 may be electrically connected to the load 140.
  • the load 140 is included in various electric driving apparatuses, and means an energy consuming apparatus included in the electric driving apparatus operated by electric energy supplied when the secondary battery 110 is discharged.
  • the electric drive device may include, but are not limited to, an electric drive mobile device such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV), a plug-in hybrid vehicle (PHEV), or an electric bicycle (E-bike); Hand held devices such as mobile phones, smartphones or smart pads; Mobile computers such as laptop computers; Mobile imaging devices such as camcorders or digital cameras; It may be a large capacity power storage device (ESS) used in a power grid or an uninterruptible power supply.
  • ESS large capacity power storage device
  • the load may be a rotary power device such as a motor, a power converter such as an inverter, or the like as a non-limiting example, but the present invention is not limited by the type of load.
  • the voltage estimating apparatus 100 may further include a storage unit 160 selectively.
  • the storage unit 160 is not particularly limited as long as it is a storage medium capable of recording and erasing information.
  • the storage unit 160 may be a RAM, a ROM, a register, a hard disk, an optical recording medium, or a magnetic recording medium.
  • the storage unit 160 may also be connected with the control unit 130 via, for example, a data bus so as to be accessible by the control unit 130.
  • the storage unit 160 also stores and / or updates and / or erases and / or programs containing various control logics performed by the control unit 130 and / or data generated when the control logic is executed. send.
  • the storage unit 160 may be logically divided into two or more, and is not limited to being included in the control unit 130.
  • the voltage estimating apparatus 100 may further optionally further include a display unit 150.
  • the display unit 150 is not particularly limited as long as it can display the information generated by the control unit 130 in a graphic interface.
  • the display unit 150 may be a liquid crystal display, an LED display, an OLED display, an E-INK display, a flexible display, or the like.
  • the display unit 150 may be directly or indirectly connected to the control unit 130. When the latter method is adopted, the display unit 150 may be located in an area physically separated from the area in which the control unit 130 is located.
  • a third control unit (not shown) is interposed between the display unit 150 and the control unit 130 so that the third control unit can express the display unit 150 from the control unit 130.
  • the information may be provided and displayed on the display unit 150. To this end, the third control unit and the control unit 130 may be connected through a communication interface.
  • the sensor unit 120 under the control of the control unit 130, repeatedly measures the operating current I of the hybrid secondary battery 110 at a time interval and controls the measured operating current I. And output to 130.
  • the operating current I means the charging current or the discharge current of the hybrid secondary battery 110.
  • the sensor unit 120 may measure the voltage of the hybrid secondary battery 110 under the control of the control unit 130, and output the measured voltage to the control unit 130. This voltage measurement is intended to set initial conditions of some variables used in the circuit model, which will be described later.
  • the sensor unit 120 may include a voltage measuring unit and a current measuring unit.
  • the voltage measuring unit may be configured as a circuit for measuring the voltage of the hybrid secondary battery 110 based on a reference potential.
  • the current measuring unit may be formed of a sense resistor installed in a line through which a charging current or a discharge current flows.
  • the present invention is not limited by the specific configurations of the voltage measuring unit and the current measuring unit.
  • the voltage measuring unit and the current measuring unit may be included in one sensor unit 120, but may be physically separated from each other.
  • the sensor unit 120 should be understood as a concept including a voltage measuring unit and a current measuring unit separated from each other.
  • the control unit 130 is a component capable of executing at least one or more control logics necessary for estimating the voltage of the hybrid secondary battery 110.
  • the control unit 130 may use a hybrid secondary battery (eg, a pre-defined circuit model).
  • the voltage of 110 may be estimated.
  • the circuit model may include at least one circuit unit connected in series and / or in parallel to simulate a voltage change of the hybrid secondary battery 110.
  • FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a circuit model 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the circuit model 200 includes a first circuit unit 210 and a second circuit unit 220 connected in parallel to model a voltage change of the hybrid secondary battery 110.
  • the first circuit unit 210 is for simulating the voltage change of the first secondary battery, and includes a first open voltage element 210a and a first impedance element 210b, which are connected in series.
  • the second circuit unit 22 for simulating the voltage change of the second secondary battery includes a second open voltage element 220a and an optional second impedance element 220b connected in series. do.
  • a first open voltage whose magnitude varies depending on a first charged state z c1 of the first secondary battery at both ends of the first open voltage element 210a.
  • OCV c1 (z c1 ) is formed, and at both ends of the second open voltage element 220a, a second open voltage (OCV c2 ) whose size is changed by a second charged state z c2 of the second secondary battery. (z c2 )) is formed.
  • the first open voltage OCV c1 (z c1 ) may be determined from a predefined correlation between the first charged state z c1 and the open voltage of the first secondary battery corresponding thereto. .
  • the second open voltage OCV c2 (z c2 ) may be determined from a predefined correlation between the second charged state z c2 and the open voltage of the second secondary battery corresponding thereto. .
  • the predefined correlation may be obtained from an open voltage profile measured according to a change in state of charge.
  • the predefined correlation may be a lookup table capable of mapping an open voltage corresponding to each state of charge.
  • a lookup table may be obtained by using open voltage data measured for each state of charge of the first and second secondary batteries.
  • the open voltage data can be obtained through an experiment.
  • the predefined correlation may be a lookup function that includes a state of charge and an open voltage as input and output variables, respectively.
  • a lookup function may be obtained by numerically analyzing coordinate data included in an open voltage profile measured for each state of charge of the first and second secondary batteries.
  • the first impedance element 210b and the second impedance element 220b each simulate an IR voltage and / or a polarization voltage generated when the first secondary battery and the second secondary battery operate.
  • the IR voltage means a voltage generated by the internal resistance of the secondary battery when the secondary battery is charged or discharged.
  • the voltage of the secondary battery is higher than the open voltage while the secondary battery is charged due to the IR voltage, and vice versa while the secondary battery is discharged.
  • the number and type of circuit elements included in the first impedance element 210b and the second impedance element 220b, and the connection relationship between the circuit elements are determined by the electrochemical properties of the first secondary battery and the second secondary battery. It can be determined according to, preferably through trial and error (trial & error) through the AC impedance measurement experiment.
  • the electrical characteristic value of each circuit element may be adjusted to an optimal value by determining an approximation value through an AC impedance measurement experiment and then tuning to minimize the error between the voltage estimated by the present invention and the voltage measured under precise experimental conditions. Can be.
  • the first impedance element 210b and / or the second impedance element 220b may include at least one resistor, at least one capacitor, at least one inductor, and a selective combination thereof.
  • each circuit element may be connected in series and / or in parallel with another circuit element.
  • the first impedance element 210b may include at least one RC circuit RC n, c1 connected in parallel with a resistor and a capacitor, and a resistor R 0, c1 connected in series with the resistor.
  • n is an index indicating the nth RC circuit.
  • the second impedance element 220b may include at least one RC circuit RC m, c2 connected in parallel with a resistor and a capacitor, and a resistor R 0, c2 connected in series with the second impedance element 220b.
  • m is an index indicating the m-th RC circuit.
  • the RC circuits RC n, c1 , RC m, and c2 correspond to circuit elements for simulating polarization voltages generated when the first secondary battery and the second secondary battery operate.
  • the number of the RC circuit (RC n, c1, RC m ,, c2) a number of electric characteristic value of the device resistance and the capacitor, and the RC circuit (RC n, c1, RC m ,, c2) is included in the It may vary depending on the polarization voltage characteristics of the first secondary battery and the second secondary battery.
  • the RC circuits RC n, c1 , RC m, and c2 may be omitted.
  • the series resistors R 0, c 1 , R 0, c 2 correspond to circuit elements for simulating IR voltages generated when the first secondary battery and the second secondary battery operate.
  • the electrical characteristic values of the series resistors R 0, c 1 , R 0, c 2 may vary according to IR voltage characteristics.
  • the number of series resistors R 0, c 1 , R 0, c 2 may be two or more as necessary. If the IR voltages of the first and second secondary batteries are negligibly small, the series resistors R 0, c 1 , R 0, c 2 may be omitted.
  • the control unit 130 is formed by the first impedance element using a first impedance voltage calculation formula derived from the connection characteristic and electrical characteristic values of the circuit elements included in the first impedance element 210b.
  • the first impedance voltage Vi, c1 may be determined.
  • the control unit 130 may use the second impedance element 220b by using a second impedance voltage equation derived from a connection characteristic and an electrical characteristic value of a circuit element included in the second impedance element 220b. It is possible to determine the second impedance voltage (V i, c2 ) formed by.
  • the electrical characteristic value of each circuit element is determined by the type of the circuit element, and may be any one of a resistance value, a capacitance value, and an inductance value.
  • the first impedance voltage Vi, c1 may be determined as a sum of voltages formed by series circuit elements included in the first impedance element 210b, and the second impedance voltage Vi, c2 may be determined. Is determined by the sum of the voltages formed by the series circuit elements included in the second impedance element 220b.
  • the first impedance voltage Vi and c1 and the second impedance voltage Vi and c2 are provided. ) May not consider the voltage formed by the series resistance.
  • the voltage formed by each RC circuit is a discrete time equation such as Equation (1) below. Can be determined by. The following discrete time equations are known in the art, so specific derivation steps are omitted.
  • Equation (1) k denotes a time index, ⁇ t denotes a time interval between a time index k and a time index k + 1, and R and C respectively represent a resistance value of a resistor included in an RC circuit and a capacitance of a capacitor. Value, and I RC [k] represents the current flowing in the RC circuit.
  • the operating current I is equal to the sum of the first current I c1 flowing through the first circuit unit 210 and the second current I c2 flowing through the second circuit unit 220. Therefore, the relationship between the operating current I, the first current I c1 , and the second current I c2 may be represented by a discrete time equation such as the following Equation (2).
  • Equation (2) when the hybrid secondary battery 110 is being charged, I [k], I c1 [k] and I c2 [k] have positive values. Conversely, when the hybrid secondary battery 110 is being discharged, I [k], I c1 [k] and I c2 [k] have negative values.
  • the control unit 130 may use the first current I c1 [k] and the second current I c2 using a first current distribution equation and a second current distribution equation derived from the circuit model 200. [k]) can be determined respectively.
  • the first current and the second current can be expressed by the following equations (3) and (4).
  • V [k] represents the voltage of the hybrid secondary battery.
  • n is a natural number between 1 and p, and the minimum value of p is 1.
  • m is a natural number between 1 and q, and the minimum value of q is 1.
  • z c1 [k] and z c2 [k] indicate the state of charge of the first secondary battery and the second secondary battery, respectively.
  • R 0, c 1 and R 0, c 2 represent resistance values of series resistors included in the first circuit unit 210 and the second circuit unit 220, respectively.
  • Equation (5) a voltage equation as in Equation (5) can be obtained.
  • Equation (5) the first current distribution equation (6) and the second current distribution equation (7) can be obtained as follows.
  • Equations (6) and (7) can be used to quantitatively determine the magnitude of the current when the operating current I of the hybrid secondary battery flows separately into the first secondary battery and the second secondary battery.
  • Equations (6) and (7) calculate the state of charge of the first secondary battery (z c1 [k]) and the state of charge of the second secondary battery (z c2 [k]) by the following formulas (8) and (9). ) Can be used to update the time according to the ampere counting method.
  • Q c1 and Q c2 represent the capacity of the first secondary battery and the second secondary battery, respectively.
  • ⁇ t represents the time interval between time indices k and k + 1.
  • the control unit 130 in order for the control unit 130 to estimate the voltage of the hybrid secondary battery using the above-described equations represented by the discrete time equation, the state of charge (z c1 [k]) of the first secondary battery, the second secondary battery State of charge (z c2 [k]), the voltage formed by the at least one RC circuit included in the first circuit unit 210 And a voltage formed by at least one RC circuit included in the second circuit unit 220. It is desirable to set initial conditions for.
  • control unit 130 may set an initial condition as shown in Equation 10, but the present invention is not necessarily limited thereto.
  • V [0] is an operation start voltage of the secondary battery first measured by the sensor unit 120 when charging or discharging of the hybrid secondary battery is started, and approximately, charging or discharging of the secondary battery is approximately.
  • the operator OCV c1 -1 is an inverse conversion operator of OCV c1 (z c1 [k]), which is an operator that converts the state of charge of the first secondary battery to an open voltage, and the operator OCV c2 -1 opens the state of charge of the second secondary battery.
  • This is the inverse conversion operator of OCV c2 (z c2 [k]), an operator that converts to voltage.
  • the calculation results of the operator OCV c1 -1 and the operator OCV c2 -1 can be determined using the open voltage profile of the first secondary battery and the open voltage profile of the second secondary battery obtained through experiments.
  • step S10 the control unit 130 monitors the direction and magnitude of the operating current flowing through the hybrid secondary battery 110 using the sensor unit 120 to operate the secondary battery (charge or discharge). Determine if it is started.
  • control unit 130 initializes the time index k to 0 in step S20.
  • control unit 130 at step S30, through the sensor 120, V [0] corresponding to the operation start voltage of the secondary battery 110 and I [0] corresponding to the operation start current. Measure and store in the storage unit 160 (S30).
  • the control unit 130 after measuring and storing V [0] and I [0], initializes the voltage of the hybrid secondary battery using the equations derived from the circuit model at step S40 as follows. Set the condition.
  • the control unit 130 may refer to electrical characteristic values of various circuit elements included in the first circuit unit 210 and the second circuit unit 210 when the initial condition is set.
  • the electrical characteristic values are preferably stored in the storage unit 160 in advance.
  • the electrical characteristic values of each circuit element can be stored as fixed values or as values that can be varied.
  • the electrical characteristic value may vary according to the state of charge, temperature, capacity deterioration, etc. of the hybrid secondary battery.
  • control unit 130 uses the first current distribution equation (6) and the second current distribution equation (7) in step S50 as follows to describe the first current I c1 [0] and the second current I c2. Determine [0].
  • the initial conditions set in the step S40, the predefined open voltage profile for the first secondary battery and the second secondary battery OCV c1 [z c1 ] and OCV c2 [z c2 ], and the first Electrical characteristic values of each circuit element included in the circuit unit 210 and the second circuit unit 220 are used.
  • control unit 130 increases the time index k by one in step S60. Then, the control unit 130, in step S70, the first current I c1 [0] and the second current I c2 [0] determined in the step S50, equation (1), equation (8) and equation (9) is formed by each RC circuit included in the state of charge z c1 of the first secondary battery, the state of charge z c2 of the second secondary battery, the first circuit unit and the second circuit unit as follows. Perform a time update on the voltage.
  • four variables that are time updated will be referred to as input variables.
  • R n, c1 and C n, c1 represent the resistance value and capacitance value of the nth RC circuit included in the first circuit unit, respectively.
  • R m, c 2 and C m, c 2 represent the resistance value and capacitance value of the m-th RC circuit included in the second circuit unit, respectively.
  • n and m may be one or more natural numbers, and if the RC circuit is not included in the first circuit unit and / or the second circuit unit, the time update of the voltage formed by the RC circuit may be omitted.
  • control unit 130 performs a measurement update on the operating current by measuring the operating current of the hybrid secondary battery through the sensor unit 120 in step S80.
  • step S90 the control unit 130 substitutes the time updated input variable and the measured updated operating current into equation (5) corresponding to the voltage equation to estimate the voltage of the hybrid secondary battery as follows. .
  • control unit 130 determines whether ⁇ t corresponding to the time update period for the input variable has elapsed in step S100.
  • control unit 130 monitors the operating current of the secondary battery through the sensor unit 120 in step S110 to determine whether the secondary battery is being charged or discharged.
  • control unit 130 shifts the process to step S50 so as to extend from the time update step of the first current and the second current to the voltage estimation step of the hybrid secondary battery. Repeat once again.
  • Such a recursive algorithm is repeated whenever the time update period ⁇ t of the input variable elapses while the secondary battery is being charged or discharged.
  • step S110 determines whether sufficient time has elapsed after the charging or discharging is finished.
  • sufficient time means the time required until the voltage of the hybrid secondary battery stabilizes to a voltage level corresponding to the open voltage.
  • control unit 130 ends the voltage estimation process of the hybrid secondary battery using the circuit model.
  • the control unit 130 may store the result determined in each step in the storage unit 160, transmit it to another external control unit, or display the result via the display unit 150 in a graphic interface.
  • the graphic interface includes a character, a picture, a graphic, or a combination thereof.
  • control unit 130 may use the voltage of the hybrid secondary battery estimated using the circuit model to control charging or discharging of the secondary battery.
