WO2017082705A1 - 이차 전지의 출력 파라미터를 조정하는 시스템 및 그 방법 - Google Patents

이차 전지의 출력 파라미터를 조정하는 시스템 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2017082705A1
WO2017082705A1 PCT/KR2016/013073 KR2016013073W WO2017082705A1 WO 2017082705 A1 WO2017082705 A1 WO 2017082705A1 KR 2016013073 W KR2016013073 W KR 2016013073W WO 2017082705 A1 WO2017082705 A1 WO 2017082705A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
secondary battery
voltage
temperature
current value
output
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/013073
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
차선영
조원태
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to PL16864631T priority Critical patent/PL3293808T3/pl
Priority to US15/567,434 priority patent/US10340714B2/en
Priority to JP2018512157A priority patent/JP6513879B2/ja
Priority to CN201680027218.3A priority patent/CN107534188B/zh
Priority to EP16864631.3A priority patent/EP3293808B1/en
Publication of WO2017082705A1 publication Critical patent/WO2017082705A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/50—Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G01K1/024—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers for remote indication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0063—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with circuits adapted for supplying loads from the battery
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/00714—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/007188—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
    • H02J7/007192—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
    • H02J7/007194—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature of the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G01K1/022—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers for recording
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a system and method for stably adjusting output parameters of a secondary battery in a voltage section in which the voltage of the secondary battery changes rapidly.
  • Secondary batteries are used as a power source in various fields because they can be repeatedly charged and discharged.
  • Secondary batteries are used in devices that can be carried in human hands, such as mobile phones, laptop computers, digital cameras, video cameras, tablet computers, power tools, and the like.
  • secondary batteries are used in various electric drive power devices such as electric bicycles, electric motorcycles, electric vehicles, hybrid vehicles, electric boats, electric airplanes, and the like.
  • the secondary battery includes an uninterruptible power supply for stably supplying power to various information and communication devices including power storage devices or server computers and communication base stations used for storing power generated by renewable energy or surplus generated power.
  • UPS Uninterruptible Power System
  • the secondary battery is connected to the load device through a power conversion device such as an inverter.
  • load device is meant any device that uses the power stored in the secondary battery mentioned above.
  • the load device includes a control system.
  • the control system receives the output parameters for the secondary battery from the BMS system via communication.
  • the output parameter is an index indicating the discharge performance or the charging performance of the secondary battery, and is updated according to the state of charge and the temperature of the secondary battery.
  • the output parameter is the maximum current value that can flow through the secondary battery when the secondary battery is discharged or charged, or the available output value (Power) calculated therefrom.
  • control system When the control system receives the output parameter from the BMS system, the control system controls the charging and discharging of the secondary battery within the range of the output parameter. That is, the control system controls the power conversion device to control the output of the secondary battery below the permissible output value or to control the magnitude of the charge or discharge current below the maximum current value.
  • the voltage of the secondary battery changes rapidly as it approaches the discharge lower limit voltage or the charge upper limit voltage.
  • FIG. 1 shows the voltage change reforming when the lithium secondary battery having a capacity of 36 Ah is discharged at a constant current of 360 A when the state of charge is 20%.
  • the BMS system needs to attenuate the output parameter provided to the control system. This can prevent the secondary battery from moving out of the operating voltage range in the latter half of the charge or the second half of the charge.
  • the present invention has been made under the background of the prior art, and an object thereof is to provide a system and a method for adjusting an output parameter at an appropriate time when the voltage of a secondary battery approaches a limit value of an operating voltage range.
  • a system for adjusting output parameters of a secondary battery including: a voltage measuring unit, a current measuring unit, and a temperature measuring unit measuring voltage, current, and temperature of the secondary battery, respectively; The voltage measuring unit; And a controller electrically connected to the current measuring unit and the temperature measuring unit.
  • the control unit while the secondary battery is discharged, receives the measurement results from the voltage measuring unit, the current measuring unit and the temperature measuring unit to determine the voltage, current and temperature of the secondary battery; Determining the state of charge of the secondary battery using the current; Determining a damping target current value calculated from an output holding time and a maximum value of a predetermined resistance change rate corresponding to the state of charge and the temperature when the voltage of the secondary battery falls below a preset threshold voltage; An output parameter including at least one of the attenuation target current value and the attenuation target output value determined therefrom is provided to the control system of the load device powered by the secondary battery.
  • the level of the threshold voltage is the voltage of the secondary battery when the secondary battery is discharged to the maximum discharge current value corresponding to the state of charge and the temperature
  • the time taken to lower from the threshold voltage to the discharge lower limit voltage can be set to be greater than the delay time and less than the output holding time.
  • the controller may be configured to determine the attenuation target current value of the secondary battery by the following formula.
  • the controller may be configured to determine the damping target output value by multiplying the damping target current value by the discharge lower limit voltage.
  • the system according to the present invention may further include a memory unit for storing a maximum value of a predefined resistance change rate corresponding to the state of charge and the temperature.
  • system further includes a communication interface electrically coupled with the control unit, wherein the control unit may periodically transmit the output parameter to the control system through the communication interface.
  • the controller refers to the maximum discharge current corresponding to the state of charge and the temperature of the secondary battery by referring to data of a predetermined maximum discharge current value for each state and temperature of the secondary battery. Determine a value and provide an output parameter to the control system of the load device, the output parameter comprising at least one of the maximum discharge current value and an allowable output value calculated therefrom.
  • a method for estimating an output parameter of a secondary battery including: measuring voltage, current, and temperature of a secondary battery while the secondary battery is discharged; Determining a state of charge of a secondary battery using the current; Determining a decay target current value from a maximum value of a predetermined resistance change rate corresponding to the state of charge and the temperature and an output holding time when the voltage of the secondary battery falls below a preset threshold voltage; Determining an output parameter comprising at least one of the attenuation target current value and the attenuation target output value determined therefrom; And providing the output parameter to a control system of a load device powered by a secondary battery.
  • a system for adjusting output parameters of a secondary battery including: a voltage measuring unit, a current measuring unit, and a temperature measuring unit measuring voltage, current, and temperature of the secondary battery, respectively; The voltage measuring unit; And a controller electrically connected to the current measuring unit and the temperature measuring unit.
  • the control unit the voltage measuring unit while the secondary battery is being charged; Receiving a measurement result from a current measuring unit and a temperature measuring unit to determine the voltage, current, and temperature of the secondary battery; Determining the state of charge of the secondary battery using the current; Determining a damping target current value calculated from an output holding time and a maximum value of a predetermined resistance change rate corresponding to the state of charge and the temperature when the voltage of the secondary battery increases above a predetermined threshold voltage; An output parameter including at least one of the attenuation target current value and the attenuation target output value determined therefrom is provided to a control system of a load device that supplies charging power to a secondary battery.
  • a method for adjusting an output parameter of a secondary battery may include: measuring voltage, current, and temperature of a secondary battery while the secondary battery is being charged; Determining a state of charge of a secondary battery using the current; Determining a decay target current value from an output holding time and a maximum value of a predetermined resistance change rate corresponding to the state of charge and the temperature when the voltage of the secondary battery rises above a predetermined threshold voltage; Determining an output parameter comprising at least one of the attenuation target current value and the attenuation target output value determined therefrom; And providing the output parameter to a control system of a load device that supplies charging power to a secondary battery.
  • the voltage of the secondary battery does not go out of the operating voltage range even if the output parameter is applied after the delay time.
  • the secondary battery since the time required for the voltage of the secondary battery to change from the threshold voltage to the operation limit voltage becomes shorter than the preset output holding time, the secondary battery is actively attenuated to output the secondary battery more than the output holding time. You can keep the output.
  • the present invention makes it possible to prevent the voltage of the secondary battery from moving out of the operating voltage range when the voltage of the secondary battery changes to near the operating limit voltage.
  • 1 is a discharge profile showing a voltage change reforming when discharge is performed at a constant current of 360 A when the state of charge of a lithium secondary battery having a capacity of 36 Ah is 20%.
  • FIG. 2 is a block diagram of an output parameter adjustment system of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a graph showing the results of measuring discharge profiles for six lithium secondary batteries having the same capacity of 36 Ah and different charging states of 10%, 15%, 20%, 30%, 40%, and 50%. .
  • FIG. 4 is a graph showing a time difference (see mark ⁇ ) between two points where each discharge profile shown in FIG. 3 meets horizontal dotted lines A and B.
  • FIG. 4 is a graph showing a time difference (see mark ⁇ ) between two points where each discharge profile shown in FIG. 3 meets horizontal dotted lines A and B.