  • the control unit 130 may refer to determining the state of charge or capacity decay of the secondary battery using the estimated voltage of the hybrid secondary battery.
  • the control unit 130 may be included as part of a battery management system that generally controls the operation of the secondary battery.
  • control unit 130 may transmit the estimated voltage of the hybrid secondary battery to a control unit in charge of controlling the secondary battery.
  • the control unit 130 may transmit the estimated voltage of the hybrid secondary battery to the central control device of the vehicle.
  • the control unit 130 selectively selects a processor, an application-specific integrated circuit (ASIC), another chipset, a logic circuit, a register, a communication modem, a data processing device, or the like, which are known in the art, to execute the various control logics described above. It may include.
  • the control logic when the control logic is implemented in software, the control unit 130 may be implemented as a set of program modules.
  • the program module may be stored in a memory and executed by a processor.
  • the memory may be internal or external to the processor and may be coupled to the processor through various well known computer components.
  • the memory may be included in the storage unit 160 of the present invention.
  • the memory refers to a device that stores information regardless of the type of device, and does not refer to a specific memory device.
  • control logics of the control unit 130 may configure a process of the method for estimating the voltage of the hybrid secondary battery according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • control unit 130 may be combined, and the combined control logics may be written in a computer readable code system and stored in a computer readable recording medium.
  • the recording medium is not particularly limited as long as it is accessible by a processor included in the computer.
  • the recording medium includes at least one selected from the group consisting of a ROM, a RAM, a register, a CD-ROM, a magnetic tape, a hard disk, a floppy disk, and an optical data recording device.
  • the code system may be modulated into a carrier signal to be included in a communication carrier at a specific point in time, and may be distributed and stored and executed in a networked computer.
  • functional programs, code and code segments for implementing the combined control logics can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention pertains.
  • a 30-Ah capacity and pouch-type first lithium secondary battery including Li [Ni x Mn y Co z ] O 2 and a carbon material in a positive electrode and a negative electrode, and a LiFePO 4 and a carbon material in a positive electrode and a negative electrode, respectively
  • a 5 Lih capacity and a pouch type secondary lithium secondary battery were produced.
  • the first lithium secondary battery and the second lithium secondary battery were connected in parallel to produce a hybrid secondary battery, and then loaded in the constant temperature chamber of the charge / discharge tester. Thereafter, while maintaining the temperature of the hybrid secondary battery at 25 degrees, the battery was discharged until the open voltage became 3.7 V and allowed to rest for a sufficient time. Thereafter, a pulse discharge experiment was conducted in which a short discharge was performed for several tens of seconds under a high rate discharge condition of 200 A.
  • FIG. 6 is a graph showing the voltage of the hybrid secondary battery estimated according to the present invention according to the time change during the pulse discharge experiment.
  • the waveform of the estimated voltage is substantially the same as the voltage waveform observed in the pulse discharge.
  • the change pattern of the voltage estimated immediately after the end of the pulse discharge converges toward the open voltage substantially the same as the change pattern indicated by the actual voltage of the hybrid secondary battery.
  • the inflection point occurs immediately after the end of the pulse discharge, it can be seen that the inflection point also appeared in the profile of the estimated voltage.
  • control unit 140 load

Abstract

Disclosed are an apparatus and a method for estimating the voltage of a hybrid secondary battery including a first secondary battery and a second secondary battery which have different electrochemical characteristics and which are connected in parallel with each other. The apparatus according to the present invention comprises: a sensor unit for measuring the operation current of the hybrid secondary battery; and a control unit for estimating the voltage of the hybrid secondary battery using the operation current and a voltage equation derived from a circuit model comprising a first circuit unit for simulating a change in the voltage of the first secondary battery by means of a first open circuit voltage element and optionally a first impedance element, and a second circuit unit for simulating a change in the voltage of the second secondary battery by means of a second open circuit voltage element and optionally a second impedance element, the second circuit unit being connected in parallel with the first circuit unit.

Description

하이브리드 이차 전지의 전압 추정 장치 및 그 방법Apparatus and method for estimating voltage of hybrid secondary battery
본 발명은 하이브리드 이차 전지의 전압을 추정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method capable of estimating the voltage of a hybrid secondary battery.
본 출원은 2013년 10월 14일에 출원된 한국특허 출원 10-2013-0122272호에 기초한 우선권 주장을 하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다. 또한, 본 출원은 2014년 10월 13일에 출원된 한국특허 출원 10-2014-0137724호에 기초한 우선권 주장을 하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.This application claims the priority based on Korea Patent Application No. 10-2013-0122272 filed on October 14, 2013, all the contents disclosed in the specification and drawings of the application are incorporated in this application. In addition, the present application claims priority based on Korean Patent Application No. 10-2014-0137724 filed on October 13, 2014, all the contents disclosed in the specification and drawings of the application are incorporated in this application.
전지는 전기화학적인 산화 및 환원 반응을 통해 전기 에너지를 생성하는 것으로, 광범위하게 다양한 용도로 이용된다. 예를 들어, 전지는 휴대 전화, 랩탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 비디오 카메라, 태블릿 컴퓨터, 전동 공구 등과 같이 사람의 손에 휴대할 수 있는 장치; 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 배, 전기 비행기 등과 같은 각종 전기구동 동력 장치; 신재생 에너지를 통해 발전된 전력이나 잉여 발전 전력을 저장하는데 사용되는 전력 저장 장치; 서버 컴퓨터와 통신용 기지국을 비롯한 각종 정보 통신 장치에 전력을 안정적으로 공급하기 위한 무정전 전원 공급 장치 등에 이르기까지 사용 영역이 점차 확대되고 있다. Batteries generate electrical energy through electrochemical oxidation and reduction reactions, and are widely used for various purposes. For example, a battery may be a device that can be carried in a human hand such as a mobile phone, a laptop computer, a digital camera, a video camera, a tablet computer, a power tool, or the like; Various electric drive power devices such as electric bicycles, electric motorcycles, electric vehicles, hybrid vehicles, electric boats, electric airplanes, and the like; A power storage device used to store power generated by renewable energy or surplus generated power; Increasingly, the field of use extends to an uninterruptible power supply for stably supplying power to various information communication devices including server computers and communication base stations.
전지는, 3가지의 기본 구성요소를 포함하는데, 이는, 방전되는 동안 전자를 방출하면서 산화되는 물질을 포함하는 음극(anode), 방전되는 동안 전자를 수용하면서 환원되는 물질을 포함하는 양극(cathode), 그리고 음극과 양극 사이에서 작동 이온의 이동이 가능하게 하는 전해질이 바로 그것이다. The cell comprises three basic components: an anode comprising a material that is oxidized while releasing electrons during discharge, and a cathode comprising a material that is reduced while receiving electrons during discharge. And an electrolyte that allows the movement of working ions between the cathode and the anode.
전지에는 방전된 후에는 재사용이 불가능한 일차 전지와, 전기화학 반응이 적어도 부분적으로는 가역적이어서 반복적인 충전과 방전이 가능한 이차 전지로 분류될 수 있다. The battery may be classified into a primary battery that cannot be reused after being discharged and a secondary battery capable of repetitive charging and discharging because the electrochemical reaction is at least partially reversible.
이차 전지로는, 납-산 전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-아연 전지, 니켈-철 전지, 은 산화물 전지, 니켈 금속 수화물(hydride) 전지, 아연-망간 산화물 전지, 아연-브로마이드 전지, 금속-공기 전지, 리튬 이차 전지 등이 공지되어 있다. Examples of secondary batteries include lead-acid batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-zinc batteries, nickel-iron batteries, silver oxide batteries, nickel metal hydride batteries, zinc-manganese oxide batteries, zinc-bromide batteries, and metal- Air batteries, lithium secondary batteries and the like are known.
이들 중에서, 리튬 이차 전지는 다른 이차 전지에 비해 에너지 밀도가 높고 전지 전압이 높으며 보존 수명이 길다는 이유로 상업적으로 가장 큰 관심을 끌고 있다.Among them, lithium secondary batteries have attracted the greatest commercial interest because of their higher energy density, higher battery voltage, and longer shelf life than other secondary batteries.
이차 전지에 있어서는, 양극재와 음극재로 사용되는 물질이 이차 전지의 성능에 중요한 영향을 미친다. 따라서 고온에서 안정성이 있고, 높은 에너지 용량을 제공할 수 있고, 제조비용이 낮은 양극재와 음극재를 제공하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. In the secondary battery, materials used as the positive electrode material and the negative electrode material have an important effect on the performance of the secondary battery. Therefore, various attempts have been made to provide a cathode material and a cathode material that are stable at high temperatures, can provide a high energy capacity, and have low manufacturing costs.
하지만, 모든 측면에서 우수한 성능을 갖는 양극재와 음극재를 개발하는 것은 용이하지 않으므로, 최근에는 서로 다른 종류의 양극재와 음극재를 포함하고 있는 이차 전지들을 병렬로 연결함으로써 각각의 이차 전지가 가지고 있는 단점을 보완하기 위한 시도가 이루어지고 있다. However, it is not easy to develop a positive electrode material and a negative electrode material having excellent performance in all aspects, and in recent years, each secondary battery has been connected by connecting secondary batteries including different kinds of positive electrode materials and negative electrode materials in parallel. Attempts have been made to make up for the shortcomings.
이하에서는, 서로 다른 종류의 이차 전지를 병렬 연결시킨 형태의 이차 전지를 하이브리드 이차 전지라고 명명한다. Hereinafter, the secondary battery of the form which connected the different types of secondary batteries in parallel is called a hybrid secondary battery.
한편, 하이브리드 이차 전지는, 구성 전지들이 서로 다른 동작 전압 범위를 가질 경우 변곡점을 포함하는 전압 프로파일을 가지는 경우가 많다. 구성 전지들의 동작 전압 범위가 다르면, 하이브리드 이차 전지가 충전 또는 방전되는 동안 지배적인 반응 키네틱스(Reaction kinetics)가 달라지기 때문이다.On the other hand, a hybrid secondary battery often has a voltage profile including an inflection point when the component batteries have different operating voltage ranges. If the operating voltage range of the constituent cells is different, the dominant reaction kinetics are different while the hybrid secondary battery is being charged or discharged.
그런데, 하이브리드 이차 전지의 전압 프로파일에 변곡점이 존재하면, 변곡점 근처에서는 충전 상태 대비 전압 변화량이 상대적으로 작다. 즉, 충전 상태가 많이 달라져도 전압은 거의 변화하지 않는다. 그런데 센서로 측정한 전압은, 센서의 오차나 동적으로 변화되는 분극 전압 등으로 인해 오차를 가진다. 따라서, 변곡점 근처에서 측정 전압을 그대로 사용하여 하이브리드 이차 전지를 제어하면 정확도를 보장하기 어렵다. 통상적인 전지 제어 시스템은, 변곡점 근처에서는, 측정 전압이 약간만 변화하여도 전지의 전기화학적 상태가 많이 변화된 것으로 추정하기 때문이다. However, when an inflection point exists in the voltage profile of the hybrid secondary battery, the amount of voltage change relative to the state of charge is relatively small near the inflection point. That is, even if the state of charge varies greatly, the voltage hardly changes. By the way, the voltage measured by the sensor has an error due to the error of the sensor or the polarization voltage that is dynamically changed. Therefore, if the hybrid secondary battery is controlled using the measured voltage as it is near the inflection point, it is difficult to guarantee the accuracy. This is because the conventional battery control system assumes that the electrochemical state of the battery has changed significantly even when the measured voltage slightly changes near the inflection point.
따라서, 하이브리드 이차 전지에 대해서는 전압을 직접 측정하지 않고 측정 가능한 다른 파라미터를 사용하여 전압을 간접적으로 추정할 수 있는 방법이 요구되고 있다.Accordingly, there is a demand for a method of indirectly estimating a voltage using a different measurable parameter without directly measuring the voltage of a hybrid secondary battery.
본 발명은 서로 다른 전기화학적 특성을 갖는 이차 전지들을 병렬 연결한 하이브리드 이차 전지에 대하여 전압을 직접 측정하지 않고 재귀적 알고리즘(iterative algorithm)을 이용하여 간접적으로 추정할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.The present invention provides an apparatus and method for indirect estimation using a iterative algorithm without directly measuring a voltage of a hybrid secondary battery in which secondary batteries having different electrochemical characteristics are connected in parallel.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 장치는, 서로 다른 전기화학적 특성을 가지며 상호 병렬 연결된 제1이차 전지와 제2이차 전지를 포함하는 하이브리드 이차 전지의 전압을 추정하는 장치로서, 하이브리드 이차 전지의 동작 전류를 측정하는 센서 유닛과, 미리 정의된 회로 모델로부터 유도된 전압 방정식과 상기 동작 전류를 이용하여 하이브리드 이차 전지의 전압을 추정하는 제어 유닛을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a voltage estimating apparatus for a hybrid secondary battery according to an embodiment of the present invention, which estimates a voltage of a hybrid secondary battery including a first secondary battery and a second secondary battery which have different electrochemical characteristics and are connected in parallel to each other. An apparatus includes a sensor unit measuring an operating current of a hybrid secondary battery, and a control unit estimating a voltage of the hybrid secondary battery using the operating current and a voltage equation derived from a predefined circuit model.
일 측면에 따르면, 상기 제1이차 전지와 상기 제2이차 전지는 독립적인 전지로서 서로 다른 포장재에 포장된 것일 수도 있고, 하나의 포장재 내에 함께 포장된 것일 수 있다.According to one aspect, the first secondary battery and the second secondary battery may be packaged in different packaging materials as independent batteries, or may be packaged together in one packaging material.
후자의 경우, 상기 제1이차 전지와 상기 제2이차 전지는 양극판 및 음극판과 그 사이에 개재된 분리막을 포함하는 단위 셀로 구성된다. 그리고, 상기 제1이차 전지와 상기 제2이차 전지는, 양극판 및/또는 음극판에 전기화학적 특성이 다른 활물질의 코팅층을 포함할 수 있다.In the latter case, the first secondary battery and the second secondary battery are composed of a unit cell including a positive electrode plate and a negative electrode plate and a separator interposed therebetween. The first secondary battery and the second secondary battery may include a coating layer of an active material having different electrochemical properties on the positive electrode plate and / or the negative electrode plate.
다른 측면에 따르면, 상기 제1이차 전지와 상기 제2이차 전지는, 각각 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 단위 셀 또는 복수의 전지 모듈을 포함할 수 있다.According to another aspect, the first secondary battery and the second secondary battery may each include a plurality of unit cells or a plurality of battery modules connected in series and / or in parallel.
바람직하게, 상기 회로 모델은, 상기 제1이차 전지의 제1개방 전압 요소와 선택적으로 제1임피던스 요소에 의해 상기 제1이차 전지의 전압 변화를 모사하는 제1회로 유닛과, 상기 제1회로 유닛과 병렬 연결되고 상기 제2이차 전지의 제2개방 전압 요소와 선택적으로 제2임피던스 요소에 의해 상기 제2이차 전지의 전압 변화를 모사하는 제2회로 유닛을 포함할 수 있다.Preferably, the circuit model includes a first circuit unit that simulates a voltage change of the first secondary battery by a first open voltage element and optionally a first impedance element of the first secondary battery, and the first circuit unit And a second circuit unit connected in parallel with the second open circuit of the second secondary battery and selectively simulating a voltage change of the second secondary battery by a second impedance element.
바람직하게, 상기 제1개방 전압 요소에 의해 형성되는 제1개방 전압은, 상기 제1이차 전지의 제1충전 상태와 제1개방 전압 사이의 미리 정의된 상관 관계로부터 결정될 수 있다. Preferably, the first open voltage formed by the first open voltage element may be determined from a predefined correlation between the first charged state and the first open voltage of the first secondary battery.
유사하게, 상기 제2개방 전압 요소에 의해 형성되는 제2개방 전압은, 상기 제2이차 전지의 제2충전 상태와 제2개방 전압 사이의 미리 정의된 상관 관계로부터 결정될 수 있다.Similarly, the second open voltage formed by the second open voltage element may be determined from a predefined correlation between the second charged state and the second open voltage of the second secondary battery.
참고로, 상기 충전 상태는, 당업계에서 SOC(State Of Charge)라는 파라미터로 알려져 있다. 상기 충전 상태는 SOC와 z라는 파라미터에 의해 그 값을 정량적으로 표시할 수 있다. 충전 상태를 0-100%의 백분율로서 표시할 때에는 SOC 파라미터를 사용하고, 충전 상태를 0-1의 수로 표시할 때에는 z 파라미터를 사용한다. 상기 충전 상태는 비제한적인 예시로서 암페어 카운팅(Ampere Counting) 방법으로 측정할 수 있다.For reference, the state of charge is known in the art as a parameter called state of charge (SOC). The state of charge can be quantitatively indicated by the SOC and z parameters. The SOC parameter is used to indicate the state of charge as a percentage of 0-100%, and the z parameter is used to indicate the state of charge as a number from 0-1. The state of charge may be measured by an ampere counting method as a non-limiting example.
바람직하게, 상기 미리 정의된 상관 관계는, 충전 상태의 변화에 따라 측정한 개방 전압 프로파일로부터 얻을 수 있다.Preferably, the predefined correlation may be obtained from an open voltage profile measured according to a change in state of charge.
일 측면에 따르면, 상기 미리 정의된 상관 관계는, 충전 상태 별로 대응되는 개방 전압을 맵핑할 수 있는 룩업 테이블일 수 있다. According to an aspect, the predefined correlation may be a lookup table capable of mapping an open voltage corresponding to each state of charge.
상기 룩업 테이블은, 제1 및 제2이차 전지에 대하여 충전 상태 별로 측정한 개방 전압 데이터를 활용하여 얻을 수 있다. 상기 개방 전압 데이터는 실험을 통하여 얻을 수 있다.The lookup table may be obtained by using open voltage data measured for each of the first and second secondary batteries according to the state of charge. The open voltage data can be obtained through experiments.
다른 측면에 따르면, 상기 미리 정의된 상관 관계는, 충전 상태와 개방 전압을 각각 입력 변수 및 출력 변수로서 포함하고 있는 룩업 함수일 수 있다.According to another aspect, the predefined correlation may be a lookup function that includes a state of charge and an open voltage as input variables and output variables, respectively.
상기 룩업 함수는, 제1 및 제2이차 전지에 대하여 충전 상태 별로 측정한 개방 전압 프로파일을 구성하는 좌표 데이터를 수치 해석(Numerical Analysis)하여 얻을 수 있다.The lookup function may be obtained by numerical analysis of coordinate data constituting an open voltage profile measured for each state of charge of the first and second secondary batteries.
바람직하게, 상기 제1임피던스 요소와 상기 제2임피던스 요소는, 각각, 상기 제1이차 전지 및 상기 제2이차 전지가 동작할 때 생기는 IR 전압 및/또는 분극 전압 등을 모사하기 위해 적어도 하나의 회로 요소를 포함할 수 있다. Preferably, the first impedance element and the second impedance element, respectively, at least one circuit for simulating the IR voltage and / or polarization voltage generated when the first secondary battery and the second secondary battery operating, etc. It can contain elements.
여기서, IR 전압은 이차 전지가 충전 또는 방전될 때 이차 전지의 내부 저항에 의해 생기는 전압을 의미한다. Here, the IR voltage means a voltage generated by the internal resistance of the secondary battery when the secondary battery is charged or discharged.
IR 전압 때문에 이차 전지가 충전되는 동안에는 이차 전지의 전압이 개방 전압보다 높고, 이차 전지가 방전되는 동안에는 그 반대이다.The voltage of the secondary battery is higher than the open voltage while the secondary battery is charged due to the IR voltage, and vice versa while the secondary battery is discharged.
일 측면에 따르면, 상기 제1 및/또는 제2임피던스 요소는, 적어도 하나의 저항, 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 인덕터 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.According to one aspect, the first and / or second impedance element may include at least one resistor, at least one capacitor, at least one inductor, and combinations thereof.
다른 측면에 따르면, 상기 제1 및/또는 제2임피던스 요소는, 저항과 커패시터가 병렬 연결된 RC 회로와 이와 직렬 연결된 저항을 포함할 수 있다.According to another aspect, the first and / or second impedance element may include an RC circuit in which a resistor and a capacitor are connected in parallel, and a resistor in series with the same.
또 다른 측면에 따르면, 상기 제1 및/또는 제2임피던스 요소는, 저항과 커패시터가 병렬 연결된 복수의 RC 회로를 포함하고, 상기 복수의 RC 회로들은 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다.According to another aspect, the first and / or second impedance element includes a plurality of RC circuits in which a resistor and a capacitor are connected in parallel, and the plurality of RC circuits may be connected in series and / or in parallel.
바람직하게, 상기 제1개방 전압 성분과 상기 제1임피던스 요소는 직렬로 연결될 수 있다. 유사하게, 상기 제2개방 전압 성분과 상기 제2임피던스 요소는 직렬로 연결될 수 있다.Preferably, the first open voltage component and the first impedance element may be connected in series. Similarly, the second open voltage component and the second impedance element may be connected in series.
바람직하게, 상기 제어 유닛은, 상기 제1임피던스 요소에 포함된 회로 요소의 연결 관계와 전기적 특성값으로부터 유도된 제1임피던스 전압 계산식을 사용하여 상기 제1임피던스 요소에 의해 형성되는 제1임피던스 전압을 결정할 수 있다. Preferably, the control unit is configured to obtain a first impedance voltage formed by the first impedance element by using a first impedance voltage calculation equation derived from a connection characteristic and an electrical characteristic value of a circuit element included in the first impedance element. You can decide.
유사하게, 상기 제어 유닛은, 상기 제2임피던스 요소에 포함된 회로 요소의 연결 관계와 전기적 특성값으로부터 유도된 제2임피던스 전압 계산식을 사용하여 상기 제2임피던스 요소에 의해 형성되는 제2임피던스 전압을 결정할 수 있다. Similarly, the control unit is configured to obtain a second impedance voltage formed by the second impedance element using a second impedance voltage calculation formula derived from a connection characteristic and an electrical characteristic value of a circuit element included in the second impedance element. You can decide.
여기서, 각 회로 요소의 전기적 특성값은, 해당 회로 요소의 종류에 의해 결정되는데, 저항 값, 커패시턴스 값 또는 인덕턴스 값 중 어느 하나일 수 있다.The electrical characteristic value of each circuit element is determined by the type of the circuit element, and may be any one of a resistance value, a capacitance value, and an inductance value.
본 발명에 있어서, 상기 동작 전류는 상기 제1회로 유닛에 흐르는 제1전류와 상기 제2회로 유닛에 흐르는 제2전류의 합과 동일하다. In the present invention, the operating current is equal to the sum of the first current flowing through the first circuit unit and the second current flowing through the second circuit unit.
바람직하게, 상기 제어 유닛은, 상기 회로 모델로부터 유도되는 제1전류 분배 방정식과 제2전류 분배 방정식을 이용하여 상기 제1전류 및 상기 제2전류를 각각 결정할 수 있다.Preferably, the control unit may determine the first current and the second current, respectively, by using a first current distribution equation and a second current distribution equation derived from the circuit model.
바람직하게, 상기 제1전류 방정식은, 입력 변수로서, 상기 제1 및 제2개방 전압과, 상기 제1 및 임피던스 전압과, 상기 동작 전류를 포함할 수 있다. 유사하게, 상기 제2전류 방정식은, 입력 변수로서, 상기 제1 및 제2개방 전압과, 상기 제1 및 임피던스 전압과, 상기 동작 전류를 포함할 수 있다.Preferably, the first current equation may include, as an input variable, the first and second open voltages, the first and impedance voltages, and the operating current. Similarly, the second current equation may include, as an input variable, the first and second open voltages, the first and impedance voltages, and the operating current.
일 측면에 따르면, 상기 제1임피던스 요소가 직렬 저항을 포함할 때, 상기 제1임피던스 전압은 상기 직렬 저항을 제외한 나머지 회로 요소에 의해 형성된 전압에 의해 결정할 수 있다.According to one aspect, when the first impedance element includes a series resistance, the first impedance voltage may be determined by the voltage formed by the circuit elements other than the series resistance.
유사하게, 상기 제2임피던스 요소가 직렬 저항을 포함할 때, 상기 제2임피던스 전압은 상기 직렬 저항을 제외한 나머지 회로 요소에 의해 형성된 전압에 의해 결정할 수 있다.Similarly, when the second impedance element includes a series resistance, the second impedance voltage may be determined by the voltage formed by the circuit elements other than the series resistance.
바람직하게, 상기 제어 유닛은, 상기 제1전류를 시간에 따라 적산하여 제1충전 상태를 시간 업데이트할 수 있다. 유사하게, 상기 제어 유닛은, 상기 제2전류를 시간에 따라 적산하여 상기 제2충전 상태를 시간 업데이트할 수 있다.Preferably, the control unit may update the first charging state by integrating the first current over time. Similarly, the control unit may time update the second charging state by integrating the second current over time.
상기 제어 유닛은, 이차 전지와 전기적으로 결합될 수 있는 전지 관리 시스템(Battery Management System: BMS)이거나 또는 상기 전지 관리 시스템에 포함되는 제어 요소일 수 있다.The control unit may be a battery management system (BMS) that may be electrically coupled with a secondary battery or may be a control element included in the battery management system.
상기 전지 관리 시스템은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 BMS라고 불리는 시스템을 의미할 수도 있지만, 기능적 관점에서 본 발명에서 기술된 적어도 하나의 기능을 수행하는 시스템이라면 그 어떠한 것이라도 상기 전지 관리 시스템의 범주에 포함될 수 있다. The battery management system may mean a system called BMS in the technical field to which the present invention belongs, but any system that performs at least one function described in the present invention from a functional point of view may be a category of the battery management system. Can be included.
상기 전지 관리 시스템은, 상기 회로 모델을 프로세서에 의해 실행 가능한 소프트웨어 알고리즘으로서 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 회로 모델은 프로그램 코드로서 작성되어 메모리 디바이스에 저장될 수 있고, 상기 프로세서에 의해 실행될 수 있다.The battery management system may include the circuit model as a software algorithm executable by a processor. As an example, the circuit model may be written as program code, stored in a memory device, and executed by the processor.
본 발명의 상술한 기술적 과제는, 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 방법에 의해서도 달성될 수 있다. The above technical problem of the present invention can also be achieved by a voltage estimation method of a hybrid secondary battery.
일 측면에 따르면, 상기 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 방법은, 서로 다른 전기화학적 특성을 가지며 상호 병렬 연결된 제1이차 전지와 제2이차 전지를 포함하는 하이브리드 이차 전지의 전압을 추정하는 방법으로서,According to one aspect, the method of estimating the voltage of the hybrid secondary battery, a method of estimating the voltage of the hybrid secondary battery comprising a first secondary battery and a second secondary battery having different electrochemical characteristics and connected in parallel to each other,
하이브리드 이차 전지의 동작 전류를 측정하는 단계와, 상기 회로 모델로부터 유도된 제1 및 제2전류 분배 방정식으로부터 상기 제1회로 유닛과 상기 제2회로 유닛에 각각 흐르는 제1전류 및 제2전류를 결정하는 단계와, 상기 제1전류 및 상기 제2전류를 적산하여 상기 제1이차 전지의 제1충전 상태와 상기 제2차 전지의 제2충전 상태를 시간 업데이트 하는 단계와, 상기 제1충전 상태와 상기 제2충전 상태에 각각 대응되는 제1개방 전압과 제2개방 전압을 결정하는 단계와, 상기 제1회로 유닛에 포함된 제1임피던스 요소에 의해 형성되는 제1임피던스 전압을 상기 제1전류를 이용하여 시간 업데이트하고, 상기 제2회로 유닛에 포함된 제2임피던스 요소에 의해 형성되는 제2임피던스 전압을 상기 제2전류를 이용하여 시간 업데이트하는 단계와, 상기 결정된 제1 및 제2개방 전압과 상기 시간 업데이트된 제1 및 제2임피던스 전압과 상기 동작 전류를 이용하여 하이브리드 이차 전지의 전압을 추정하는 단계를 포함한다.Measuring an operating current of the hybrid secondary battery and determining first and second currents flowing through the first circuit unit and the second circuit unit, respectively, from first and second current distribution equations derived from the circuit model. And updating the first charge state of the first secondary battery and the second charge state of the secondary battery by integrating the first current and the second current; Determining a first open voltage and a second open voltage respectively corresponding to the second charged state; and converting the first current into a first impedance voltage formed by a first impedance element included in the first circuit unit. Time updating using the second current, and updating the second impedance voltage formed by the second impedance element included in the second circuit unit using the second current. Using a second open-circuit voltage and the time that the updated first and second impedance voltage and the operating current, and a step of estimating the voltage of the secondary cell hybrid.
본 발명의 기술적 과제는, 본 발명에 따른 하이브리드 이차 전지의 전압을 추정하는 방법을 프로그램화하여 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 의해서도 달성될 수 있다.The technical problem of the present invention can also be achieved by a computer-readable recording medium in which a method for estimating the voltage of a hybrid secondary battery according to the present invention is programmed.
본 발명의 일 측면에 따르면, 동작 전류와 회로 모델로부터 유도된 전압 방정식을 이용하여 간단하게 하이브리드 이차 전지의 전압을 추정할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the voltage of the hybrid secondary battery can be estimated simply by using the voltage equation derived from the operating current and the circuit model.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 변곡점이 포함된 전압 프로파일을 갖는 하이브리드 이차 전지의 전압을, 특히 변곡점 근처의 충전 상태 구간에서도 정확하게 추정할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the voltage of the hybrid secondary battery having the voltage profile including the inflection point can be estimated accurately, especially in the state of charge near the inflection point.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 하이브리드 이차 전지의 전압을 신뢰성 있게 추정할 수 있으므로, 이차 전지의 사용 목적에 맞게 조합이 최적화된 하이브리드 이차 전지를 제공할 수 있다. According to another aspect of the present invention, since the voltage of the hybrid secondary battery can be reliably estimated, it is possible to provide a hybrid secondary battery whose combination is optimized for the purpose of using the secondary battery.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전기 자동차나 전력 저장 장치와 같이 새로운 응용 분야에서 요구되는 다양한 사양을 충족시킬 수 있는 이차 전지의 제공이 가능하다.According to another aspect of the present invention, it is possible to provide a secondary battery that can meet various specifications required for new applications, such as electric vehicles or power storage devices.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.The following drawings appended hereto illustrate one embodiment of the present invention, and together with the following description serve to further understand the spirit of the present invention, the present invention is limited only to those described in such drawings. It should not be interpreted.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 장치에 대한 구성을 개략적으로 도시한 블록 다이어그램이다.1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an apparatus for estimating a voltage of a hybrid secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는, 제1이차 전지 및 제2이차 전지가 서로 다른 포장재에 패키징되어 병렬 연결된 경우를 도시한 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating a case where the first secondary battery and the second secondary battery are packaged in different packaging materials and connected in parallel.
도 3은, 제1이차 전지 및 제2이차 전지가 동일한 포장재 내에 함께 패키징되어 포장재 내부에서 병렬 연결된 경우를 도시한 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating a case where the first secondary battery and the second secondary battery are packaged together in the same packaging material and connected in parallel in the packaging material.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따른 회로 모델을 도시한 회로 구성도이다.4 is a circuit diagram illustrating a circuit model according to an embodiment of the present invention.
도 5는, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.5 is a flowchart sequentially illustrating a voltage estimating method of a hybrid secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6은, 본 발명에 따른 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 방법의 효과를 검증하기 위해 실시한 전압 추정 실험에 대한 결과를 도시한 그래프이다.6 is a graph showing the results of the voltage estimation experiment conducted to verify the effect of the voltage estimation method of the hybrid secondary battery according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own applications. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only one embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents that may be substituted for them in the present invention point of view. It should be understood that there may be variations and examples.
도 1은, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 장치(100)에 대한 구성을 개략적으로 도시한 블록 다이어그램이다.1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a voltage estimating apparatus 100 of a hybrid secondary battery according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 전압 추정 장치(100)는, 센서 유닛(120)과 제어 유닛(130)을 포함하고, 하이브리드 이차 전지(110)와 전기적으로 연결되어 하이브리드 이차 전지(110)의 전압을 추정한다. As shown in the drawing, the voltage estimating apparatus 100 includes a sensor unit 120 and a control unit 130, and is electrically connected to the hybrid secondary battery 110 to provide a voltage of the hybrid secondary battery 110. Estimate
상기 하이브리드 이차 전지(110)는, 적어도, 상호 병렬 연결되어 있고 전기화학적 특성이 서로 다른 제1 및 제2이차 전지를 포함한다.The hybrid secondary battery 110 includes at least first and second secondary batteries connected in parallel to each other and having different electrochemical characteristics.