  • FIG. 5 is a view for explaining a parameter of the equation used when determining the attenuation target current value in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart sequentially illustrating a flow of a method for adjusting an output parameter of a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph comparing voltage change reforming with and without attenuation of output according to an embodiment of the present invention when a lithium secondary battery having a capacity of 36 Ah and a state of charge of 20% at 360 A is discharged.
  • the secondary battery refers to a lithium secondary battery.
  • the lithium secondary battery is a generic term for a secondary battery in which lithium ions act as operating ions during charging and discharging to induce an electrochemical reaction in the positive electrode and the negative electrode.
  • the lithium ion is used as the working ion. All secondary batteries should be interpreted as being included in the category of the lithium secondary battery.
  • the present invention is also applicable to secondary batteries other than the lithium secondary battery. Therefore, even if the operating ion is not a lithium ion, any secondary battery to which the technical idea of the present invention can be applied should be construed as being included in the scope of the present invention regardless of its type.
  • a secondary battery is not limited by the number of elements which comprise it.
  • a secondary battery includes a unit cell including an assembly of an anode / membrane / cathode and an electrolyte in one package, an assembly in which unit cells are connected in series and / or in parallel, a module in which a plurality of assemblies are connected in series and / or in parallel, It should be construed that a module of includes a pack connected in series and / or in parallel, a battery system in which a plurality of packs are connected in series and / or in parallel.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating one embodiment of a system 100 for adjusting the output parameters of a secondary battery according to one embodiment of the invention.
  • the system 100 includes a voltage measuring unit 110, a current measuring unit 120, a temperature measuring unit 130, and a controller 120.
  • the output parameter of the secondary battery B is attenuated when the voltage of the secondary battery B is lowered to a predetermined threshold voltage.
  • the secondary battery B is electrically connected to the load device 200 through the high potential terminal PACK + and the low potential terminal PACK ⁇ .
  • the load device 200 refers to a device that operates with electric power output from the secondary battery B.
  • the load device 200 includes a control system 210, a power converter 220, and a load 230.
  • the load device 200 may optionally further include a charger 240.
  • the charger 240 may provide a charging current capable of charging the secondary battery B to the secondary battery B through the power converter 220.
  • the charger 240 may generate a charging current by itself, or may generate a charging current by receiving power from a commercial power source.
  • the load 230 may be a motor included in an electric vehicle or a hybrid vehicle, and the power converter 220 may be an inverter capable of bidirectional power conversion.
  • the control system 210 is a computing system that controls the overall operation of the load device 200.
  • the control system 210 controls the discharge of the secondary battery B by using the output parameter of the secondary battery B provided by the controller 140. That is, the control system 210 controls the discharge of the secondary battery B by controlling the power converter 220 under a discharge condition corresponding to the output parameter.
  • the power converter 220 transmits the discharge output of the secondary battery B to the load 230 side. At this time, the power conversion unit 220 may adjust the degree of power conversion so that the secondary battery can be discharged within the range of the output parameter under the control of the control system 210.
  • the power converter 220 may transfer the charging output supplied from the charger 240 to the secondary battery B side. At this time, the power conversion unit 220 may adjust the power conversion degree so that the secondary battery can be charged within a range of output parameters under the control of the control system 210.
  • the system 100 according to the present invention may further include a memory unit 150.
  • the memory unit 150 is not particularly limited as long as it is a storage medium capable of recording and erasing information.
  • the memory unit 150 may be a RAM, a ROM, a register, a hard disk, an optical recording medium, or a magnetic recording medium.
  • the memory unit 150 may also be electrically connected to the controller 140 via, for example, a data bus so as to be accessible by the controller 140.
  • the memory unit 150 also stores and / or updates and / or erases and / or transmits a program including various control logics performed by the controller 140 and / or data generated when the control logic is executed.
  • the memory unit 150 may be logically divided into two or more and is not limited to being included in the controller 140.
  • the voltage measuring unit 110 is electrically coupled with the control unit 140 to transmit and receive electrical signals.
  • the voltage measuring unit 110 measures a voltage applied between the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery B at a time interval under the control of the controller 140, and sends a signal indicating the magnitude of the measured voltage to the controller 140.
  • Output The controller 140 determines the voltage of the secondary battery B from the signal output from the voltage measuring unit 110 and stores the determined voltage value in the memory unit 150.
  • the voltage measuring unit 110 may be configured as a voltage measuring circuit generally used in the art.
  • the current measuring unit 120 is electrically coupled with the control unit 140 to transmit and receive electrical signals.
  • the current measuring unit 120 periodically measures the magnitude of the current flowing through the secondary battery B at a time interval under the control of the controller 140, and outputs a signal indicating the magnitude of the measured current to the controller 140.
  • the controller 140 determines the magnitude of the current from the signal output from the current measuring unit 120 and stores the determined current value in the memory unit 150.
  • the current measuring unit 120 may be configured of a hall sensor or a sense resistor generally used in the art.
  • the temperature measuring unit 130 is electrically coupled with the control unit 140 to transmit and receive an electrical signal.
  • the temperature measuring unit 130 periodically measures the temperature of the secondary battery B at a time interval and outputs a signal indicating the magnitude of the measured temperature to the controller 140.
  • the controller 140 determines the temperature of the secondary battery B from the signal output from the temperature measuring unit 130 and stores the determined temperature value in the memory unit 150.
  • the temperature measuring unit 130 may be configured of a thermocouple generally used in the art.
  • System 100 may further comprise a communication interface 160.
  • the communication interface 160 is a component necessary for the controller 140 to communicate with the control system 210 included in the load device 200.
  • Any communication interface 160 may be used as long as it is a known communication interface that supports two different systems to communicate with each other.
  • the communication interface may support wired or wireless communication.
  • the communication interface may support CAN or Daisy Chain communication.
  • the controller 140 may determine the state of charge of the secondary battery B by selectively utilizing the voltage measurement value, the current measurement value, and the temperature measurement value stored in the memory unit 150.
  • the state of charge may be determined by integrating a current value periodically measured through the current measuring unit 120. This method is known under the name of ampere counting method, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • the state of charge can be determined using an adaptive algorithm such as an extended Kalman filter based on the circuit modeling of the secondary battery (B).
  • Estimation of state of charge using an extended Kalman filter is described, for example, by Gregory L. Plett in his article “Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs Parts 1, 2 and 3” ( Journal of Power Source 134, 2004, 252-261, which may be incorporated as part of this specification.
  • the state of charge may be determined by other known methods capable of estimating the state of charge by selectively utilizing the voltage, temperature, and current of the secondary battery (B).
  • the controller 140 monitors the voltage level of the secondary battery B measured by the voltage measuring unit 110 while the secondary battery B is discharged.
  • the controller 140 determines an output parameter of the secondary battery differently according to the voltage level of the secondary battery B. That is, when the voltage of the secondary battery B is greater than the threshold voltage, the output parameter is determined in the normal mode. On the other hand, when the voltage of the secondary battery B is lowered below the preset threshold voltage, the output parameter is determined in the attenuation mode.
  • the level of the threshold voltage is predetermined in consideration of two time factors.
  • One time factor is a delay time until the output parameter determined by the controller 140 is transferred to the control system 210 of the load device 200 and actually reflected in the discharge control of the secondary battery B.
  • the other time factor is the output holding time at which the discharge output of the secondary battery B should be kept at least according to the output parameter.
  • the delay time factor depends on the operation speed of the control system 210 included in the control unit 140 and the load device 200, and the communication speed between them.
  • the delay factor may be a time value within a few seconds, for example two seconds.
  • the output holding time factor depends on the output characteristics required by the load 230 included in the load device 200.
  • the output hold time factor may be a time value within a few seconds, for example six seconds.
  • the threshold voltage setting method considering the delay time factor and the output holding time factor is as follows.
  • a constant current discharge test is performed at room temperature (25 degrees) for each state of charge of the secondary battery B to obtain a plurality of discharge profiles.
  • FIG. 3 is a graph showing the results of measuring discharge profiles for six lithium secondary batteries having the same capacity of 36 Ah and different charging states of 10%, 15%, 20%, 30%, 40%, and 50%. . From the left side to the right side, the state of charge of the secondary battery B in which the discharge profile was measured is larger.
  • the magnitude of the discharge current applied in each constant current discharge test is the maximum discharge current value corresponding to the state of charge and the temperature of the secondary battery B.
  • the maximum discharge current value corresponding to the specific state of charge and temperature is such that the voltage of the secondary battery B reaches the discharge lower limit voltage V min when the secondary battery B is pulsed by the HPPC (Hybrid Pulse Power Characterization) method. Is the discharge current value.
  • the maximum discharge current value determined by the HPPC method is larger than the discharge upper limit current value set for the safety of the secondary battery B, the maximum discharge current value may be replaced by the discharge upper limit current value.
  • the discharge upper limit current value was set to 360A.
  • the maximum discharge current value applied when obtaining each discharge profile is shown at the top of the graph. That is, the maximum discharge current values corresponding to 20%, 30%, 40% and 50% of the state of charge are the same as 360A. This is because the maximum discharge current value was replaced with the discharge upper limit current value because the maximum discharge current value determined by the HPPC method exceeded 360A set as the discharge upper limit current value. Instead, when the state of the secondary battery B is 10% and 15%, since the maximum discharge current value determined by the HPPC method is smaller than 360A, which is the discharge upper limit current value, the maximum discharge current value determined by the HPPC method was applied as it is.
  • the horizontal dotted line A represents the level of the threshold voltage V threshold set in consideration of the delay time factor and the output holding time factor
  • the horizontal dotted line B represents the level of the discharge lower limit voltage V min .
  • the level of the threshold voltage is set such that the time difference between two points where each discharge profile meets the horizontal dotted lines A and B is larger than the delay time and smaller than the output holding time.
  • the level of the threshold voltage is set as described above, even if the time point at which the output parameter determined in the decay mode is applied is delayed by a delay time, the phenomenon in which the voltage of the secondary battery B suddenly decreases below the discharge lower limit voltage can be prevented.
  • the time required until the voltage of the secondary battery B becomes lower to the discharge lower limit voltage is smaller than the output holding time, the output of the secondary battery B can be attenuated to ensure a minimum output holding time.
  • FIG. 4 shows the time difference between two points where each discharge profile shown in FIG. 3 meets the horizontal dashed lines A and B (see mark ⁇ ).
  • the delay time was 2 seconds
  • the output holding time was set to 6 seconds
  • the level of the threshold voltage was set to 2.87V.
  • the level of the threshold voltage indicated by the horizontal dotted line A of FIG. 3 satisfies the above-mentioned condition well. Therefore, when the voltage of the secondary battery B reaches 2.87V, the output parameter is determined in the attenuation mode, and the determined output parameter is provided to the control system 210 of the load device 200.
  • the output can be maintained for at least six seconds. In addition, even if a delay time of 2 seconds occurs until the output parameter is reflected in the load device 200, it is possible to prevent the voltage of the secondary battery B from suddenly decreasing to the discharge lower limit voltage.
  • the discharge profiles shown in Figure 3 are obtained at room temperature conditions. However, it is preferable to additionally obtain the discharge profiles for each temperature condition belonging to the operating temperature range of the secondary battery B and determine the level of the threshold voltage so as to satisfy the above-described conditions for all the plurality of discharge profiles obtained for each temperature. It will be apparent to those skilled in the art.
  • the level of the threshold voltage is preferably set such that the time difference between two points where each discharge profile measured for each state of charge and for each temperature meets the horizontal dotted lines A and B is larger than the delay time and smaller than the output holding time.
  • the level of the threshold voltage may vary depending on the temperature of the secondary battery B. That is, as the temperature of the secondary battery B increases, the level of the threshold voltage may increase. Increasing the level of the threshold voltage speeds up the start of the decay mode.
  • the controller 140 determines the output parameter in the normal mode when the current voltage of the secondary battery B measured by the voltage measurer 110 is greater than a preset threshold voltage.
  • the output parameter includes at least one of the maximum discharge current value of the secondary battery B and the allowable output value.
  • the controller 140 may determine the maximum discharge current value using the power map stored in the memory unit 150.
  • the power map has a data structure that can refer to the maximum discharge current value according to the state of charge and temperature of the secondary battery (B).
  • the allowable output value can be determined by Equation 1 below.
  • the maximum discharge current value is I max , which is a current factor.
  • V min is a voltage factor set in advance as the discharge lower limit voltage of the secondary battery (B).
  • I max is a current factor that depends on the state of charge and temperature of the secondary battery B and corresponds to the maximum discharge current value that the secondary battery B can produce under a specific state of charge and temperature.
  • I max is a value maptable from the power map stored in the memory unit 150 using the state of charge and the temperature of the secondary battery B.
  • the controller 140 determines the output parameter in the attenuation mode when the voltage of the secondary battery B measured by the voltage measuring unit 110 falls below a preset threshold voltage.
  • the output parameter determined in the decay mode includes at least one of a decay target current value and a decay target output value of the secondary battery B.
  • the controller 140 may determine the attenuation target current value I derate by Equation 2 below.
  • FIG. 5 is a diagram for describing parameters included in Equation 2.
  • the discharge profile shown in the graph (a) of FIG. 5 is a discharge profile obtained by performing a constant current discharge experiment with 360 A (I max ) at 25 degrees when the state of charge of the secondary battery B having a capacity of 36 Ah is 20%. to be.
  • I max is the maximum discharge current value allowed when the state of charge of the secondary battery B is 20%.
  • the graph (b) of FIG. 5 shows the resistance change (dR / dt) with time when the secondary battery B having a state of charge of 20% is discharged at 360A.
  • V IR
  • I constant as I max .
  • dV / dt I max dR / dt, so dR / dt is substantially equal to (dV / dt) / I max . That is, dR / dt may be determined using the tangential slope (dV / dt) of the discharge profile.
  • V min is a discharge lower limit voltage.
  • V threshold is the threshold voltage.
  • R 0 is an internal resistance value of the secondary battery B, which can be known in advance through experiments.
  • V min , V threshold and R 0 may be stored in advance in the memory unit 150.
  • I 0 is a discharge current value when the voltage of the secondary battery B reaches a threshold voltage. The discharge current value may be measured by the current measuring unit 120. Alternatively, the maximum discharge current value I max corresponding to the state of charge and the temperature of the secondary battery B as the I 0 value is not limited.
  • (dR / dt) max is the maximum value of (dR / dt).
  • the data on (dR / dt) max may be determined in advance by using the state of charge of the secondary battery (B) and the discharge profiles measured for each temperature, and the data on (dR / dt) max defined for each state of charge and temperature may be determined.
  • the memory unit 150 may be stored in advance.
  • (t 1 -t 0 ) is a time taken for the voltage of the secondary battery B to decrease from the threshold voltage to the discharge lower limit voltage.
  • the present invention allocates a preset output holding time as a value of (t 1 -t 0 ).
  • Equation 2 can be derived as follows.
  • the voltage of the secondary battery B is equivalent by an open voltage component that varies with the state of charge and temperature of the secondary battery B, a circuit in which the internal resistor R 0 and the RC circuit R // C are connected in series.
  • the voltage V of the secondary battery (B) is an open voltage component OCV (z) that is uniquely determined according to three voltage components, that is, the state of charge (z) as shown in Equation 3 below, and the current I flows. It can be expressed as the sum of the voltage component IR 0 across the internal resistance R 0 (constant) and the voltage component I RC R across the RC circuit when the current I RC flows through the resistance R of the RC circuit.
  • V OCV (z) + IR 0 + I RC R
  • Equation 4 By differentiating both sides of Equation 3 by the time t, Equation 4 can be obtained.
  • dV / dt dOCV / dt + (dI / dt) R 0 + (dI RC / dt) R + I RC (dR / dt)
  • Equation 4 is approximated as Equation 5 below. Can be.
  • V 1 -V 0 (I 1 -I 0 ) R 0 + I 1 (dR / dt) (t 1 -t 0 )
  • Equation 7 is obtained.
  • Equation 7 since V 0 and V 1 correspond to the threshold voltage V threshold and the discharge lower limit voltage V min , respectively, values corresponding to V 0 and V 1 are substituted. Also, the maximum value among the (dR / dt) is assigned as the (dR / dt) value among the terms of the denominator (see FIG. 5). In addition, a predetermined output holding time is assigned to the value (t 1- t 0 ). Then, Equation 7 is finally arranged in the same form as Equation 2.
  • the I 1 value is attenuated target current.
  • the controller 140 may calculate the attenuation target current value by Equation 2 and additionally determine the attenuation target output value P derate from the attenuation target current value.
  • the calculation formula of P derate is as shown in Equation 8.
  • the controller 140 may transmit an output parameter including at least one of the attenuation target current value and the attenuation target output value to the control system 210 of the load device 200 through the communication interface 160.
  • the control system 210 attenuates the discharge current or output of the secondary battery B by controlling the power conversion unit 220 using the output parameter transmitted from the controller 140 after the delay time has elapsed. That is, the control system 210 controls the power converter 220 using the attenuation target current value or the attenuation target output value included in the output parameter to reduce the magnitude of the discharge current output from the secondary battery B by the attenuation target current. It may be controlled to be smaller than the value or to control the output of the secondary battery B to be smaller than the attenuation target output value.