상기 전기화학적 특성은, 전지의 용량, 전지의 사용 전압 대역, 충전 상태에 따른 전지의 최대/최소 충전율 또는 최대/최소 방전율, 저율 방전 특성, 고율 방전 특성, 온도에 따른 최대/최소 충전율 또는 최대/최소 방전율, 충전 또는 방전 프로파일, 충전 상태 변화에 따른 저항 프로파일, 충전 상태 변화에 따른 개방 전압 프로파일, 및 전압에 대한 전지의 용량 특성을 나타낸 dQ/dV 분포 중에서 선택된 적어도 하나를 의미한다.The electrochemical characteristics, the maximum / minimum charge rate or maximum / minimum discharge rate of the battery, the low rate discharge characteristics, high rate discharge characteristics, the maximum / minimum charging rate or maximum / At least one selected from among a minimum discharge rate, a charge or discharge profile, a resistance profile according to a state of charge change, an open voltage profile according to a state of charge change, and a dQ / dV distribution indicating a capacity characteristic of the battery with respect to the voltage.
바람직하게, 상기 제1 및 제2이차 전지는 리튬 이온에 의해 전기화학적 반응이 일어나는 리튬 이차 전지일 수 있다. 이러한 경우, 상기 제1 및 제2이차 전지는, 양극재의 종류, 음극재의 종류 및 전해질의 종류에서 선택된 적어도 하나가 다를 수 있다.Preferably, the first and second secondary batteries may be lithium secondary batteries in which an electrochemical reaction is caused by lithium ions. In this case, at least one selected from the type of the positive electrode material, the type of the negative electrode material, and the type of the electrolyte may be different in the first and second secondary batteries.
일 실시예에서, 상기 제1이차 전지는, 양극재로서, 일반 화학식 A[AxMy]O2+z(A는 Li, Na 및 K 중 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M은 Ni, Co, Mn, Ca, Mg, Al, Ti, Si, Fe, Mo, V, Zr, Zn, Cu, Al, Mo, Sc, Zr, Ru, 및 Cr에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; x ≥ 0, 1 ≤ x+y ≤2, -0.1 ≤ z ≤ 2; x, y, z 및 M에 포함된 성분의 화학량론적 계수는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨)로 표시되는 알칼리 금속 화합물을 포함할 수 있다.In one embodiment, the first secondary battery, as a positive electrode material, a general formula A [A x M y ] O 2 + z (A includes at least one element of Li, Na and K; M is Ni, Co At least one element selected from Mn, Ca, Mg, Al, Ti, Si, Fe, Mo, V, Zr, Zn, Cu, Al, Mo, Sc, Zr, Ru, and Cr; x ≥ 0, 1 ≦ x + y ≦ 2, −0.1 ≦ z ≦ 2; the stoichiometric coefficients of the components included in x, y, z, and M may be selected from the following formulas. have.
대안적으로, 상기 제1이차 전지는, 양극재로서, US6,677,082, US6,680,143 등에 개시된 알칼리 금속 화합물 xLiM1O2-(1-x)Li2M2O3(M1은 평균 산화 상태 3을 갖는 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M2는 평균 산화 상태 4를 갖는 적어도 하나 이상의 원소를 포함; 0≤x≤1)을 포함할 수 있다.Alternatively, the first secondary battery, as a cathode material, an alkali metal compound xLiM 1 O 2- (1-x) Li 2 M 2 O 3 disclosed in US 6,677,082, US 6,680,143, etc. (M 1 is an average oxidation state. At least one element having 3; M 2 comprises at least one element having an average oxidation state of 4; 0 ≦ x ≦ 1).
또한, 상기 제2이차 전지는, 양극재로서, 일반 화학식 LiaM1 xFe1-xM2 yP1-yM3 zO4-z(M1은 Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M2는 Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Mg, Al, As, Sb, Si, Ge, V 및 S에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M3는 F를 선택적으로 포함하는 할로겐족 원소를 포함; 0 < a ≤2, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1; a, x, y, z, M1, M2, 및 M3에 포함된 성분의 화학량론적 계수는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨), 또는 Li3M2(PO4)3[M은 Ti, Si, Mn, Fe, Co, V, Cr, Mo, Ni, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함] 로 표시되는 리튬 금속 포스페이트를 포함할 수 있다.In addition, the second secondary battery, as a positive electrode material, a general formula Li a M 1 x Fe 1-x M 2 y P 1-y M 3 z O 4- z (M 1 is Ti, Si, Mn, Co, At least one element selected from Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Mg and Al; M 2 is Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Mg, Al At least one element selected from As, Sb, Si, Ge, V and S; M 3 comprises a halogenated element optionally comprising F; 0 <a ≤ 2, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y <1, 0 <z <1; the stoichiometric coefficients of the components contained in a, x, y, z, M 1 , M 2 , and M 3 are chosen so that the compound maintains electrical neutrality, or Li 3 M 2 Lithium metal phosphate represented by (PO 4 ) 3 [M includes at least one element selected from Ti, Si, Mn, Fe, Co, V, Cr, Mo, Ni, Mg and Al].
선택적으로, 상기 제1 및/또는 제2이차 전지에 포함되는 양극재는, 코팅층을 포함할 수 있다. 상기 코팅층은 탄소층을 포함하거나, Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Mg, Al, As, Sb, Si, Ge, V 및 S로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함하는 산화물층 또는 불화물층을 포함할 수 있다.Optionally, the positive electrode material included in the first and / or second secondary battery may include a coating layer. The coating layer includes a carbon layer or at least selected from the group consisting of Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Mg, Al, As, Sb, Si, Ge, V and S It may include an oxide layer or fluoride layer containing one or more elements.
또한, 상기 제1 및 제2이차 전지는, 서로 다른 전기화학적 특성을 가지기 위해, 음극에 서로 다른 종류의 음극재를 포함할 수 있다. 음극재는, 탄소재, 리튬금속, 규소 또는 주석 등을 포함하거나, 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2와 같은 금속 산화물도 포함할 수 있다. 상기 탄소재로는 저결정 탄소, 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 인조 흑연, 키시흑연(Kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 액정피치(Mesophase pitches), 석유계 코크스(petroleum derived cokes), 및 석탄계 코크스(tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.In addition, the first and second secondary batteries may include different kinds of negative electrode materials in the negative electrode in order to have different electrochemical characteristics. The negative electrode material may include a carbon material, lithium metal, silicon, tin, or the like, or may also include a metal oxide such as TiO 2 and SnO 2 having a potential of less than 2V. As the carbon material, both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used. Soft crystalline carbon and hard carbon are typical low crystalline carbon, and high crystalline carbon is natural graphite, artificial graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, liquid crystal pitch High temperature firing such as mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches, petroleum derived cokes, and tar pitch derived cokes Carbon is representative.
또한, 상기 제1 및/또는 제2이차 전지는, 서로 다른 전기화학적 특성을 가지기 위해, 서로 다른 종류의 전해질을 포함할 수 있고, 상기 전해질은, A+B-와 같은 구조를 갖는 염을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온이나 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함한다. 그리고 B-는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, BF2C2O4 -, BC4O8 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, C4F9SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 음이온을 포함한다. In addition, the first and / or second secondary battery may include different kinds of electrolytes to have different electrochemical characteristics, and the electrolytes may include salts having a structure such as A + B −. can do. Here, A + includes an ion composed of an alkali metal cation such as Li + , Na + , K + or a combination thereof. And B - is F -, Cl -, Br - , I -, NO 3 -, N (CN) 2 -, BF 4 -, ClO 4 -, AlO 4 -, AlCl 4 -, PF 6 -, SbF 6 - , AsF 6 -, BF 2 C 2 O 4 -, BC 4 O 8 -, (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, CF 3 SO 3 -, C 4 F 9 SO 3 -, CF 3 CF 2 SO 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (FSO 2) 2 N -, CF 3 CF 2 (CF 3) 2 CO -, (CF 3 SO 2) 2 CH -, (SF 5) 3 C -, (CF 3 SO 2) 3 C -, CF 3 (CF 2) 7 SO 3 -, CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 -, SCN - comprises one or more anions selected from the group consisting of - and (CF 3 CF 2 SO 2) 2 N.
또한, 상기 전해질은, 유기용매를 포함할 수 있다. 상기 유기용매로는, 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylenecarbonate, EC), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디프로필카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 디메틸설프옥사이드 (dimethyl sulfoxide), 아세토니트릴 (acetonitrile), 디메톡시에탄 (dimethoxyethane), 디에톡시에탄 (diethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 에틸메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate, EMC), 감마 부티로락톤(γ-butyrolactone) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.In addition, the electrolyte may include an organic solvent. As the organic solvent, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC) ), Dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (N-methyl 2-pyrrolidone (NMP), ethyl methyl carbonate (EMC), gamma butyrolactone or mixtures thereof may be used.
본 발명에 있어서, 상기 제1이차 전지와 상기 제2이차 전지는 전기화학적 특성이 다르고 서로 병렬로 연결되어 있다면, 각 이차 전지의 포장 형태와 각 이차 전지를 구성하는 단위 셀의 수에 의해 구성이 제한되지 않는다. In the present invention, if the first secondary battery and the second secondary battery is different in the electrochemical characteristics and connected in parallel with each other, the configuration is determined by the package form of each secondary battery and the number of unit cells constituting each secondary battery It is not limited.
또한, 상기 제1이차 전지와 상기 제2이차 전지는, 단위 셀, 복수의 단위 셀을 포함하는 모듈, 복수의 모듈을 포함하는 팩 등과 같이 다수의 전지 요소가 어셈블링된 것도 포함하는 개념으로 이해하여야 한다. In addition, the first secondary battery and the second secondary battery are understood to include a plurality of battery elements, such as a unit cell, a module including a plurality of unit cells, a pack including a plurality of modules, and the like. shall.
일 측면에 따르면, 상기 제1이차 전지와 상기 제2이차 전지는, 도 2에 도시된 것과 같이 독립적인 전지로서 서로 다른 포장재에 포장된 것일 수 있고, 도 3에 도시된 것과 같이 하나의 포장재 내에 함께 포장된 것일 수 있다.According to one aspect, the first secondary battery and the second secondary battery, as shown in FIG. 2 may be an independent battery packaged in different packaging materials, as shown in Figure 3 in one packaging material It may be packaged together.
일 예로서, 상기 제1 및 제2이차 전지는, 연성이 있는 파우치 포장재 내에 개별적으로 포장된 서로 다른 종류의 리튬 이차 전지일 수 있다. 또는, 상기 제1 및 제2이차 전지는, 하나의 파우치 포장재 내에 함께 포장된 서로 다른 종류의 리튬 이차 전지일 수 있다. As an example, the first and second secondary batteries may be different types of lithium secondary batteries individually packaged in flexible pouch packaging materials. Alternatively, the first and second secondary batteries may be different types of lithium secondary batteries packaged together in one pouch packaging material.
또한, 하나의 포장재 내에 서로 다른 종류의 제1 및 제2단위 셀이 교호로 적층되어 병렬 연결될 경우, 교호 적층된 제1단위 셀의 그룹과 제2단위 셀의 그룹도 각각 제1이차 전지 및 제2이차 전지에 해당한다고 볼 수 있다.In addition, when different types of first and second unit cells are alternately stacked and connected in parallel in one packaging material, the groups of the first and second unit cells alternately stacked and the groups of the second unit cells may also be the first secondary battery and the first battery. It can be regarded as a secondary battery.
상기 제1단위 셀과 상기 제2단위 셀은 적어도 양극판 및 음극판과 그 사이에 개지된 분리막을 포함한다. 상기 제1단위 셀과 상기 제2단위 셀은 전기화학적 특성이 다르다. 이를 위해, 상기 제1단위 셀과 상기 제2단위 셀의 양극판 및/음극판은 서로 다른 활물질 코팅층을 포함할 수 있다The first unit cell and the second unit cell include at least a positive electrode plate and a negative electrode plate, and a separator interposed therebetween. The first unit cell and the second unit cell have different electrochemical characteristics. To this end, the positive electrode plates and / or negative electrode plates of the first unit cell and the second unit cell may include different active material coating layers.
다른 측면에 따르면, 상기 제1이차 전지와 상기 제2이차 전지는, 음극/분리막/양극을 최소 단위로 하는 적어도 하나의 단위 셀을 포함하거나, 적어도 2개 이상의 단위 셀이 직렬 및/또는 병렬 연결되어 적층된 단위 셀의 조립체를 포함할 수 있다.According to another aspect, the first secondary battery and the second secondary battery, at least one unit cell having a negative electrode / separator / anode as a minimum unit, or at least two or more unit cells are connected in series and / or parallel And an assembly of stacked unit cells.
또 다른 측면에 따르면, 상기 제1이차 전지는 개별적으로 포장된 제1전기화학적 특성을 가지는 복수의 이차 전지를 직렬 및/또는 병렬로 연결한 이차 전지 모듈을 포함할 수 있다. 유사하게, 상기 제2이차 전지는, 개별적으로 포장된 제2전기화학적 특성을 가지는 복수의 이차 전지를 직렬 및/또는 병렬로 연결한 이차 전지 모듈을 포함할 수 있다.According to another aspect, the first secondary battery may include a secondary battery module in which a plurality of secondary batteries having first electrochemical characteristics individually packaged are connected in series and / or in parallel. Similarly, the second secondary battery may include a secondary battery module in which a plurality of secondary batteries having individually packaged second electrochemical characteristics are connected in series and / or in parallel.
상기 이차 전지(110)는 부하(140)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 부하(140)는 다양한 전기 구동 장치에 포함된 것으로서, 상기 이차 전지(110)가 방전될 때 공급되는 전기 에너지에 의해 작동되는 상기 전기 구동 장치 내에 포함된 에너지 소모 장치를 의미한다.The secondary battery 110 may be electrically connected to the load 140. The load 140 is included in various electric driving apparatuses, and means an energy consuming apparatus included in the electric driving apparatus operated by electric energy supplied when the secondary battery 110 is discharged.
상기 전기 구동 장치는, 비제한적인 예시로서, 전기 자동차(EV), 하이브리드 자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV) 또는 전기 자전거(E-bike)와 같은 전기 구동 이동 장치; 휴대폰, 스마트 폰 또는 스마트 패드와 같은 핸드 헬드 디바이스; 랩탑 컴퓨터와 같은 이동 컴퓨터; 캠코더 또는 디지털 카메라와 같은 이동 영상 촬영 디바이스; 전력 그리드나 무정전 전원 장치에서 사용되는 대용량의 전력 저장 장치(ESS) 등일 수 있다.The electric drive device may include, but are not limited to, an electric drive mobile device such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV), a plug-in hybrid vehicle (PHEV), or an electric bicycle (E-bike); Hand held devices such as mobile phones, smartphones or smart pads; Mobile computers such as laptop computers; Mobile imaging devices such as camcorders or digital cameras; It may be a large capacity power storage device (ESS) used in a power grid or an uninterruptible power supply.
상기 부하는 비제한적인 예시로서, 모터와 같은 회전 동력 장치, 인버터와 같은 전력 변환 장치 등이 될 수 있는데, 본 발명이 부하의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다.The load may be a rotary power device such as a motor, a power converter such as an inverter, or the like as a non-limiting example, but the present invention is not limited by the type of load.
상기 전압 추정 장치(100)는, 저장 유닛(160)을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 상기 저장 유닛(160)은 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 저장 유닛(160)은 RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체일 수 있다. 상기 저장 유닛(160)은 또한 상기 제어 유닛(130)에 의해 접근이 가능하도록 예컨대 데이터 버스 등을 통해 상기 제어 유닛(130)과 연결될 수 있다. 상기 저장 유닛(160)은 또한 상기 제어 유닛(130)이 수행하는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 상기 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장 및/또는 갱신 및/또는 소거 및/또는 전송한다. 상기 저장 유닛(160)은 논리적으로 2개 이상으로 분할 가능하고, 상기 제어 유닛(130) 내에 포함되는 것을 제한하지 않는다.The voltage estimating apparatus 100 may further include a storage unit 160 selectively. The storage unit 160 is not particularly limited as long as it is a storage medium capable of recording and erasing information. As an example, the storage unit 160 may be a RAM, a ROM, a register, a hard disk, an optical recording medium, or a magnetic recording medium. The storage unit 160 may also be connected with the control unit 130 via, for example, a data bus so as to be accessible by the control unit 130. The storage unit 160 also stores and / or updates and / or erases and / or programs containing various control logics performed by the control unit 130 and / or data generated when the control logic is executed. send. The storage unit 160 may be logically divided into two or more, and is not limited to being included in the control unit 130.