  • control system 210 controls the power converter 220 to gradually reduce the discharge current of the secondary battery B at regular intervals, thereby reducing the magnitude of the discharge current to be equal to the attenuation target current value. Can be. Similarly, the control system 210 controls the power converter 220 to gradually reduce the output of the secondary battery B at regular intervals, thereby attenuating the output of the secondary battery B to be equal to the attenuation target output value. You can.
  • the controller 140 may selectively include a processor, an application-specific integrated circuit (ASIC), another chipset, a logic circuit, a register, a communication modem, a data processing device, and the like, which are known in the art, to execute the various control logics described above. Can be.
  • the control logic when the control logic is implemented in software, the controller 140 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 memory unit 150 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.
  • At least one of various control logics of the controller 140 may be combined, and the combined control logics may be written in a computer readable code system and recorded on 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 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.
  • FIG. 6 is a flowchart sequentially illustrating a flow of a method for adjusting an output parameter of a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • step S10 the controller 140 initializes the time index k when the process for adjusting the output parameter of the secondary battery is started.
  • step S20 the controller 140 measures the voltage, current, and temperature of the secondary battery B by using the voltage measuring unit 110, the current measuring unit 120, and the temperature measuring unit 130.
  • the stored voltage value, current value and temperature value are stored in the memory unit 150.
  • step S30 the controller 140 selectively determines the state of charge of the secondary battery B by using the voltage value, the current value, and the temperature value stored in the memory unit 150.
  • the state of charge can be determined using an amp counting method, an extended Kalman filter, or the like.
  • the controller 140 determines whether the voltage of the secondary battery B is greater than a predefined threshold voltage V threshold .
  • V threshold a predefined threshold voltage
  • step S40 If it is determined in step S40 that YES, the controller 140 shifts the process to step S50 to determine an output parameter in the normal mode, and transmits the determined parameter to the control system of the load device 200 through the communication interface 160. 210).
  • step S50 the controller 140 determines the current temperature and the current state of charge of the secondary battery B with reference to the memory unit 150. In addition, the controller 140 determines a maximum discharge current value I max by mapping a maximum discharge current value corresponding to a current charge state and a current temperature from a power map previously stored in the memory unit 150.
  • step S60 the controller 140 determines the allowable output value of the secondary battery B by Equation 1 using the maximum discharge current value I max and the predefined discharge lower limit voltage V min . .
  • step S70 the controller 140 transmits an output parameter including at least one of a maximum discharge current value and an allowable output value to the control system 210 of the load device 200 through the communication interface 160.
  • the control system 210 controls the power conversion unit 220 with reference to the allowable output value or the maximum discharge current value included in the transmitted output parameter, thereby controlling the secondary battery (within the range of the output allowable value or the maximum discharge current value).
  • Adaptive control of the discharge of B That is, the discharge output of the secondary battery B is controlled to below the allowable output value, or the discharge current of the secondary battery B is controlled to below the maximum discharge current value.
  • step S80 the controller 140 determines whether a predetermined set time has elapsed.
  • the setting time corresponds to a cycle for updating the output parameter of the secondary battery B.
  • step S80 If it is determined in step S80 that YES, the controller 140 shifts the process to step S90, and conversely, if it is determined No in step S80, the controller 140 holds the progress of the process.
  • step S90 the controller 140 determines whether the operation state of the secondary battery B is a key-off state.
  • the key off state means a case where charging or discharging of the secondary battery B is stopped.
  • This key-off state can be determined by the on-off state of the switch component that controls the connection between the secondary battery B and the load device 200.
  • step S90 If it is determined in step S90 that YES, the control unit 140 does not need to adjust the output parameters of the secondary battery B and thus terminates the process. On the other hand, if it is determined in step S90 that NO, the control unit 140 shifts the process to step S100 to update the time index k, and then shifts the process to step S20 to repeat execution of the above-described steps.
  • step S40 the control unit 140 proceeds to step S110. That is, the controller 140 determines the output parameter of the secondary battery B in the decay mode, and transmits the output parameter to the control system 210 of the load device 200 through the communication interface 160.
  • the controller 140 determines the current state of charge and the current temperature of the secondary battery B by referring to the state of charge and temperature data stored in the memory unit 150. Further, the control unit 140 refer to the (dR / dt) max data stored in the memory unit 150 is previously defined according to the state of charge and temperature to the (dR / dt) max value corresponding to a current state of charge and the current temperature Decide In addition, the controller 140 determines the attenuation target current value I derate using Equation 2 described above.
  • the current discharge current value stored in the memory unit 150 may be allocated as the I 0 value, or the maximum discharge current value corresponding to the current charging state and the current temperature may be allocated by mapping from the power map. have.
  • the other factors of Equation 2 that is, the discharge lower limit voltage V min , the threshold voltage V threshold , and the internal resistance R 0 of the secondary battery B are allotted to the data stored in the memory unit 150. .
  • a preset output holding time is allocated as a value for (t 1- t 0 ).
  • step S120 the controller 140 determines the decay target output value P derate of the secondary battery B using the decay target current value I derate and the predefined discharge lower limit voltage V min . do.
  • step S130 the control unit 140 outputs an output parameter including at least one of attenuation target current value I derate and attenuation target output value P derate through the communication interface 160 of the load device 200.
  • the control system 210 controls the power converter 220 by referring to the attenuation target current value or the attenuation target output value included in the transmitted output parameter, thereby reducing the secondary target within the range of the attenuation target current value or the attenuation target output value.
  • the discharge of the battery B is controlled.
  • the discharge output of the secondary battery B is controlled to be equal to or less than the attenuation target output value, or the discharge current of the secondary battery B is controlled to be equal to or less than the attenuation target current value.
  • the control system 210 controls the power converter 220 to step down the discharge current of the secondary battery B toward the attenuation target current value or to decrease the secondary battery B toward the attenuation target output value. Can be reduced in stages.
  • step S80 the controller 140 determines whether a predetermined set time has elapsed.
  • step S80 If it is determined in step S80 that YES, the controller 140 shifts the process to step S90, and conversely, if it is determined No in step S80, the controller 140 holds the progress of the process.
  • step S90 the controller 140 determines whether the operation state of the secondary battery B is the key off state.
  • step S90 If it is determined in step S90 that YES, the control unit 140 does not need to adjust the output parameters of the secondary battery B and thus terminates the process. On the other hand, if it is determined in step S90 that NO, the control unit 140 shifts the process to step S100 to update the time index k, and then shifts the process to step S20 to repeat execution of the above-described steps.
  • the series of steps shown in FIG. 6 is executed periodically. Therefore, when the voltage of the secondary battery B drops below the threshold voltage, an output parameter including at least one of the attenuation target current value and the attenuation target output value is provided to the control system of the load device 200, whereby the secondary battery B The discharge current or discharge output of the secondary battery B is attenuated until the voltage of exceeds the threshold voltage. Of course, when the voltage of the secondary battery B does not exceed the threshold voltage, the attenuation target current value and the attenuation target output value are gradually lowered.
  • the threshold voltage as a reference for starting the attenuation mode is determined in consideration of the time factors of the delay time and the output holding time. Therefore, even if the output parameter is applied after the delay time, it is possible to prevent the voltage of the secondary battery B from dropping below the discharge lower limit voltage.
  • the output parameter determined in the attenuation mode includes a sufficiently attenuated current value or output value in consideration of (dR / dt) max , the voltage of the secondary battery B is below the discharge lower limit voltage while the output parameter is applied. It can prevent falling.
  • the control system 210 of the load device 200 when controlling the discharge of the secondary battery (B) in the control system 210 of the load device 200 by setting the value contained in the output parameter as a reference target value to lower the discharge current or output step by step the end of discharge situation In the output of the secondary battery (B) can be stably and reliably attenuated.
  • the above-described embodiment may be applied in a situation where the secondary battery is discharged.
  • the present invention can be similarly applied in a situation where the secondary battery is charged.
  • the threshold voltage is set to be close to the charging upper limit voltage, which is determined in consideration of the delay time factor and the output holding time at the same time.
  • the output parameter may be determined in the attenuation mode to attenuate the charging current or the charging output.
  • V min may be replaced with a V max value.
  • Charging profiles can be obtained by conducting a constant current charging experiment for each state of charge and temperature of the secondary battery (B).
  • the magnitude of the charging current used in each constant current charging experiment sets the maximum charging current value determined by the HPPC method.
  • the maximum charging current value may vary depending on the state of charge and the temperature of the secondary battery B.
  • the maximum charge current value determined by the HPPC method is larger than the charge upper limit current value that the secondary battery (B) can withstand, the maximum charge current value may be replaced by the charge upper limit current value.
  • the output when the secondary battery B is charged in the decay mode may be determined based on the current value determined as the decay target current value.
  • the output parameter determined while the secondary battery B is being charged may be provided to the control system 210 of the load device 200 via the communication interface 160.
  • control system 210 controls the power conversion unit 220 to control the charging current of the secondary battery B to be equal to or less than a current value included in the output parameter or to control the charging output of the secondary battery B. Control below the output value included in the output parameter.
  • control system 210 may perform a control to gradually attenuate the charging current or the charging output of the secondary battery B toward the current value or output value included in the output parameter.
  • the power map may be used to determine the maximum charge current value of the secondary battery B, and the determined maximum charge current value From this, the charge output of the secondary battery B can be determined.
  • the power map may further include reference data regarding a maximum charging current value predefined for each state of charge and temperature of the secondary battery B.
  • a lithium secondary battery having a total capacity of 36 Ah and a charged state of 20% was prepared.
  • a lithium secondary battery contains lithium metal oxide as a positive electrode material and graphite as a negative electrode material.
  • a lithium secondary battery was connected to a charge / discharge simulator that can control charge / discharge power. Then, the discharge profile was measured while discharging with a discharge current having a size of 360 A at 25 degrees.
  • the threshold voltage serving as a reference for reducing the output of the secondary battery B was set to 2.87V.
  • the delay time factor was set to 2 seconds, and the output holding time factor was set to 6 seconds.
  • the discharge output of the secondary battery B was attenuated according to the embodiment of the present invention from the time when the voltage of the secondary battery B was lowered to 2.87V while the secondary battery B was constant current discharged to a size of 360A. That is, by using Equation 2, the decay target current value is determined and the charge / discharge simulator is controlled to approach the decay target current value step by step to lower the discharge current size of the secondary battery B in steps of 30A. In this process, the voltage change of the secondary battery B was measured.
  • V min is 2.5V
  • V threshold is 2.87V
  • max is 0.4305759m ⁇
  • R 0 is 0.0010618 m ⁇
  • (t 1 -t 0 ) is 6 seconds
  • I 0 is 360A Set to.
  • Figure 7 shows the voltage measurement results measured in this experiment.
  • the solid line graph shows the voltage change reforming when the output of the lithium secondary battery is not attenuated.
  • the dotted line shows the voltage change reforming when the output of the lithium secondary battery is attenuated from 2.87V.
  • each component may be selectively integrated with other components or each component may be divided into subcomponents for efficient execution of control logic (s).
  • control logic control logic
  • the integrated or divided components should also be interpreted as being within the scope of the present invention, provided that the functional identity can be recognized even if the components are integrated or divided.
  • the voltage of the secondary battery does not go out of the operating voltage range even if the output parameter is applied after the delay time.
  • the secondary battery since the time required for the voltage of the secondary battery to change from the threshold voltage to the operation limit voltage becomes shorter than the preset output holding time, the secondary battery is actively attenuated to output the secondary battery more than the output holding time. You can keep the output.
  • the present invention makes it possible to prevent the voltage of the secondary battery from moving out of the operating voltage range when the voltage of the secondary battery changes to near the operating limit voltage.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은, 이차 전지의 출력 파라미터 조정 시스템과 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 시스템은, 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 결정하고, 상기 전류를 이용하여 이차 전지의 충전 상태를 결정하고, 이차 전지의 전압이 미리 설정된 임계 전압 이하로 떨어지면 상기 충전 상태와 상기 온도에 대응되는 미리 정의된 저항 변화율의 최대 값과 출력 유지 시간으로부터 산출된 감쇄 목표 전류 값을 결정하고, 상기 감쇄 목표 전류 값 및 이로부터 결정되는 감쇄 목표 출력 값 중 적어도 하나를 포함하는 출력 파라미터를 이차 전지로부터 전력을 공급 받는 부하 장치의 제어 시스템으로 제공한다.

Description

이차 전지의 출력 파라미터를 조정하는 시스템 및 그 방법
본 발명은 이차 전지의 전압이 빠르게 변화하는 전압 구간에서 안정적으로 이차 전지의 출력 파라미터를 조정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 출원은 대한민국 특허청에 2015년 11월 13일에 출원된 특허출원 제10-2015-0159813호에 대한 우선권을 주장하며, 우선권의 기초가 된 출원 명세서 및 도면에 기재된 사항은 본 명세서의 일부로서 합체된다.
이차 전지는 반복적인 충전과 방전이 가능하므로 다양한 분야에서 전력 소스로 사용된다.
이차 전지는, 휴대 전화, 랩탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 비디오 카메라, 태블릿 컴퓨터, 전동 공구 등과 같이 사람의 손에 휴대할 수 있는 장치에 사용된다.
또한, 이차 전지는, 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 배, 전기 비행기 등과 같은 각종 전기구동 동력 장치에 사용된다.
또한, 이차 전지는, 신재생 에너지를 통해 발전된 전력이나 잉여 발전 전력을 저장하는데 사용되는 전력 저장 장치 또는 서버 컴퓨터와 통신용 기지국을 비롯한 각종 정보 통신 장치에 전력을 안정적으로 공급하기 위한 무정전 전원 공급 장치(UPS; Uninterruptible Power System) 등에 이르기까지 사용 영역이 점차 확대되고 있다.
이차 전지는 인버터와 같은 전력 변환 디바이스를 통해 부하 장치에 연결된다. 부하 장치는 상기에서 언급된 이차 전지에 저장된 전력을 사용하는 임의의 장치를 의미한다.
부하 장치는 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은 통신을 통해 BMS 시스템으로부터 이차 전지에 대한 출력 파라미터를 제공 받는다.
출력 파라미터는 이차 전지의 방전 성능 또는 충전 성능을 나타내는 지표이고, 이차 전지의 충전 상태와 온도에 따라 갱신된다. 출력 파라미터는 이차 전지가 방전 또는 충전될 때 이차 전지를 통해 흐를 수 있는 최대 전류 값 또는 이로부터 계산되는 하용 출력 값(Power)이다.
제어 시스템은 BMS 시스템으로부터 출력 파라미터를 제공받으면, 출력 파라미터의 범위 내에서 이차 전지의 충전과 방전을 제어한다. 즉, 제어 시스템은 전력 변환 디바이스를 제어함으로써 이차 전지의 출력을 허용 출력 값 이하로 통제하거나 충전 또는 방전 전류의 크기를 최대 전류 값 이하로 통제한다.
한편, 이차 전지의 전압은 방전 하한 전압 또는 충전 상한 전압에 가까워지면 빠르게 변화한다.
도 1은 36Ah의 용량을 가진 리튬 이차 전지의 충전 상태가 20%일 때 360A의 정전류로 방전이 이루어질 때의 전압 변화 개형을 보여준다.
도시된 것과 같이, 이차 전지의 전압이 방전 하한 전압(Vmin)에 가까워지면(점 A 참조) 전압의 감소 속도가 갑자가 빨라진다. 이는 이차 전지의 충전 상황에서도 마찬가지이다. 즉, 이차 전지가 360A로 정전류 충전될 경우 전압이 충전 상한 전압에 가까워지면 전압의 증가 속도가 갑자기 빨라진다.
따라서, 이차 전지의 전압 변화가 빨라지기 시작하면 BMS 시스템은 제어 시스템으로 제공하는 출력 파라미터를 감쇄시킬 필요가 있다. 그래야만 방전 후반부 또는 충전 후반부에서 이차 전지가 동작 전압 범위를 벗어나는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 이차 전지의 전압이 동작 전압 범위의 한계 값과 근접했을 때 적절한 시점에 출력 파라미터를 조정할 수 있는 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지의 출력 파라미터 조정 시스템은, 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 각각 측정하는 전압 측정부, 전류 측정부 및 온도 측정부; 상기 전압 측정부; 전류 측정부 및 온도 측정부와 전기적으로 연결된 제어부를 포함한다.
바람직하게, 상기 제어부는, 이차 전지가 방전되는 동안, 상기 전압 측정부, 전류 측정부 및 온도 측정부로부터 측정 결과를 입력 받아 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 결정하고; 상기 전류를 이용하여 이차 전지의 충전 상태를 결정하고; 이차 전지의 전압이 미리 설정된 임계 전압 이하로 떨어지면 상기 충전 상태와 상기 온도에 대응되는 미리 정의된 저항 변화율의 최대 값과 출력 유지 시간으로부터 산출된 감쇄 목표 전류 값을 결정하고; 상기 감쇄 목표 전류 값 및 이로부터 결정되는 감쇄 목표 출력 값 중 적어도 하나를 포함하는 출력 파라미터를 이차 전지로부터 전력을 공급 받는 부하 장치의 제어 시스템으로 제공한다.