상기 전압 추정 장치(100)는, 또한 표시 유닛(150)을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 상기 표시 유닛(150)은 상기 제어 유닛(130)이 생성한 정보를 그래픽 인터페이스로 표시할 수 있는 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 표시 유닛(150)은 액정 디스플레이, LED 디스플레이, OLED 디스플레이, E-INK 디스플레이, 플렉서블 디스플레이 등일 수 있다. 상기 표시 유닛(150)은 상기 제어 유닛(130)과 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 후자의 방식이 채택될 때, 상기 표시 유닛(150)은 상기 제어 유닛(130)이 위치하는 영역과 물리적으로 분리된 영역에 위치할 수 있다. 그리고 상기 표시 유닛(150)과 상기 제어 유닛(130) 사이에 제3의 제어 유닛(미도시)이 개재되어 상기 제3의 제어 유닛이 상기 제어 유닛(130)으로부터 표시 유닛(150)에 표출할 정보를 제공 받아 표시 유닛(150)에 표출할 수 있다. 이를 위해, 상기 제3의 제어 유닛과 상기 제어 유닛(130)이 통신 인터페이스를 통해 연결될 수 있다.The voltage estimating apparatus 100 may further optionally further include a display unit 150. The display unit 150 is not particularly limited as long as it can display the information generated by the control unit 130 in a graphic interface. As an example, the display unit 150 may be a liquid crystal display, an LED display, an OLED display, an E-INK display, a flexible display, or the like. The display unit 150 may be directly or indirectly connected to the control unit 130. When the latter method is adopted, the display unit 150 may be located in an area physically separated from the area in which the control unit 130 is located. A third control unit (not shown) is interposed between the display unit 150 and the control unit 130 so that the third control unit can express the display unit 150 from the control unit 130. The information may be provided and displayed on the display unit 150. To this end, the third control unit and the control unit 130 may be connected through a communication interface.
상기 센서 유닛(120)은, 상기 제어 유닛(130)의 통제 하에, 시간 간격을 두고 하이브리드 이차 전지(110)의 동작 전류(I)를 반복적으로 측정하고 상기 측정된 동작 전류(I)를 제어 유닛(130)으로 출력할 수 있다. 여기서, 상기 동작 전류(I)는 하이브리드 이차 전지(110)의 충전 전류 또는 방전 전류를 의미한다.The sensor unit 120, under the control of the control unit 130, repeatedly measures the operating current I of the hybrid secondary battery 110 at a time interval and controls the measured operating current I. And output to 130. Here, the operating current I means the charging current or the discharge current of the hybrid secondary battery 110.
선택적으로, 상기 센서 유닛(120)은, 상기 제어 유닛(130)의 통제 하에 하이브리드 이차 전지(110)의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압을 제어 유닛(130)으로 출력할 수 있다. 이러한 전압 측정은 회로 모델에서 사용되는 일부 변수의 초기 조건을 설정하기 위한 것으로서, 자세한 내용은 후술하기로 한다.Optionally, the sensor unit 120 may measure the voltage of the hybrid secondary battery 110 under the control of the control unit 130, and output the measured voltage to the control unit 130. This voltage measurement is intended to set initial conditions of some variables used in the circuit model, which will be described later.
상기 센서 유닛(120)은 전압 측정부와 전류 측정부를 포함할 수 있다. 상기 전압 측정부는 기준 전위를 기준으로 하이브리드 이차 전지(110)의 전압을 측정하는 회로로 구성될 수 있다. 상기 전류 측정부는 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 선로에 설치된 센스 저항으로 이루어질 수 있다. 하지만 본 발명이 전압 측정부와 전류 측정부의 구체적인 구성에 의해 한정되는 것은 아니다.The sensor unit 120 may include a voltage measuring unit and a current measuring unit. The voltage measuring unit may be configured as a circuit for measuring the voltage of the hybrid secondary battery 110 based on a reference potential. The current measuring unit may be formed of a sense resistor installed in a line through which a charging current or a discharge current flows. However, the present invention is not limited by the specific configurations of the voltage measuring unit and the current measuring unit.
상기 전압 측정부와 상기 전류 측정부는 하나의 센서 유닛(120) 내에 포함될 수 있지만, 물리적으로 서로 분리될 수 있다. 이러한 경우, 상기 센서 유닛(120)은 서로 분리되어 있는 전압 측정부와 전류 측정부를 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.The voltage measuring unit and the current measuring unit may be included in one sensor unit 120, but may be physically separated from each other. In this case, the sensor unit 120 should be understood as a concept including a voltage measuring unit and a current measuring unit separated from each other.
상기 제어 유닛(130)은, 하이브리드 이차 전지(110)의 전압을 추정하는데 필요한 적어도 하나 이상의 제어 로직을 실행할 수 있는 구성요소로서, 비제한적인 예시로서 미리 정의된 회로 모델을 이용하여 하이브리드 이차 전지(110)의 전압을 추정할 수 있다.The control unit 130 is a component capable of executing at least one or more control logics necessary for estimating the voltage of the hybrid secondary battery 110. As a non-limiting example, the control unit 130 may use a hybrid secondary battery (eg, a pre-defined circuit model). The voltage of 110 may be estimated.
바람직한 실시예에서, 상기 회로 모델은, 하이브리드 이차 전지(110)의 전압 변화를 모사(simulation)하기 위해, 직렬 및/또는 병렬로 연결된 적어도 하나 이상의 회로 유닛을 포함할 수 있다.In a preferred embodiment, the circuit model may include at least one circuit unit connected in series and / or in parallel to simulate a voltage change of the hybrid secondary battery 110.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 모델(200)을 도시한 회로 구성도이다.4 is a circuit diagram illustrating a circuit model 200 according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 상기 회로 모델(200)은, 하이브리드 이차 전지(110)의 전압 변화를 모델링하기 위해, 병렬로 연결된 제1회로 유닛(210)과 제2회로 유닛(220)을 포함한다.Referring to FIG. 4, the circuit model 200 includes a first circuit unit 210 and a second circuit unit 220 connected in parallel to model a voltage change of the hybrid secondary battery 110.
상기 제1회로 유닛(210)은, 상기 제1이차 전지의 전압 변화를 모사하기 위한 것으로서, 직렬로 연결된 제1개방 전압 요소(210a)와 선택적으로 제1임피던스 요소(210b)를 포함한다.The first circuit unit 210 is for simulating the voltage change of the first secondary battery, and includes a first open voltage element 210a and a first impedance element 210b, which are connected in series.
유사하게, 상기 제2회로 유닛(22)은, 상기 제2이차 전지의 전압 변화를 모사하기 위한 것으로서, 직렬로 연결된 제2개방 전압 요소(220a)와 선택적으로 제2임피던스 요소(220b)를 포함한다.Similarly, the second circuit unit 22, for simulating the voltage change of the second secondary battery, includes a second open voltage element 220a and an optional second impedance element 220b connected in series. do.
상기 하이브리드 이차 전지(110)가 충전 또는 방전될 때, 상기 제1개방 전압 요소(210a)의 양단에는, 상기 제1이차 전지의 제1충전 상태(zc1)에 의해 크기가 변하는 제1개방 전압(OCVc1(zc1))이 형성되고, 상기 제2개방 전압 요소(220a)의 양단에는 상기 제2이차 전지의 제2충전 상태(zc2)에 의해 크기가 변하는 제2개방 전압(OCVc2(zc2))이 형성된다.When the hybrid secondary battery 110 is charged or discharged, a first open voltage whose magnitude varies depending on a first charged state z c1 of the first secondary battery at both ends of the first open voltage element 210a. (OCV c1 (z c1 )) is formed, and at both ends of the second open voltage element 220a, a second open voltage (OCV c2 ) whose size is changed by a second charged state z c2 of the second secondary battery. (z c2 )) is formed.
바람직하게, 상기 제1개방 전압(OCVc1(zc1))은, 상기 제1충전 상태(zc1)와 이에 대응되는 상기 제1이차 전지의 개방 전압 사이의 미리 정의된 상관 관계로부터 결정될 수 있다. Preferably, the first open voltage OCV c1 (z c1 ) may be determined from a predefined correlation between the first charged state z c1 and the open voltage of the first secondary battery corresponding thereto. .
유사하게, 상기 제2개방 전압(OCVc2(zc2))은, 상기 제2충전 상태(zc2)와 이에 대응되는 상기 제2이차 전지의 개방 전압 사이의 미리 정의된 상관 관계로부터 결정될 수 있다. Similarly, the second open voltage OCV c2 (z c2 ) may be determined from a predefined correlation between the second charged state z c2 and the open voltage of the second secondary battery corresponding thereto. .
바람직하게, 상기 미리 정의된 상관 관계는, 충전 상태의 변화에 따라 측정한 개방 전압 프로파일로부터 얻을 수 있다.Preferably, the predefined correlation may be obtained from an open voltage profile measured according to a change in state of charge.
일 실시예에서, 상기 미리 정의된 상관 관계는, 충전 상태 별로 대응되는 개방 전압을 맵핑할 수 있는 룩업 테이블일 수 있다. 이러한 룩업 테이블은, 제1 및 제2이차 전지에 대하여 충전 상태 별로 측정한 개방 전압 데이터를 활용하여 얻을 수 있다. 여기서, 상기 개방 전압 데이터는 실험을 통하여 얻을 수 있다.In one embodiment, the predefined correlation may be a lookup table capable of mapping an open voltage corresponding to each state of charge. Such a lookup table may be obtained by using open voltage data measured for each state of charge of the first and second secondary batteries. Here, the open voltage data can be obtained through an experiment.
다른 실시예에서, 상기 미리 정의된 상관 관계는, 충전 상태와 개방 전압을 각각 입력 변수 및 출력 변수로서 포함하고 있는 룩업 함수일 수 있다. 이러한 룩업 함수는, 제1 및 제2이차 전지에 대하여 충전 상태 별로 측정한 개방 전압 프로파일에 포함된 좌표 데이터를 수치 해석하여 얻을 수 있다.In another embodiment, the predefined correlation may be a lookup function that includes a state of charge and an open voltage as input and output variables, respectively. Such a lookup function may be obtained by numerically analyzing coordinate data included in an open voltage profile measured for each state of charge of the first and second secondary batteries.
바람직하게, 상기 제1임피던스 요소(210b)와 상기 제2임피던스 요소(220b)는, 각각, 상기 제1이차 전지 및 상기 제2이차 전지가 동작할 때 생기는 IR 전압 및/또는 분극 전압 등을 모사하기 위해 적어도 하나의 회로 요소를 포함한다. Preferably, the first impedance element 210b and the second impedance element 220b each simulate an IR voltage and / or a polarization voltage generated when the first secondary battery and the second secondary battery operate. To include at least one circuit element.
여기서, IR 전압은 이차 전지가 충전 또는 방전될 때 이차 전지의 내부 저항에 의해 생기는 전압을 의미한다. Here, the IR voltage means a voltage generated by the internal resistance of the secondary battery when the secondary battery is charged or discharged.
IR 전압 때문에 이차 전지가 충전되는 동안에는 이차 전지의 전압이 개방 전압보다 높고, 이차 전지가 방전되는 동안에는 그 반대이다.The voltage of the secondary battery is higher than the open voltage while the secondary battery is charged due to the IR voltage, and vice versa while the secondary battery is discharged.
상기 제1임피던스 요소(210b) 및 상기 제2임피던스 요소(220b)에 포함되는 회로 요소의 숫자와 종류, 회로 요소 상호 간의 연결 관계는, 상기 제1이차 전지 및 제2이차 전지의 전기화학적 물성에 따라 결정될 수 있는데, 바람직하게는 교류 임피던스 측정 실험을 통한 시행 착오(trial & error)를 거쳐 결정될 수 있다. 또한, 각 회로 요소의 전기적 특성값은, 교류 임피던스 측정 실험을 통해 근사값을 정한 후, 본 발명에 의해 추정되는 전압과 정밀한 실험 조건에서 측정한 전압의 오차가 최소화되도록 튜닝하는 것에 의해 최적 값으로 조정될 수 있다.The number and type of circuit elements included in the first impedance element 210b and the second impedance element 220b, and the connection relationship between the circuit elements are determined by the electrochemical properties of the first secondary battery and the second secondary battery. It can be determined according to, preferably through trial and error (trial & error) through the AC impedance measurement experiment. In addition, the electrical characteristic value of each circuit element may be adjusted to an optimal value by determining an approximation value through an AC impedance measurement experiment and then tuning to minimize the error between the voltage estimated by the present invention and the voltage measured under precise experimental conditions. Can be.
일 측면에 따르면, 상기 제1 임피던스 요소(210b) 및/또는 상기 제2임피던스 요소(220b)는, 적어도 하나의 저항, 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 인덕터 및 이들의 선택적 결합을 포함할 수 있다. 상기 제1 임피던스 요소(210b) 및/또는 상기 제2임피던스 요소(220b)가 복수의 회로 요소들을 포함할 때, 각 회로 요소는 다른 회로 요소와 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다.According to an aspect, the first impedance element 210b and / or the second impedance element 220b may include at least one resistor, at least one capacitor, at least one inductor, and a selective combination thereof. . When the first impedance element 210b and / or the second impedance element 220b includes a plurality of circuit elements, each circuit element may be connected in series and / or in parallel with another circuit element.
구체적인 실시예에서, 상기 제1임피던스 요소(210b)는 저항과 커패시터가 병렬 연결된 적어도 하나의 RC 회로(RCn,c1)와 이와 직렬 연결된 저항(R0,c1)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 n은 n번째 RC 회로를 나타내는 인덱스이다.In a specific embodiment, the first impedance element 210b may include at least one RC circuit RC n, c1 connected in parallel with a resistor and a capacitor, and a resistor R 0, c1 connected in series with the resistor. Here, n is an index indicating the nth RC circuit.
유사하게, 상기 제2임피던스 요소(220b)는, 저항과 커패시터가 병렬 연결된 적어도 하나의 RC 회로(RCm,c2)와 이와 직렬 연결된 저항(R0,c2)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 m은 m번째 RC 회로를 나타내는 인덱스이다.Similarly, the second impedance element 220b may include at least one RC circuit RC m, c2 connected in parallel with a resistor and a capacitor, and a resistor R 0, c2 connected in series with the second impedance element 220b. Here, m is an index indicating the m-th RC circuit.
상기 RC 회로(RCn,c1, RCm,c2)는, 상기 제1이차 전지 및 상기 제2이차 전지가 동작할 때 생기는 분극 전압(Polarization voltage)을 모사하기 위한 회로 요소에 해당한다. 상기 RC 회로(RCn,c1, RCm,,c2)에 포함된 저항과 커패시터의 전기적 특성값과 소자의 수, 그리고 상기 RC 회로(RCn,c1, RCm,,c2)의 수는 상기 제1이차 전지 및 상기 제2이차 전지의 분극 전압 특성에 따라서 가변될 수 있다. 또한, 상기 제1이차 전지 및 상기 제2이차 전지의 분극 전압이 무시할만한 수준으로 작다면, 상기 RC 회로(RCn,c1, RCm,,c2)는 생략이 가능하다.The RC circuits RC n, c1 , RC m, and c2 correspond to circuit elements for simulating polarization voltages generated when the first secondary battery and the second secondary battery operate. The number of the RC circuit (RC n, c1, RC m ,, c2) a number of electric characteristic value of the device resistance and the capacitor, and the RC circuit (RC n, c1, RC m ,, c2) is included in the It may vary depending on the polarization voltage characteristics of the first secondary battery and the second secondary battery. In addition, if the polarization voltages of the first secondary battery and the second secondary battery are negligibly small, the RC circuits RC n, c1 , RC m, and c2 may be omitted.
상기 직렬 저항(R0,c1, R0,c2)은, 상기 제1이차 전지 및 상기 제2이차 전지가 동작할 때 생기는 IR 전압을 모사하기 위한 회로 요소에 해당한다. 상기 직렬 저항(R0,c1, R0,c2)의 전기적 특성값은 IR 전압 특성에 따라서 가변될 수 있다. 또한, 상기 직렬 저항(R0,c1, R0,c2)의 수는 필요에 따라서 2개 이상이 될 수 있다. 만약, 상기 제1이차 전지 및 상기 제2이차 전지의 IR 전압이 무시할만한 수준으로 작다면, 상기 직렬 저항(R0,c1, R0,c2)은 생략이 가능하다.The series resistors R 0, c 1 , R 0, c 2 correspond to circuit elements for simulating IR voltages generated when the first secondary battery and the second secondary battery operate. The electrical characteristic values of the series resistors R 0, c 1 , R 0, c 2 may vary according to IR voltage characteristics. In addition, the number of series resistors R 0, c 1 , R 0, c 2 may be two or more as necessary. If the IR voltages of the first and second secondary batteries are negligibly small, the series resistors R 0, c 1 , R 0, c 2 may be omitted.
바람직하게, 상기 제어 유닛(130)은, 상기 제1임피던스 요소(210b)에 포함된 회로 요소의 연결 관계와 전기적 특성값으로부터 유도된 제1임피던스 전압 계산식을 사용하여 상기 제1임피던스 요소에 의해 형성되는 제1임피던스 전압 (Vi,c1)을 결정할 수 있다. 유사하게, 상기 제어 유닛(130)은, 상기 제2임피던스 요소(220b)에 포함된 회로 요소의 연결 관계와 전기적 특성값으로부터 유도된 제2임피던스 전압 계산식을 사용하여 상기 제2임피던스 요소(220b)에 의해 형성되는 제2임피던스 전압(Vi,c2)을 결정할 수 있다. 여기서, 각 회로 요소의 전기적 특성값은, 해당 회로 요소의 종류에 의해 결정되는데, 저항 값, 커패시턴스 값 또는 인덕턴스 값 중 어느 하나일 수 있다.Preferably, the control unit 130 is formed by the first impedance element using a first impedance voltage calculation formula derived from the connection characteristic and electrical characteristic values of the circuit elements included in the first impedance element 210b. The first impedance voltage Vi, c1 may be determined. Similarly, the control unit 130 may use the second impedance element 220b by using a second impedance voltage equation derived from a connection characteristic and an electrical characteristic value of a circuit element included in the second impedance element 220b. It is possible to determine the second impedance voltage (V i, c2 ) formed by. The electrical characteristic value of each circuit element is determined by the type of the circuit element, and may be any one of a resistance value, a capacitance value, and an inductance value.
상기 제1임피던스 전압(Vi,c1)은, 제1임피던스 요소(210b)에 포함되어 있는 직렬 회로 요소들에 의해 형성되는 전압의 합으로 결정 가능하고, 상기 제2임피던스 전압(Vi,c2)은, 제2임피던스 요소(220b)에 포함되어 있는 직렬 회로 요소들에 의해 형성되는 전압의 합으로 결정 가능하다.The first impedance voltage Vi, c1 may be determined as a sum of voltages formed by series circuit elements included in the first impedance element 210b, and the second impedance voltage Vi, c2 may be determined. Is determined by the sum of the voltages formed by the series circuit elements included in the second impedance element 220b.
바람직하게, 상기 제1임피던스 요소(210b) 및 상기 제2임피던스 요소(220b)가 직렬 저항을 포함하는 경우, 상기 제1임피던스 전압(Vi,c1)과 상기 제2임피던스 전압(Vi,c2)의 결정 시 상기 직렬 저항에 의해 형성된 전압을 고려하지 않을 수 있다.Preferably, when the first impedance element 210b and the second impedance element 220b include a series resistance, the first impedance voltage Vi and c1 and the second impedance voltage Vi and c2 are provided. ) May not consider the voltage formed by the series resistance.
상기 제1임피던스 요소(210b) 및/또는 상기 제2임피던스 요소(220b)가 적어도 하나 이상의 RC 회로를 포함할 때, 각각의 RC 회로에 의해 형성되는 전압은 하기 수식 (1)과 같은 이산 시간 방정식에 의해 결정할 수 있다. 하기 이산 시간 방정식은, 당업계에 공지되어 있으므로, 구체적인 유도 과정은 생략한다.When the first impedance element 210b and / or the second impedance element 220b includes at least one RC circuit, the voltage formed by each RC circuit is a discrete time equation such as Equation (1) below. Can be determined by. The following discrete time equations are known in the art, so specific derivation steps are omitted.
Figure PCTKR2014009645-appb-I000001
Figure PCTKR2014009645-appb-I000001
상기 수식 (1)에서, k는 시간 인덱스를 나타내고, Δt는 시간 인덱스 k와 시간 인덱스 k+1 사이의 시간 간격을 나타내고, R와 C는 각각 RC 회로에 포함된 저항의 저항값과 커패시터의 커패시턴스 값을 나타내고, IRC[k]는 RC 회로에 흐르는 전류를 나타낸다.In Equation (1), k denotes a time index, Δt denotes a time interval between a time index k and a time index k + 1, and R and C respectively represent a resistance value of a resistor included in an RC circuit and a capacitance of a capacitor. Value, and I RC [k] represents the current flowing in the RC circuit.
한편, 상기 동작 전류(I)는 상기 제1회로 유닛(210)에 흐르는 제1전류(Ic1)와 상기 제2회로 유닛(220)에 흐르는 제2전류(Ic2)의 합과 같다. 따라서, 상기 동작 전류(I), 상기 제1전류(Ic1) 및 상기 제2전류(Ic2)의 관계는 하기 수식 (2)와 같은 이산 시간 방정식으로 나타낼 수 있다.The operating current I is equal to the sum of the first current I c1 flowing through the first circuit unit 210 and the second current I c2 flowing through the second circuit unit 220. Therefore, the relationship between the operating current I, the first current I c1 , and the second current I c2 may be represented by a discrete time equation such as the following Equation (2).
Figure PCTKR2014009645-appb-I000002
Figure PCTKR2014009645-appb-I000002
상기 수식 (2)에서, 하이브리드 이차 전지(110)가 충전 중일 때, I[k], Ic1[k] 및 Ic2[k]는 양의 값을 가진다. 반대로, 하이브리드 이차 전지(110)가 방전 중일 때, I[k], Ic1[k] 및 Ic2[k]는 음의 값을 가진다.In Equation (2), when the hybrid secondary battery 110 is being charged, I [k], I c1 [k] and I c2 [k] have positive values. Conversely, when the hybrid secondary battery 110 is being discharged, I [k], I c1 [k] and I c2 [k] have negative values.
상기 제어 유닛(130)은, 상기 회로 모델(200)로부터 유도되는 제1전류 분배 방정식과 제2전류 분배 방정식을 이용하여 상기 제1전류(Ic1[k]) 및 상기 제2전류(Ic2[k])를 각각 결정할 수 있다.The control unit 130 may use the first current I c1 [k] and the second current I c2 using a first current distribution equation and a second current distribution equation derived from the circuit model 200. [k]) can be determined respectively.
상기 제1전류 분배 방정식과 상기 제2전류 분배 방정식을 이산 시간 방정식의 형태로 유도하는 과정은 다음과 같다.The process of deriving the first current distribution equation and the second current distribution equation in the form of a discrete time equation is as follows.
먼저, 시간 인덱스 k에서, 상기 제1전류와 상기 제2전류는 다음 수식 (3) 및 (4)와 같이 나타낼 수 있다.First, at the time index k, the first current and the second current can be expressed by the following equations (3) and (4).
Figure PCTKR2014009645-appb-I000003
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Figure PCTKR2014009645-appb-I000004
Figure PCTKR2014009645-appb-I000004
상기 수식에서, V[k]는 하이브리드 이차 전지의 전압을 나타낸다.
Figure PCTKR2014009645-appb-I000005
은, 제1회로 유닛(210)에 포함된 적어도 하나 이상의 RC 회로(RCn,c1)에 의해 형성되는 전압의 합으로서, Vn RC,c1은 n 번째 RC 회로에 형성되는 전압을 나타낸다. n은 1 내지 p 사이의 자연수이고, p의 최소값은 1이다. 유사하게,
Figure PCTKR2014009645-appb-I000006
은, 제2회로 유닛(220)에 포함된 적어도 하나 이상의 RC 회로(RCm,c2)에 의해 형성되는 전압의 합으로서, Vm RC,c2는 m 번째 RC 회로에 형성되는 전압을 나타낸다. m은 1 내지 q 사이의 자연수이고, q의 최소값은 1이다. zc1[k]와 zc2[k]는 각각 제1이차 전지와 제2이차 전지의 충전 상태를 나타낸다. R0,c1 및 R0,c2는 제1회로 유닛(210)과 제2회로 유닛(220)에 각각 포함된 직렬 저항의 저항 값을 나타낸다.
In the above formula, V [k] represents the voltage of the hybrid secondary battery.
Figure PCTKR2014009645-appb-I000005
Is a sum of voltages formed by at least one RC circuit RC n, c1 included in the first circuit unit 210, and V n RC, c1 represents a voltage formed in the nth RC circuit. n is a natural number between 1 and p, and the minimum value of p is 1. Similarly,
Figure PCTKR2014009645-appb-I000006
Is a sum of voltages formed by at least one RC circuit RC m, c2 included in the second circuit unit 220, and V m RC, c2 represents a voltage formed in the m-th RC circuit. m is a natural number between 1 and q, and the minimum value of q is 1. z c1 [k] and z c2 [k] indicate the state of charge of the first secondary battery and the second secondary battery, respectively. R 0, c 1 and R 0, c 2 represent resistance values of series resistors included in the first circuit unit 210 and the second circuit unit 220, respectively.
상기 수식 (3) 및 (4)를 상기 수식 (2)에 대입하고, 하이브리드 이차 전지의 전압 V[k]에 대하여 정리하면 다음 수식 (5)와 같은 전압 방정식을 얻을 수 있다. Substituting Equations (3) and (4) into Equation (2) and arranging the voltage V [k] of the hybrid secondary battery, a voltage equation as in Equation (5) can be obtained.
Figure PCTKR2014009645-appb-I000007
Figure PCTKR2014009645-appb-I000007
그 다음, 상기 수식 (5)를 상기 수식 (3) 및 (4)에 각각 대입하면, 다음과 같이 제1전류 분배 방정식 (6)과 제2전류 분배 방정식 (7)을 얻을 수 있다.Then, by substituting Equation (5) into Equations (3) and (4), respectively, the first current distribution equation (6) and the second current distribution equation (7) can be obtained as follows.
Figure PCTKR2014009645-appb-I000008
Figure PCTKR2014009645-appb-I000008
Figure PCTKR2014009645-appb-I000009
Figure PCTKR2014009645-appb-I000009
상기 수식 (6)과 (7)은, 하이브리드 이차 전지의 동작 전류 I 가 제1이차 전지 및 제2이차 전지 측으로 나뉘어서 흐를 때, 전류의 크기를 정량적으로 결정할 때 사용할 수 있다. Equations (6) and (7) can be used to quantitatively determine the magnitude of the current when the operating current I of the hybrid secondary battery flows separately into the first secondary battery and the second secondary battery.
또한, 상기 수식 (6)과 (7)은 제1이차 전지의 충전 상태(zc1[k])와 제2이차 전지의 충전 상태(zc2[k])를 다음 수식 (8) 및 (9)를 이용하여 암페어 카운팅 법에 따라 시간 업데이트할 때 사용할 수 있다. In addition, Equations (6) and (7) calculate the state of charge of the first secondary battery (z c1 [k]) and the state of charge of the second secondary battery (z c2 [k]) by the following formulas (8) and (9). ) Can be used to update the time according to the ampere counting method.
Figure PCTKR2014009645-appb-I000010
Figure PCTKR2014009645-appb-I000010
Figure PCTKR2014009645-appb-I000011
Figure PCTKR2014009645-appb-I000011
상기 수식 (8) 및 (9)에 있어서, Qc1 및 Qc2는, 각각, 제1이차 전지 및 제2이차 전지의 용량을 나타낸다. Δt는 시간 인덱스 k와 k+1 사이의 시간 간격을 나타낸다.In the above formulas (8) and (9), Q c1 and Q c2 represent the capacity of the first secondary battery and the second secondary battery, respectively. Δt represents the time interval between time indices k and k + 1.
상기 수식 (6)과 (7)에 있어서,
Figure PCTKR2014009645-appb-I000012
Figure PCTKR2014009645-appb-I000013
는 제1이차 전지와 제2이차 전지의 개방 전압 프로파일을 이용하여 결정할 수 있고,
Figure PCTKR2014009645-appb-I000014
Figure PCTKR2014009645-appb-I000015
은 상기 수식 (1)과 제1전류(Ic1[k]) 및 제2전류(Ic2[k])를 활용하여 결정할 수 있다.
In the above formulas (6) and (7),
Figure PCTKR2014009645-appb-I000012
Wow
Figure PCTKR2014009645-appb-I000013
May be determined using the open voltage profiles of the first secondary battery and the second secondary battery,
Figure PCTKR2014009645-appb-I000014
and
Figure PCTKR2014009645-appb-I000015
May be determined using Equation (1), the first current (I c1 [k]) and the second current (I c2 [k]).
한편, 상기 제어 유닛(130)이 이산 시간 방정식으로 표현된 상술한 수식들을 이용하여 하이브리드 이차 전지의 전압을 추정하기 위해서는, 제1이차 전지의 충전 상태(zc1[k]), 제2이차 전지의 충전 상태(zc2[k]), 제1회로 유닛(210)에 포함된 적어도 하나 이상의 RC 회로들에 의해 형성되는 전압
Figure PCTKR2014009645-appb-I000016
및 제2회로 유닛(220)에 포함된 적어도 하나 이상의 RC 회로들에 의해 형성되는 전압
Figure PCTKR2014009645-appb-I000017
에 대한 초기 조건을 설정하는 것이 바람직하다.
On the other hand, in order for the control unit 130 to estimate the voltage of the hybrid secondary battery using the above-described equations represented by the discrete time equation, the state of charge (z c1 [k]) of the first secondary battery, the second secondary battery State of charge (z c2 [k]), the voltage formed by the at least one RC circuit included in the first circuit unit 210
Figure PCTKR2014009645-appb-I000016
And a voltage formed by at least one RC circuit included in the second circuit unit 220.
Figure PCTKR2014009645-appb-I000017
It is desirable to set initial conditions for.
일 실시예에서, 상기 제어 유닛(130)은 다음의 수식 (10)과 같이 초기 조건을 설정할 수 있는데, 본 발명이 반드시 이에 한하는 것은 아니다.In one embodiment, the control unit 130 may set an initial condition as shown in Equation 10, but the present invention is not necessarily limited thereto.
Figure PCTKR2014009645-appb-I000018
Figure PCTKR2014009645-appb-I000018
상기 초기 조건에 있어서, V[0]은 하이브리드 이차 전지의 충전 또는 방전이 시작될 때 센서 유닛(120)을 통해 처음으로 측정한 이차 전지의 동작 개시 전압으로서, 근사적으로는 이차 전지의 충전 또는 방전이 개시될 때의 개방 전압에 해당한다. 연산자 OCVc1 -1은 제1이차 전지의 충전 상태를 개방 전압으로 변환하는 연산자인 OCVc1(zc1[k])의 역변환 연산자이고, 연산자 OCVc2 -1은 제2이차 전지의 충전 상태를 개방 전압으로 변환하는 연산자인 OCVc2(zc2[k])의 역변환 연산자이다. 연산자 OCVc1 -1 및 연산자 OCVc2 -1의 계산 결과는, 실험을 통하여 미리 얻은 제1이차 전지의 개방 전압 프로파일과 제2이차 전지의 개방 전압 프로파일을 이용하여 결정할 수 있다.In the initial condition, V [0] is an operation start voltage of the secondary battery first measured by the sensor unit 120 when charging or discharging of the hybrid secondary battery is started, and approximately, charging or discharging of the secondary battery is approximately. Corresponds to the open voltage at the start. The operator OCV c1 -1 is an inverse conversion operator of OCV c1 (z c1 [k]), which is an operator that converts the state of charge of the first secondary battery to an open voltage, and the operator OCV c2 -1 opens the state of charge of the second secondary battery. This is the inverse conversion operator of OCV c2 (z c2 [k]), an operator that converts to voltage. The calculation results of the operator OCV c1 -1 and the operator OCV c2 -1 can be determined using the open voltage profile of the first secondary battery and the open voltage profile of the second secondary battery obtained through experiments.
이하에서는, 도 5를 참조하여 상기 제어 유닛(130)이 하이브리드 이차 전지의 충전 또는 방전이 개시된 직후부터 △t라는 시간이 경과될 때마다 이차 전지의 전압을 추정하는 방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, referring to FIG. 5, a method of estimating the voltage of the secondary battery whenever the time Δt elapses from immediately after the charging or discharging of the hybrid secondary battery is started will be described in more detail. do.