바람직하게, 상기 출력 파라미터가 적용될 때까지 걸리는 시간을 지연 시간으로 정의할 때, 상기 임계 전압의 레벨은 이차 전지가 상기 충전 상태 및 상기 온도에 대응되는 최대 방전 전류 값으로 방전될 때 이차 전지의 전압이 상기 임계 전압으로부터 방전 하한 전압까지 낮아지는데 걸리는 시간이 상기 지연 시간보다 크고 상기 출력 유지 시간보다 작도록 설정될 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 하기 수식에 의해 이차 전지의 감쇄 목표 전류 값을 결정하도록 구성될 수 있다.
Figure PCTKR2016013073-appb-I000001
(Iderate는 감쇄 목표 전류 값; Vmin은 방전 하한 전압; Vthreshold는 임계 전압; I0는 이차 전지의 전압이 임계 전압에 도달되었을 때의 방전 전류 값 또는 이차 전지의 충전 상태 및 온도에 대응되는 최대 방전 전류 값; R0는 이차 전지의 내부 저항; t1-t0는 출력 유지 시간; (dR/dt)max는 이차 전지의 충전 상태 및 온도에 대응되는 방전 프로파일이 직선 V=Vthreshold 및 직선 V=Vmin과 만나는 2개의 교점 사이에서 계산한 일차 미분 값 dV/dt의 절대값들 중 최대 값을 방전 전류의 크기인 Imax로 나눈 값; Imax는 이차 전지의 충전 상태 및 온도에 대응되는 최대 방전 전류 값)
바람직하게, 상기 제어부는 감쇄 목표 전류 값과 방전 하한 전압의 곱셈에 의해 감쇄 목표 출력 값을 결정하도록 구성될 수 있다.
일 측면에 따르면, 본 발명에 따른 시스템은, 상기 충전 상태와 상기 온도에 대응되는 미리 정의된 저항 변화율의 최대 값을 저장하고 있는 메모리부를 더 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 시스템은, 상기 제어부와 전기적으로 결합된 통신 인터페이스를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 통신 인터페이스를 통해 상기 출력 파라미터를 상기 제어 시스템으로 주기적으로 전송할 수 있다.
선택적으로, 상기 제어부는, 이차 전지의 전압이 상기 임계 전압보다 높으면 이차 전지의 충전 상태 및 온도 별로 미리 정의된 최대 방전 전류 값의 데이터를 참조하여 이차 전지의 충전 상태 및 온도에 대응되는 최대 방전 전류 값을 결정하고, 상기 최대 방전 전류 값 및 이로부터 산출된 허용 출력 값 중에서 적어도 하나를 포함하는 출력 파라미터를 상기 부하 장치의 제어 시스템으로 제공하도록 구성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지의 출력 파라미터 추정 방법은, 이차 전지가 방전되는 동안 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 측정하는 단계; 상기 전류를 이용하여 이차 전지의 충전 상태를 결정하는 단계; 이차 전지의 전압이 미리 설정된 임계 전압 이하로 떨어지면, 상기 충전 상태와 상기 온도에 대응되는 미리 정의된 저항 변화율의 최대 값과 출력 유지 시간으로부터 감쇄 목표 전류 값을 결정하는 단계; 상기 감쇄 목표 전류 값 및 이로부터 결정되는 감쇄 목표 출력 값 중 적어도 하나를 포함하는 출력 파라미터를 결정하는 단계; 및 상기 출력 파라미터를 이차 전지로부터 전력을 공급 받는 부하 장치의 제어 시스템으로 제공하는 단계;를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 이차전지의 출력 파라미터 조정 시스템은, 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 각각 측정하는 전압 측정부, 전류 측정부 및 온도 측정부; 상기 전압 측정부; 전류 측정부 및 온도 측정부와 전기적으로 연결된 제어부를 포함한다.
바람직하게, 상기 제어부는, 이차 전지가 충전되는 동안 상기 전압 측정부; 전류 측정부 및 온도 측정부로부터 측정 결과를 입력 받아 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 결정하고; 상기 전류를 이용하여 이차 전지의 충전 상태를 결정하고; 이차 전지의 전압이 미리 설정된 임계 전압 이상으로 증가하면 상기 충전 상태와 상기 온도에 대응되는 미리 정의된 저항 변화율의 최대 값과 출력 유지 시간으로부터 산출된 감쇄 목표 전류 값을 결정하고; 상기 감쇄 목표 전류 값 및 이로부터 결정되는 감쇄 목표 출력 값 중 적어도 하나를 포함하는 출력 파라미터를 이차 전지에 충전 전력을 공급 하는 부하 장치의 제어 시스템으로 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 이차 전지의 출력 파라미터 조정 방법은, 이차 전지가 충전되는 동안 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 측정하는 단계; 상기 전류를 이용하여 이차 전지의 충전 상태를 결정하는 단계; 이차 전지의 전압이 미리 설정된 임계 전압 이상으로 상승하면, 상기 충전 상태와 상기 온도에 대응되는 미리 정의된 저항 변화율의 최대 값과 출력 유지 시간으로부터 감쇄 목표 전류 값을 결정하는 단계; 상기 감쇄 목표 전류 값 및 이로부터 결정되는 감쇄 목표 출력 값 중 적어도 하나를 포함하는 출력 파라미터를 결정하는 단계; 및 상기 출력 파라미터를 이차 전지에 충전 전력을 공급 하는 부하 장치의 제어 시스템으로 제공하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 이차 전지를 통해 흐르는 전류의 크기나 출력이 적절한 시점에 감쇄되므로 출력 파라미터가 지연 시간 이후에 적용되더라도 이차 전지의 전압이 동작 전압 범위를 벗어나지 않는다.
또한, 이차 전지의 전압이 임계 전압으로부터 동작 한계 전압까지 변화할 때까지 소요되는 시간이 미리 설정된 출력 유지 시간보다 짧아지는 시점부터 이차 전지의 출력을 적극적으로 감쇄시킴으로써 상기 출력 유지 시간 이상으로 이차 전지의 출력을 유지시킬 수 있다.
본 발명은 이차 전지의 전압이 동작 한계 전압 근처까지 변화하였을 때 이차 전지의 전압이 동작 전압 범위를 벗어나는 것을 방지할 수 있도록 해 준다.
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.
도 1은 36Ah의 용량을 가진 리튬 이차 전지의 충전 상태가 20%일 때 360A의 정전류로 방전이 이루어질 때의 전압 변화 개형을 보여주는 방전 프로파일이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 출력 파라미터 조정 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 3은, 용량은 36Ah로 동일하고 충전 상태가 10%, 15%, 20%, 30%, 40% 및 50%로서 서로 다른 6개의 리튬 이차 전지에 대하여 방전 프로파일을 측정한 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 4는 도 3에 도시된 각 방전 프로파일이 가로 점선 A 및 B와 만나는 두 점의 시간 차(마크 ▲ 참조)를 계산하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 감쇄 목표 전류 값을 결정할 때 사용하는 수식의 파라미터를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 출력 파라미터 조정 방법에 대한 흐름을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 7은 용량은 36Ah이고 충전 상태가 20%인 리튬 이차 전지를 360A로 방전시킬 때 본 발명의 실시예에 따라 출력을 감쇄시킨 경우와 그렇지 않은 경우의 전압 변화 개형을 비교한 그래프들이다.
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.
이하에서 설명되는 실시 예에 있어서, 이차 전지는 리튬 이차 전지를 일컫는다. 여기서, 리튬 이차 전지라 함은 충전과 방전이 이루어지는 동안 리튬 이온이 작동 이온으로 작용하여 양극과 음극에서 전기화학적 반응을 유발하는 이차 전지를 총칭한다.
한편, 리튬 이차 전지에 사용된 전해질이나 분리막의 종류, 이차 전지를 포장하는데 사용된 포장재의 종류, 리튬 이차 전지의 내부 또는 외부의 구조 등에 따라 이차 전지의 명칭이 변경되더라도 리튬 이온이 작동 이온으로 사용되는 이차 전지라면 모두 상기 리튬 이차 전지의 범주에 포함되는 것으로 해석하여야 한다.
본 발명은 리튬 이차 전지 이외의 다른 이차 전지에도 적용이 가능하다. 따라서 작동 이온이 리튬 이온이 아니더라도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 이차 전지라면 그 종류에 상관 없이 모두 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석하여야 한다.
또한, 이차 전지는 그것을 구성하는 요소의 수에 의해 한정되지 않는다. 따라서 이차 전지는 하나의 포장재 내에 양극/분리막/음극의 조립체 및 전해질이 포함된 단위 셀을 비롯하여 단위 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 어셈블리, 다수의 어셈블리가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 모듈, 다수의 모듈이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 팩, 다수의 팩이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 전지 시스템 등도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 출력 파라미터를 조정하는 시스템(100)의 일 실시예를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시스템(100)은, 전압 측정부(110), 전류 측정부(120), 온도 측정부(130) 및 제어부(120)를 포함하고, 이차 전지(B)가 방전되는 동안 이차 전지(B)의 전압이 미리 설정된 임계 전압까지 낮아 졌을 때 이차 전지(B)의 출력 파라미터를 감쇄시킨다.