*먼저, 단계 S10에서, 상기 제어 유닛(130)은, 센서 유닛(120)을 이용하여 하이브리드 이차 전지(110)를 통해 흐르는 동작 전류의 방향과 크기를 모니터하여 이차 전지의 동작(충전 또는 방전)이 개시되었는지 판단한다. First, in step S10, the control unit 130 monitors the direction and magnitude of the operating current flowing through the hybrid secondary battery 110 using the sensor unit 120 to operate the secondary battery (charge or discharge). Determine if it is started.
상기 제어 유닛(130)은, 이차 전지(110)의 동작이 개시되었다고 판단되면, 단계 S20에서 시간 인덱스 k를 0으로 초기화한다. If it is determined that the operation of the secondary battery 110 is started, the control unit 130 initializes the time index k to 0 in step S20.
그런 다음, 상기 제어 유닛(130)은, 단계 S30에서, 상기 센서(120)를 통해 이차 전지(110)의 동작 개시 전압에 해당하는 V[0]과 동작 개시 전류에 해당하는 I[0]을 측정하여 저장 유닛(160)에 저장한다(S30). Then, the control unit 130, at step S30, through the sensor 120, V [0] corresponding to the operation start voltage of the secondary battery 110 and I [0] corresponding to the operation start current. Measure and store in the storage unit 160 (S30).
상기 제어 유닛(130)은, V[0] 및 I[0]의 측정 및 저장 이후에, 단계 S40에서, 회로 모델로부터 유도된 수식들을 이용하여 하이브리드 이차 전지의 전압을 추정하기 위해 하기와 같이 초기 조건을 설정한다.The control unit 130, after measuring and storing V [0] and I [0], initializes the voltage of the hybrid secondary battery using the equations derived from the circuit model at step S40 as follows. Set the condition.
Figure PCTKR2014009645-appb-I000019
Figure PCTKR2014009645-appb-I000019
상기 제어 유닛(130)은, 상기 초기 조건의 설정 시, 상기 제1회로 유닛(210)과 상기 제2회로 유닛(210)에 포함된 각종 회로 요소의 전기적 특성값들을 참조할 수 있다. 이를 위해, 상기 전기적 특성값들은 저장 유닛(160)에 미리 저장되는 것이 바람직하다. 각 회로 요소의 전기적 특성값은, 고정된 값으로, 또는 가변될 수 있는 값으로 저장될 수 있다. 상기 전기적 특성값이 가변될 수 있는 값으로 저장될 경우, 상기 전기적 특성값은 하이브리드 이차 전지의 충전 상태, 온도, 용량 퇴화도 등에 따라 가변될 수 있다. The control unit 130 may refer to electrical characteristic values of various circuit elements included in the first circuit unit 210 and the second circuit unit 210 when the initial condition is set. For this purpose, the electrical characteristic values are preferably stored in the storage unit 160 in advance. The electrical characteristic values of each circuit element can be stored as fixed values or as values that can be varied. When the electrical characteristic value is stored as a variable value, the electrical characteristic value may vary according to the state of charge, temperature, capacity deterioration, etc. of the hybrid secondary battery.
이어서, 상기 제어 유닛(130)은, 단계 S50에서 제1전류 분배 방정식 (6)과 제2전류 분배 방정식 (7)을 이용하여 하기와 같이 제1전류 Ic1[0] 및 제2전류 Ic2[0]을 결정한다. 이 때, 상기 S40 단계에서 설정한 초기 조건과, 상기 제1이차 전지 및 상기 제2이차 전지에 대한 미리 정의된 개방 전압 프로파일 OCVc1[zc1] 및 OCVc2[zc2]와, 상기 제1회로 유닛(210) 및 상기 제2회로 유닛(220)에 포함된 각 회로 요소의 전기적 특성값이 사용된다.Subsequently, the control unit 130 uses the first current distribution equation (6) and the second current distribution equation (7) in step S50 as follows to describe the first current I c1 [0] and the second current I c2. Determine [0]. At this time, the initial conditions set in the step S40, the predefined open voltage profile for the first secondary battery and the second secondary battery OCV c1 [z c1 ] and OCV c2 [z c2 ], and the first Electrical characteristic values of each circuit element included in the circuit unit 210 and the second circuit unit 220 are used.
Figure PCTKR2014009645-appb-I000020
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그 다음, 상기 제어 유닛(130)은, 단계 S60에서, 시간 인덱스 k를 1 증가시킨다. 그런 다음, 상기 제어 유닛(130)은, 단계 S70에서, 상기 단계 S50에서 결정한 제1전류 Ic1[0] 및 제2전류 Ic2[0]와, 수식 (1), 수식 (8) 및 수식 (9)를 이용하여 하기와 같이 상기 제1이차 전지의 충전 상태 zc1, 상기 제2이차 전지의 충전 상태 zc2, 제1회로 유닛 및 제2회로 유닛에 포함된 각 RC 회로에 의해 형성되는 전압에 대해 시간 업데이트를 수행한다. 이하, 시간 업데이트되는 4개의 변수들을, 입력 변수라고 부르기로 한다.Then, the control unit 130 increases the time index k by one in step S60. Then, the control unit 130, in step S70, the first current I c1 [0] and the second current I c2 [0] determined in the step S50, equation (1), equation (8) and equation (9) is formed by each RC circuit included in the state of charge z c1 of the first secondary battery, the state of charge z c2 of the second secondary battery, the first circuit unit and the second circuit unit as follows. Perform a time update on the voltage. Hereinafter, four variables that are time updated will be referred to as input variables.
Figure PCTKR2014009645-appb-I000021
Figure PCTKR2014009645-appb-I000021
Figure PCTKR2014009645-appb-I000022
Figure PCTKR2014009645-appb-I000022
(n=1,2,…,p)(n = 1,2,…, p)
Figure PCTKR2014009645-appb-I000023
Figure PCTKR2014009645-appb-I000023
(m=1,2,…,q)(m = 1,2,…, q)
상기 수식에서, Rn,c1 및 Cn,c1은 각각 제1회로 유닛에 포함된 n번째 RC 회로의 저항 값 및 커패시턴스 값을 나타낸다. 유사하게, Rm,c2 및 Cm,c2은 각각 제2회로 유닛에 포함된 m번째 RC 회로의 저항 값 및 커패시턴스 값을 나타낸다. n과 m은 1 또는 그 이상의 자연수일 수 있고, 제1회로 유닛 및/또는 제2회로 유닛에 RC 회로가 포함되지 않은 경우, RC 회로에 의해 형성되는 전압의 시간 업데이트를 생략할 수 있다.In the above formula, R n, c1 and C n, c1 represent the resistance value and capacitance value of the nth RC circuit included in the first circuit unit, respectively. Similarly, R m, c 2 and C m, c 2 represent the resistance value and capacitance value of the m-th RC circuit included in the second circuit unit, respectively. n and m may be one or more natural numbers, and if the RC circuit is not included in the first circuit unit and / or the second circuit unit, the time update of the voltage formed by the RC circuit may be omitted.
이어서, 상기 제어 유닛(130)은, 단계 S80에서 센서 유닛(120)을 통해 하이브리드 이차 전지의 동작 전류를 측정함으로써 동작 전류에 대해 측정 업데이트를 시행한다. Subsequently, the control unit 130 performs a measurement update on the operating current by measuring the operating current of the hybrid secondary battery through the sensor unit 120 in step S80.
그런 다음, 상기 제어 유닛(130)은, 단계 S90에서, 시간 업데이트된 입력 변수와 측정 업데이트된 동작 전류를 전압 방정식에 해당하는 수식 (5)에 대입하여 하기와 같이 하이브리드 이차 전지의 전압을 추정한다.Then, in step S90, the control unit 130 substitutes the time updated input variable and the measured updated operating current into equation (5) corresponding to the voltage equation to estimate the voltage of the hybrid secondary battery as follows. .
Figure PCTKR2014009645-appb-I000024
Figure PCTKR2014009645-appb-I000024
상기 수식에서,
Figure PCTKR2014009645-appb-I000025
Figure PCTKR2014009645-appb-I000026
은 제1이차 전지와 제2이차 전지에 대한 미리 정의된 개방 전압 프로파일을 이용하여 결정할 수 있다. 또한,
Figure PCTKR2014009645-appb-I000027
Figure PCTKR2014009645-appb-I000028
은 시간 업데이트된 RC 회로 전압을 이용하여 결정할 수 있다. I[1]은 센서 유닛(120)에 의해 측정 업데이트된 동작 전류이다. 제1 및 제2회로 유닛의 직렬 저항 값(R0,c1, R0,c2)은, 실험을 통해 미리 결정되는 것으로서, 고정된 값 또는 가변되는 값이다.
In the above formula,
Figure PCTKR2014009645-appb-I000025
And
Figure PCTKR2014009645-appb-I000026
May be determined using a predefined open voltage profile for the first secondary battery and the second secondary battery. Also,
Figure PCTKR2014009645-appb-I000027
Wow
Figure PCTKR2014009645-appb-I000028
Can be determined using the time updated RC circuit voltage. I [1] is the operating current measured and updated by the sensor unit 120. The series resistance values R 0, c1 , R 0, c2 of the first and second circuit units are predetermined through experiments and are fixed or variable values.
상기 수식 (5)를 이용한 전압 추정이 완료되면, 상기 제어 유닛(130)은 단계 S100에서 입력 변수에 대한 시간 업데이트 주기에 해당하는 Δt가 경과되었는지 판단한다. When the voltage estimation using Equation (5) is completed, the control unit 130 determines whether Δt corresponding to the time update period for the input variable has elapsed in step S100.
상기 제어 유닛(130)은, 시간 Δt가 경과된 것으로 판단되면, 단계 S110에서 센서 유닛(120)을 통해 이차 전지의 동작 전류를 모니터하여 이차 전지의 충전 또는 방전이 계속되고 있는지 판단한다.If it is determined that the time Δt has elapsed, the control unit 130 monitors the operating current of the secondary battery through the sensor unit 120 in step S110 to determine whether the secondary battery is being charged or discharged.
상기 제어 유닛(130)은, 이차 전지의 충전 또는 방전이 계속되고 있다고 판단되면, 프로세스를 단계 S50으로 이행함으로써 제1전류 및 제2전류의 시간 업데이트 단계부터 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 단계까지 이르는 과정을 다시 한번 반복한다.If it is determined that the charging or discharging of the secondary battery continues, the control unit 130 shifts the process to step S50 so as to extend from the time update step of the first current and the second current to the voltage estimation step of the hybrid secondary battery. Repeat once again.
위와 같은 재귀적 알고리즘은 이차 전지의 충전 또는 방전이 계속되는 동안 입력 변수의 시간 업데이트 주기(Δt)가 경과될 때마다 반복된다. Such a recursive algorithm is repeated whenever the time update period Δt of the input variable elapses while the secondary battery is being charged or discharged.
한편, 상기 제어 유닛(130)은, 단계 S110에서, 충전 또는 방전이 실질적으로 종료되었다고 판단되면, 단계 S120에서, 충전 또는 방전이 종료된 이후에 충분한 시간이 경과되었는지 판단한다. On the other hand, if it is determined in step S110 that the charging or discharging is substantially terminated, the control unit 130 determines whether sufficient time has elapsed after the charging or discharging is finished.
여기서, 충분한 시간이라 함은, 하이브리드 이차 전지의 전압이 개방 전압에 해당하는 전압 레벨로 안정화될 때까지 소요되는 시간을 의미한다.Here, sufficient time means the time required until the voltage of the hybrid secondary battery stabilizes to a voltage level corresponding to the open voltage.
상기 제어 유닛(130)은, 충전 또는 방전이 종료된 후 충분한 시간이 경과되었다고 판단되면, 회로 모델을 이용한 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 프로세스를 종료한다.If it is determined that sufficient time has elapsed after the charging or discharging ends, the control unit 130 ends the voltage estimation process of the hybrid secondary battery using the circuit model.
상기 제어 유닛(130)은, 각 단계에서 결정한 결과를 저장 유닛(160)에 저장하거나, 외부의 다른 제어 유닛으로 전송하거나, 표시 유닛(150)을 통해 그래픽 인터페이스로 표시할 수 있다. 여기서, 그래픽 인터페이스는, 문자, 그림, 그래픽 또는 이들의 조합을 포함한다.The control unit 130 may store the result determined in each step in the storage unit 160, transmit it to another external control unit, or display the result via the display unit 150 in a graphic interface. Here, the graphic interface includes a character, a picture, a graphic, or a combination thereof.
또한, 상기 제어 유닛(130)은, 회로 모델을 이용하여 추정한 하이브리드 이차 전지의 전압을 이차 전지의 충전 또는 방전을 제어하는데 이용할 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛(130)은, 상기 추정된 하이브리드 이차 전지의 전압을 이용하여 이차 전지의 충전 상태나 용량 퇴화 등을 결정할 때 참조할 수 있다. 이러한 경우, 상기 제어 유닛(130)은 이차 전지의 동작을 전반적으로 제어하는 전지 관리 시스템(Battery Management System)의 일부로서 포함될 수 있다. In addition, the control unit 130 may use the voltage of the hybrid secondary battery estimated using the circuit model to control charging or discharging of the secondary battery. In addition, the control unit 130 may refer to determining the state of charge or capacity decay of the secondary battery using the estimated voltage of the hybrid secondary battery. In this case, the control unit 130 may be included as part of a battery management system that generally controls the operation of the secondary battery.
대안적으로, 상기 제어 유닛(130)은 상기 추정된 하이브리드 이차 전지의 전압을 이차 전지의 제어를 담당하는 제어 유닛으로 전송할 수 있다. 예를 들어, 하이브리드 이차 전지가 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 탑재된 경우, 상기 제어 유닛(130)은 상기 추정된 하이브리드 이차 전지의 전압을 자동차의 중앙 제어 장치로 전송할 수 있다.Alternatively, the control unit 130 may transmit the estimated voltage of the hybrid secondary battery to a control unit in charge of controlling the secondary battery. For example, when the hybrid secondary battery is mounted in the electric vehicle or the hybrid vehicle, the control unit 130 may transmit the estimated voltage of the hybrid secondary battery to the central control device of the vehicle.
상기 제어 유닛(130)은, 상술한 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어 유닛(130)은 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이 때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 컴퓨터 부품으로 프로세서와 연결될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 본 발명의 저장 유닛(160)에 포함될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 디바이스의 종류에 상관 없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다.The control unit 130 selectively selects a processor, an application-specific integrated circuit (ASIC), another chipset, a logic circuit, a register, a communication modem, a data processing device, or the like, which are known in the art, to execute the various control logics described above. It may include. In addition, when the control logic is implemented in software, the control unit 130 may be implemented as a set of program modules. In this case, the program module may be stored in a memory and executed by a processor. The memory may be internal or external to the processor and may be coupled to the processor through various well known computer components. In addition, the memory may be included in the storage unit 160 of the present invention. In addition, the memory refers to a device that stores information regardless of the type of device, and does not refer to a specific memory device.
또한, 상기 제어 유닛(130)의 제어 로직들은, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 방법의 프로세스를 구성할 수 있음은 자명하다.In addition, it is apparent that the control logics of the control unit 130 may configure a process of the method for estimating the voltage of the hybrid secondary battery according to the exemplary embodiment of the present invention.
또한, 상기 제어 유닛(130)의 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 수록될 수 있다. 상기 기록매체는 컴퓨터에 포함된 프로세서에 의해 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 기록매체는 ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 상기 코드 체계는 캐리어 신호로 변조되어 특정한 시점에 통신 캐리어에 포함될 수 있고, 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 상기 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.In addition, at least one of various control logics of the control unit 130 may be combined, and the combined control logics may be written in a computer readable code system and stored in a computer readable recording medium. The recording medium is not particularly limited as long as it is accessible by a processor included in the computer. In one example, the recording medium includes at least one selected from the group consisting of a ROM, a RAM, a register, a CD-ROM, a magnetic tape, a hard disk, a floppy disk, and an optical data recording device. In addition, the code system may be modulated into a carrier signal to be included in a communication carrier at a specific point in time, and may be distributed and stored and executed in a networked computer. In addition, functional programs, code and code segments for implementing the combined control logics can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention pertains.