상기 이차 전지(B)는 고전위 단자(PACK+) 및 저전위 단자(PACK-)를 통해 부하 장치(200)와 전기적으로 연결된다. 부하 장치(200)는, 이차 전지(B)로부터 출력되는 전력으로 동작하는 장치를 일컫는다.
부하 장치(200)는 제어 시스템(210), 전력 변환부(220) 및 부하(230)를 포함한다. 부하 장치(200)는, 선택적으로, 충전기(240)를 더 포함할 수 있다. 충전기(240)는 이차 전지(B)를 충전할 수 있는 충전 전류를 전력 변환부(220)를 통해 이차 전지(B) 측으로 제공할 수 있다. 충전기(240)는 자체적으로 충전 전류를 생성할 수도 있고, 상용 전원으로부터 전력을 인가 받아 충전 전류를 생성할 수도 있다.
바람직한 예에서, 부하(230)는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 포함된 모터일 수 있고, 전력 변환부(220)는 쌍방향 전력 변환이 가능한 인버터일 수 있다.
제어 시스템(210)은 부하 장치(200)의 전반적인 동작을 제어하는 컴퓨팅 시스템이다. 특히, 제어 시스템(210)은 제어부(140)가 제공하는 이차 전지(B)의 출력 파라미터를 이용하여 이차 전지(B)의 방전을 제어한다. 즉, 제어 시스템(210)은 출력 파라미터에 대응되는 방전 조건으로 전력 변환부(220)를 제어함으로써 이차 전지(B)의 방전을 제어한다.
전력 변환부(220)는 이차 전지(B)의 방전 출력을 부하(230) 측으로 전달한다. 이 때, 전력 변환부(220)는 제어 시스템(210)의 통제하에 출력 파라미터의 범위 내에서 이차 전지가 방전될 수 있도록 전력 변환 정도를 조절할 수 있다.
반대로, 전력 변환부(220)는 충전기(240)로부터 공급되는 충전 출력을 이차 전지(B) 측으로 전달할 수 있다. 이 때, 전력 변환부(220)는 제어 시스템(210)의 통제하에 출력 파라미터의 범위 내에서 이차 전지가 충전될 수 있도록 전력 변환 정도를 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 시스템(100)은, 또한 메모리부(150)을 더 포함할 수 있다. 메모리부(150)는 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다.
일 예시로서, 메모리부(150)은 RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체일 수 있다.
메모리부(150)는 또한 제어부(140)에 의해 접근이 가능하도록 예컨대 데이터 버스 등을 통해 제어부(140)와 전기적으로 연결될 수 있다.
메모리부(150)는 또한 제어부(140)가 수행하는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장 및/또는 갱신 및/또는 소거 및/또는 전송한다.
메모리부(150)는 논리적으로 2개 이상으로 분할 가능하고, 제어부(140) 내에 포함되는 것을 제한하지 않는다.
전압 측정부(110)는 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어부(140)와 전기적으로 결합된다. 전압 측정부(110)는 제어부(140)의 통제 하에, 시간 간격을 두고 이차 전지(B)의 양극과 음극 사이에 인가되는 전압을 측정하고 측정된 전압의 크기를 나타내는 신호를 제어부(140)로 출력한다. 제어부(140)는 전압 측정부(110)로부터 출력되는 신호로부터 이차 전지(B)의 전압을 결정하고 결정된 전압 값을 메모리부(150)에 저장한다. 전압 측정부(110)는 당업계에서 일반적으로 사용되는 전압 측정 회로로 구성될 수 있다.
전류 측정부(120)는 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어부(140)와 전기적으로 결합된다. 전류 측정부(120)는 제어부(140)의 통제하에 시간 간격을 두고 이차 전지(B)를 통해 흐르는 전류의 크기를 주기적으로 측정하고 측정된 전류의 크기를 나타내는 신호를 제어부(140)로 출력한다. 제어부(140)는 전류 측정부(120)로부터 출력되는 신호로부터 전류의 크기를 결정하고 결정된 전류 값을 메모리부(150)에 저장한다. 전류 측정부(120)는 당업계에서 일반적으로 사용되는 홀 센서 또는 센스 저항으로 구성될 수 있다.
온도 측정부(130)는 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어부(140)와 전기적으로 결합된다. 온도 측정부(130)는 시간 간격을 두고 이차 전지(B)의 온도를 주기적으로 측정하고 측정된 온도의 크기를 나타내는 신호를 제어부(140)로 출력한다. 제어부(140)는 온도 측정부(130)로부터 출력되는 신호로부터 이차 전지(B)의 온도를 결정하고 결정된 온도 값을 메모리부(150)에 저장한다. 온도 측정부(130)는 당업계에서 일반적으로 사용되는 열전대(thermocouple)로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 시스템(100)은 통신 인터페이스(160)를 더 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(160)는 제어부(140)가 부하 장치(200)에 포함된 제어 시스템(210)과 통신을 수행하기 위해 필요한 구성요소이다.
통신 인터페이스(160)로는 서로 다른 2개의 시스템이 통신을 할 수 있도록 지원하는 공지된 통신 인터페이스라면 어떠한 것이라도 사용될 수 있다. 통신 인터페이스는 유선 또는 무선 통신을 지원할 수 있다. 바람직하게, 통신 인터페이스는 캔(CANN) 통신이나 데이지 체인(Daisy Chain) 통신을 지원하는 것일 수 있다.
제어부(140)는 메모리부(150)에 저장된 전압 측정 값, 전류 측정 값 및 온도 측정 값을 선택적으로 활용하여 이차 전지(B)의 충전 상태를 결정할 수 있다.
충전 상태는 전류 측정부(120)를 통해서 주기적으로 측정되는 전류 값을 적산하여 결정할 수 있다. 이러한 방식은 암페어 카운팅법이라는 이름으로 알려져 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
충전 상태는 이차 전지(B)의 회로 모델링에 기반을 둔 확장 칼만 필터와 같은 적응적 알고리즘을 이용하여 결정할 수 있다. 확장 칼만 필터를 이용한 충전 상태의 추정은, 일 예로서 그레고리 엘 플레트(Gregory L. Plett)씨의 논문 “Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs Parts 1, 2 and 3”(Journal of Power Source 134, 2004, 252-261)를 참조 가능하고, 본 명세서의 일부로서 위 논문이 합체될 수 있다.
충전 상태는 전술한 암페어 카운팅법 또는 확장 칼만 필터 이외에도 이차 전지(B)의 전압, 온도 및 전류를 선택적으로 활용하여 충전 상태를 추정할 수 있는 다른 공지의 방법에 의해서도 결정할 수 있다.
제어부(140)은, 이차 전지(B)가 방전되는 동안 전압 측정부(110)에 의해 측정된 이차 전지(B)의 전압 레벨을 모니터링 한다.
제어부(140)는 이차 전지(B)의 전압 레벨에 따라 이차 전지의 출력 파라미터를 다르게 결정한다. 즉, 이차 전지(B)의 전압이 임계 전압보다 크면 일반 모드로 출력 파라미터를 결정한다. 반면, 이차 전지(B)의 전압이 미리 설정된 임계 전압 이하로 낮아지면 감쇄 모드로 출력 파라미터를 결정한다.
임계 전압의 레벨은 2 가지의 시간 팩터를 고려하여 미리 결정한다. 하나의 시간 팩터는 제어부(140)가 결정한 출력 파라미터가 부하 장치(200)의 제어 시스템(210)으로 전달되어 이차 전지(B)의 방전 제어에 실제 반영될 때까지 걸리는 지연 시간이다. 다른 하나의 시간 팩터는 출력 파라미터에 따른 이차 전지(B)의 방전 출력이 최소한 유지되어야 하는 출력 유지 시간이다.
지연 시간 팩터는 제어부(140)와 부하 장치(200)에 포함된 제어 시스템(210)의 동작 속도와 이들 상호 간의 통신 속도 등에 따라 달라진다. 지연 시간 팩터는 수초 이내의 시간 값, 예를 들어 2초일 수 있다.
출력 유지 시간 팩터는 부하 장치(200)에 포함된 부하(230)가 요구하는 출력 특성에 의해 달라진다. 출력 유지 시간 팩터는 수초 이내의 시간 값, 예를 들어 6초일 수 있다.
지연 시간 팩터와 출력 유지 시간 팩터를 고려한 임계 전압의 설정방법은 다음과 같다.