실험예Experimental Example
먼저, Li[NixMnyCoz]O2와 탄소재를 각각 양극 및 음극에 포함하고 있는 30Ah 용량 및 파우치 타입의 제1리튬 이차 전지와, LiFePO4와 탄소재를 각각 양극 및 음극에 포함하고 있는 5Ah 용량 및 파우치 타입의 제2리튬 이차 전지를 제작하였다.First, a 30-Ah capacity and pouch-type first lithium secondary battery including Li [Ni x Mn y Co z ] O 2 and a carbon material in a positive electrode and a negative electrode, and a LiFePO 4 and a carbon material in a positive electrode and a negative electrode, respectively A 5 Lih capacity and a pouch type secondary lithium secondary battery were produced.
그런 다음, 제1리튬 이차 전지와 제2리튬 이차 전지를 병렬로 연결시켜 하이브리드 이차 전지를 제작한 후, 충방전 테스터기의 항온 챔버에 로딩하였다. 그 다음, 하이브리드 이차 전지의 온도를 25도로 유지시키면서, 개방 전압이 3.7V가 될 때까지 방전을 시키고 충분한 시간 동안 휴지기를 두었다. 그 이후에, 200A의 고율 방전 조건에서 수 십초 동안 짧게 방전을 하는 펄스 방전 실험을 수행하였다.Then, the first lithium secondary battery and the second lithium secondary battery were connected in parallel to produce a hybrid secondary battery, and then loaded in the constant temperature chamber of the charge / discharge tester. Thereafter, while maintaining the temperature of the hybrid secondary battery at 25 degrees, the battery was discharged until the open voltage became 3.7 V and allowed to rest for a sufficient time. Thereafter, a pulse discharge experiment was conducted in which a short discharge was performed for several tens of seconds under a high rate discharge condition of 200 A.
도 6은, 상기 펄스 방전 실험을 수행하는 동안 본 발명에 따라 추정된 하이브리드 이차 전지의 전압을 시간 변화에 따라서 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the voltage of the hybrid secondary battery estimated according to the present invention according to the time change during the pulse discharge experiment.
도 6을 참조하면, 하이브리드 이차 전지가 펄스 방전하는 동안, 추정된 전압의 파형이 펄스 방전에서 관찰되는 전압 파형과 실질적으로 동일하다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 펄스 방전이 종료된 직후에 추정된 전압의 변화 패턴도 하이브리드 이차 전지의 실제 전압이 보여주는 변화 패턴과 실질적으로 동일하게 개방 전압을 향하여 수렴하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실험 예에서 제작된 하이브리드 이차 전지의 경우, 실제 전압 변화를 관찰하면 펄스 방전이 종료된 직후에 변곡점이 생기는데, 추정된 전압의 프로파일에서도 변곡점이 나타난 것을 확인할 수 있다. 이러한 실험 결과를 통해, 본 발명에 따른 회로 모델이 하이브리드 이차 전지의 전압을 신뢰성 있게 모사할 수 있고, 특히 전압 변화 프로파일에서 변곡점이 나타나더라도 여전히 유효하게 하이브리드 이차 전지의 전압을 신뢰성 있게 모사할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, during the pulse discharge of the hybrid secondary battery, it may be confirmed that the waveform of the estimated voltage is substantially the same as the voltage waveform observed in the pulse discharge. In addition, it can be seen that the change pattern of the voltage estimated immediately after the end of the pulse discharge converges toward the open voltage substantially the same as the change pattern indicated by the actual voltage of the hybrid secondary battery. In addition, in the hybrid secondary battery manufactured in the experimental example, when the actual voltage change is observed, the inflection point occurs immediately after the end of the pulse discharge, it can be seen that the inflection point also appeared in the profile of the estimated voltage. Through these experimental results, the circuit model according to the present invention can reliably simulate the voltage of the hybrid secondary battery, and especially can effectively reliably simulate the voltage of the hybrid secondary battery even if the inflection point appears in the voltage change profile. It can be seen.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above by means of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and will be described below by the person skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims.
부호의 설명Explanation of the sign
100: 하이브리드 이차 전지 전압 추정 장치100: hybrid secondary battery voltage estimation device
110: 하이브리드 이차 전지 120: 센서 유닛110: hybrid secondary battery 120: sensor unit
130: 제어 유닛 140: 부하130: control unit 140: load
150: 표시 유닛 160: 저장 유닛150: display unit 160: storage unit

Claims (16)

  1. 서로 다른 전기화학적 특성을 가지며 상호 병렬 연결된 제1이차 전지와 제2이차 전지를 포함하는 하이브리드 이차 전지의 전압을 추정하는 장치로서, An apparatus for estimating the voltage of a hybrid secondary battery including a first secondary battery and a second secondary battery having different electrochemical characteristics and connected in parallel to each other,
    하이브리드 이차 전지의 동작 전류를 측정하는 센서 유닛; 및A sensor unit measuring an operating current of the hybrid secondary battery; And
    제1개방 전압 요소와 선택적으로 제1임피던스 요소에 의해 상기 제1이차 전지의 전압 변화를 모사하는 제1회로 유닛과, 제2개방 전압 요소와 선택적으로 제2임피던스 요소에 의해 상기 제2차 전지의 전압 변화를 모사하며 상기 제1회로 유닛과 병렬로 연결된 제2회로 유닛을 포함하는 회로 모델로부터 유도된 전압 방정식과 상기 동작 전류를 이용하여 하이브리드 이차 전지의 전압을 추정하는 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 장치.A first circuit unit that simulates a voltage change of the first secondary battery by a first open voltage element and optionally a first impedance element, and a second battery by a second open voltage element and optionally a second impedance element And a control unit for estimating the voltage of the hybrid secondary battery using the operating current and a voltage equation derived from a circuit model including a second circuit unit connected in parallel with the first circuit unit. A voltage estimating device for a hybrid secondary battery, characterized in that.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제1이차 전지 및 상기 제2이차 전지는 독립적인 전지로서 서로 다른 포장재에 포장된 것이거나, 하나의 포장재 내에 함께 포장된 것을 특징으로 하는 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 장치.The first secondary battery and the second secondary battery is an independent battery, the voltage estimation device of the hybrid secondary battery, characterized in that packaged in different packaging materials or packaged together in one packaging material.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2,
    상기 제1이차 전지 및 상기 제2이차 전지 중 적어도 하나는 복수의 단위 셀 또는 복수의 전지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 장치.At least one of the first secondary battery and the second secondary battery voltage estimation apparatus of the hybrid secondary battery, characterized in that it comprises a plurality of unit cells or a plurality of battery modules.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은, The method of claim 1, wherein the control unit,
    상기 제1개방 전압 요소에 의해 형성되는 제1개방 전압을, 상기 제1이차 전지의 제1충전 상태와 상기 제1개방 전압 사이의 미리 정의된 제1상관 관계로부터 결정하고, Determine a first open voltage formed by the first open voltage element from a first predefined correlation between the first charged state of the first secondary battery and the first open voltage,
    상기 제2개방 전압 요소에 의해 형성되는 제2개방 전압을, 상기 제2이차 전지의 제2충전 상태와 상기 제2개방 전압 사이의 미리 정의된 제2상관 관계로부터 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 장치.And a second open voltage formed by the second open voltage element is determined from a predefined second correlation between the second charged state of the second secondary battery and the second open voltage. Battery voltage estimation device.
  5. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    상기 제1상관 관계는, 상기 제1이차 전지의 충전 상태 변화에 따른 개방 전압 프로파일로부터 얻은 룩업 테이블 또는 룩업 함수이고,The first correlation may be a lookup table or a lookup function obtained from an open voltage profile according to a change in state of charge of the first secondary battery.
    상기 제2상관 관계는, 상기 제2이차 전지의 충전 상태 변화에 따른 개방 전압 프로파일로부터 얻은 룩업 테이블 또는 룩업 함수인 것을 특징으로 하는 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 장치. The second correlation may be a look-up table or a look-up function obtained from an open voltage profile according to a change in state of charge of the second secondary battery.
  6. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제1임피던스 요소와 상기 제2임피던스 요소는, 적어도 하나의 저항, 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 인덕터 및 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 장치. And the first impedance element and the second impedance element include at least one resistor, at least one capacitor, at least one inductor, and a combination thereof.
  7. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 제1임피던스 요소와 상기 제2임피던스 요소는, 저항과 커패시터가 병렬 연결된 적어도 하나의 RC 회로와 이와 직렬 연결된 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 장치. And the first impedance element and the second impedance element include at least one RC circuit connected in parallel with a resistor and a capacitor, and a resistor connected in series with the resistor.
  8. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제1개방 전압 요소와 상기 제1임피던스 요소, 그리고 상기 제2개방 전압 요소와 상기 제2임피던스 요소는 서로 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 장치. And the first open voltage element and the first impedance element, and the second open voltage element and the second impedance element are connected in series with each other.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은, The method of claim 1, wherein the control unit,
    상기 제1임피던스 요소에 포함된 회로 요소의 연결 관계와 전기적 특성값으로부터 유도된 제1임피던스 전압 계산식을 사용하여 상기 제1임피던스 요소에 의해 형성되는 제1임피던스 전압을 결정하고, A first impedance voltage formed by the first impedance element is determined by using a first impedance voltage calculation formula derived from a connection relationship of a circuit element included in the first impedance element and an electrical characteristic value.
    상기 제2임피던스 요소에 포함된 회로 요소의 연결 관계와 전기적 특성값으로부터 유도된 제2임피던스 전압 계산식을 사용하여 상기 제2임피던스 요소에 의해 형성되는 제2임피던스 전압을 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 장치.And a second impedance voltage formed by the second impedance element is determined using a second impedance voltage calculation formula derived from a connection relationship between a circuit element included in the second impedance element and an electrical characteristic value. Battery voltage estimation device.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은, The method of claim 1, wherein the control unit,
    상기 회로 모델로부터 상기 제1회로 유닛과 상기 제2회로 유닛에 각각 흐르는 제1전류 및 제2전류를 결정하고, Determine a first current and a second current flowing through the first circuit unit and the second circuit unit from the circuit model,
    상기 제1전류 및 상기 제2전류를 각각 적산하여 상기 제1이차 전지의 제1충전 상태 및 상기 제2이차 전지의 제2충전 상태를 시간 업데이트하고,Accumulate the first current and the second current, respectively, to time update the first charge state of the first secondary battery and the second charge state of the second secondary battery;
    상기 시간 업데이트된 제1충전 상태 및 제2충전 상태와 상기 제1전류 및 제2전류를 이용하여 상기 제1임피던스 요소에 의해 형성되는 제1임피던스 전압과 상기 제2임피던스 요소에 의해 형성되는 제2임피던스 전압을 시간 업데이트하고,A first impedance voltage formed by the first impedance element and a second formed by the second impedance element using the time-updated first and second charged states and the first and second currents; Time-impedance the impedance voltage,
    상기 시간 업데이트된 상기 제1충전 상태 및 상기 제2충전 상태에 대응되는 상기 제1이차 전지의 제1개방 전압과 상기 제2이차 전지의 제2개방 전압을 결정하고,Determine a first open voltage of the first secondary battery and a second open voltage of the second secondary battery corresponding to the time-updated first charged state and the second charged state;
    상기 결정된 제1개방 전압 및 제2개방 전압, 상기 시간 업데이트된 상기 제1임피던스 전압 및 상기 제2임피던스 전압, 및 상기 측정된 동작 전류를 상기 전압 방정식에 대입하여 상기 하이브리드 이차 전지의 전압을 추정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 장치. Estimating a voltage of the hybrid secondary battery by substituting the determined first open voltage and the second open voltage, the time updated first impedance voltage and the second impedance voltage, and the measured operating current into the voltage equation. Voltage estimation device of a hybrid secondary battery, characterized in that.
  11. 서로 다른 전기화학적 특성을 가지며 상호 병렬 연결된 제1이차 전지와 제2이차 전지를 포함하는 하이브리드 이차 전지의 전압을, 제1개방 전압 요소와 선택적으로 제1임피던스 요소에 의해 상기 제1이차 전지의 전압 변화를 모사하는 제1회로 유닛과, 제2개방 전압 요소와 선택적으로 제2임피던스 요소에 의해 상기 제2차 전지의 전압 변화를 모사하며 상기 제1회로 유닛과 병렬로 연결된 제2회로 유닛을 포함하는 회로 모델을 이용하여 추정하는 방법에 있어서, The voltage of the hybrid secondary battery including the first secondary battery and the second secondary battery having different electrochemical characteristics and connected in parallel to each other is determined by a first open voltage element and optionally a first impedance element. A first circuit unit that simulates a change, and a second circuit unit that simulates a voltage change of the secondary battery by a second open voltage element and optionally a second impedance element and is connected in parallel with the first circuit unit. In the method for estimating using a circuit model,
    하이브리드 이차 전지의 동작 전류를 측정하는 단계; Measuring an operating current of the hybrid secondary battery;
    상기 회로 모델로부터 상기 제1회로 유닛과 상기 제2회로 유닛에 각각 흐르는 제1전류 및 제2전류를 결정하는 단계; Determining a first current and a second current flowing through the first circuit unit and the second circuit unit, respectively, from the circuit model;
    상기 결정된 제1전류 및 제2전류를 각각 적산하여 상기 제1이차 전지의 제1충전 상태 및 상기 제2이차 전지의 제2충전 상태를 시간 업데이트하는 단계;Integrating the determined first current and second current, respectively, to time update the first charge state of the first secondary battery and the second charge state of the second secondary battery;
    상기 시간 업데이트된 제1충전 상태 및 제2충전 상태와 상기 제1전류 및 제2전류를 이용하여 상기 제1임피던스 요소에 의해 형성되는 제1임피던스 전압과 상기 제2임피던스 요소에 의해 형성되는 제2임피던스 전압을 시간 업데이트하는 단계;A first impedance voltage formed by the first impedance element and a second formed by the second impedance element using the time-updated first and second charged states and the first and second currents; Time updating the impedance voltage;
    상기 시간 업데이트된 상기 제1충전 상태 및 상기 제2충전 상태에 대응되는 상기 제1이차 전지의 제1개방 전압과 상기 제2이차 전지의 제2개방 전압을 결정하는 단계; 및Determining a first open voltage of the first secondary battery and a second open voltage of the second secondary battery corresponding to the time updated first charge state and the second charge state; And
    상기 결정된 제1개방 전압 및 제2개방 전압, 상기 시간 업데이트된 상기 제1임피던스 전압 및 상기 제2임피던스 전압, 및 상기 측정된 동작 전류를 상기 회로 모델로부터 유도된 전압 방정식에 대입하여 상기 하이브리드 이차 전지의 전압을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 방법.The hybrid secondary battery is substituted with the determined first open voltage and the second open voltage, the time updated first impedance voltage and the second impedance voltage, and the measured operating current into a voltage equation derived from the circuit model. And estimating a voltage of the hybrid secondary battery.
  12. 제11항에 있어서, The method of claim 11,
    상기 하이브리드 이차 전지의 동작 개시 전압을 측정하는 단계; 및 Measuring an operation start voltage of the hybrid secondary battery; And
    상기 동작 개시 전압에 대응되는 상기 제1이차 전지의 충전 상태와 상기 제2이차 전지의 충전 상태를 초기 조건으로 결정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 방법.And determining, as initial conditions, a state of charge of the first secondary battery and a state of charge of the second secondary battery corresponding to the operation start voltage.
  13. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 제1임피던스 전압 및 상기 제2임피던스 전압에 대한 초기 조건을 결정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 방법.And determining an initial condition for the first impedance voltage and the second impedance voltage.
  14. 제11항에 있어서, The method of claim 11,
    상기 제1전류 및 상기 제2전류는, 각각, 상기 제1개방 전압과 상기 제2개방 전압, 상기 제1임피던스 전압 및 상기 제2임피던스 전압, 및 상기 동작 전류를 입력 변수로 포함하고 있는 제1전류 분배 방정식 및 제2전류 분배 방정식으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 방법.Each of the first current and the second current includes the first opening voltage and the second opening voltage, the first impedance voltage and the second impedance voltage, and the operating current as input variables, respectively. The voltage estimation method of the hybrid secondary battery, characterized in that determined from the current distribution equation and the second current distribution equation.
  15. 제1항에 따른 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 장치를 포함하는 전기 구동 장치.An electric drive device comprising a voltage estimating device of a hybrid secondary battery according to claim 1.
  16. 제11항에 따른 하이브리드 이차 전지의 전압 추정 방법을 프로그램화하여 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium having programmed therein a voltage estimation method of a hybrid secondary battery according to claim 11.
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