먼저, 이차 전지(B)의 충전 상태 별로 상온(25도)에서 정전류 방전 시험을 시행하여 복수의 방전 프로파일들을 얻는다.
도 3은, 용량은 36Ah로 동일하고 충전 상태가 10%, 15%, 20%, 30%, 40% 및 50%로서 서로 다른 6개의 리튬 이차 전지에 대하여 방전 프로파일을 측정한 결과를 나타낸 그래프들이다. 좌측으로부터 우측으로 갈수록 방전 프로파일을 측정한 이차 전지(B)의 충전 상태는 더 크다.
각각의 정전류 방전 시험에서 적용된 방전 전류의 크기는 이차 전지(B)의 충전 상태 및 온도에 대응되는 최대 방전 전류 값이다. 특정한 충전 상태 및 온도에 대응되는 최대 방전 전류 값은 HPPC(Hybrid Pulse Power Characterization)법으로 이차 전지(B)를 펄스 방전시켰을 때 이차 전지(B)의 전압이 방전 하한 전압(Vmin)에 도달되도록 하는 방전 전류 값이다.
바람직하게, HPPC법으로 결정한 최대 방전 전류 값이 이차 전지(B)의 안전(Safety)을 위해 설정한 방전 상한 전류 값보다 크면 최대 방전 전류 값은 방전 상한 전류 값으로 대체될 수 있다.
도 3에 도시된 방전 프로파일들을 얻기 위한 정전류 방전 실험 시 방전 상한 전류 값은 360A로 설정하였다.
도 3에 있어서, 각 방전 프로파일을 얻을 때 적용한 최대 방전 전류 값은 그래프의 상부에 표시하였다. 즉, 충전 상태 20%, 30%, 40% 및 50%에 대응되는 최대 방전 전류 값은 360A로서 동일하다. HPPC법으로 결정한 최대 방전 전류 값이 방전 상한 전류 값으로 설정된 360A를 초과하였기 때문에 최대 방전 전류 값을 방전 상한 전류 값으로 대체하였기 때문이다. 대신, 이차 전지(B)의 상태가 10% 및 15%일 경우는, HPPC법으로 결정한 최대 방전 전류 값이 방전 상한 전류 값인 360A보다 작으므로 HPPC법으로 결정한 최대 방전 전류 값이 그대로 적용되었다.
도 3에 있어서, 가로 점선 A는 지연 시간 팩터와 출력 유지 시간 팩터를 고려하여 설정된 임계 전압(Vthreshold)의 레벨을 나타내고, 가로 점선 B는 방전 하한 전압(Vmin)의 레벨을 나타낸다.
바람직하게, 임계 전압의 레벨은 각 방전 프로파일이 가로 점선 A 및 B와 만나는 두 점의 시간 차가 지연 시간보다 크고 출력 유지 시간보다 작도록 설정한다.
위와 같이 임계 전압의 레벨이 설정되면, 감쇄 모드에서 결정된 출력 파라미터가 적용되는 시점이 지연 시간만큼 지연되더라도 이차 전지(B)의 전압이 방전 하한 전압 이하로 갑자기 감소하는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 이차 전지(B)의 전압이 방전 하한 전압까지 낮아질 때까지 소요되는 시간이 출력 유지 시간보다 작을 때 이차 전지(B)의 출력을 감쇄시켜 최소한의 출력 유지 시간을 확보하는 것이 가능해진다.
도 4는 도 3에 도시된 각 방전 프로파일이 가로 점선 A 및 B와 만나는 두 점의 시간 차(마크 ▲ 참조)를 계산하여 나타낸 것이다. 지연 시간은 2초이고, 출력 유지 시간은 6초로 설정되었고, 임계 전압의 레벨은 2.87V로 설정되었다. 도 4를 참조하면, 도 3의 가로 점선 A로 나타낸 임계 전압의 레벨은 상기에서 언급된 조건을 잘 충족한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이차 전지(B)의 전압이 2.87V에 도달되었을 때 감쇄 모드로 출력 파라미터를 결정하고, 결정된 출력 파라미터를 부하 장치(200)의 제어 시스템(210)으로 제공하면, 이차 전지(B)의 출력이 최소한 6초 동안 유지될 수 있다. 또한, 출력 파라미터가 부하 장치(200)에서 반영될 때까지 2초의 지연 시간이 생겨도 이차 전지(B)의 전압이 갑자기 방전 하한 전압까지 감소하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 있어서, 도 3에 나타낸 방전 프로파일들은 상온 조건에서 얻은 것이다. 하지만, 이차 전지(B)의 동작 온도 범위에 속하는 온도 조건 별로 방전 프로파일들을 추가로 획득하여 온도 별로 획득한 모든 복수의 방전 프로파일들에 대해서도 상술한 조건을 만족하도록 임계 전압의 레벨을 결정하는 것이 바람직하다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.
즉, 임계 전압의 레벨은 충전 상태 별 및 온도 별로 측정된 각각의 방전 프로파일이 가로 점선 A 및 B와 만나는 두 점의 시간 차가 지연 시간보다 크고 출력 유지 시간보다 작도록 설정하는 것이 바람직하다.
일 예에서, 임계 전압의 레벨은 이차 전지(B)의 온도에 따라 가변될 수 있다. 즉, 이차 전지(B)의 온도가 높을수록 임계 전압의 레벨은 증가할 수 있다. 임계 전압의 레벨이 증가하면 감쇄 모드의 시작 시점이 빨라진다.
제어부(140)는 전압 측정부(110)를 통해서 측정한 이차 전지(B)의 현재 전압이 미리 설정된 임계 전압보다 큰 경우는 일반 모드에서 출력 파라미터를 결정한다. 출력 파라미터는, 이차 전지(B)의 최대 방전 전류 값 및 허용 출력 값 중 적어도 하나를 포함한다. 제어부(140)는 메모리부(150)에 저장된 파워 맵을 이용하여 최대 방전 전류 값을 결정할 수 있다. 파워 맵은 이차 전지(B)의 충전 상태 및 온도에 따라 최대 방전 전류 값을 참조할 수 있는 데이터 구조를 가진다.
허용 출력 값은 다음의 수식 1에 의해 결정할 수 있다. 수식 1에서, 최대 방전 전류 값은 전류 팩터인 Imax이다.
<수식 1>
허용 출력 P = Vmin*Imax
수식 1에 있어서, Vmin은 이차 전지(B)의 방전 하한 전압으로서 미리 설정되는 전압 팩터이다. Imax는 이차 전지(B)의 충전 상태와 온도에 따라서 달라지는 전류 팩터로서 특정한 충전 상태와 온도 조건 하에서 이차 전지(B)가 낼 수 있는 최대 방전 전류 값에 해당한다. Imax는 이차 전지(B)의 충전 상태와 온도를 이용하여 메모리부(150)에 저장된 파워 맵으로부터 맵핑 가능한 값이다.
한편, 제어부(140)는 전압 측정부(110)를 통해 측정한 이차 전지(B)의 전압이 미리 설정된 임계 전압 이하로 떨어지면 감쇄 모드에서 출력 파라미터를 결정한다. 감쇄 모드에서 결정되는 출력 파라미터는 이차 전지(B)의 감쇄 목표 전류 값 및 감쇄 목표 출력 값 중 적어도 하나를 포함한다.
제어부(140)는 다음 수식2에 의해 감쇄 목표 전류 값 Iderate을 결정할 수 있다.
<수식 2>
Figure PCTKR2016013073-appb-I000002
도 5는 수식 2에 포함된 파라미터들을 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 그래프 (a)에 도시된 방전 프로파일은 36Ah의 용량을 가진 이차 전지(B)의 충전 상태가 20%일 때 25도 조건에서 360A(Imax)로 정전류 방전 실험을 시행하여 얻은 방전 프로파일이다. Imax는 이차 전지(B)의 충전 상태가 20%일 때 허용되는 최대 방전 전류 값이다.
도 5의 그래프 (b)는 충전 상태가 20%인 이차 전지(B)가 360A로 방전될 때 시간에 따른 저항 변화 (dR/dt)를 나타낸 것이다. 오옴의 법칙에 의하면 V=IR이고 I는 Imax로 일정하다. V=IR의 양변을 시간으로 미분하면 dV/dt=ImaxdR/dt이 되므로, dR/dt는 (dV/dt)/Imax와 실질적으로 동일하다. 즉, dR/dt는 방전 프로파일의 접선 기울기(dV/dt)를 이용하여 결정할 수 있다.
도 5를 참조하면, 수식 2에 있어서, Vmin은 방전 하한 전압이다. Vthreshold는 임계 전압이다. R0은 이차 전지(B)의 내부 저항 값으로 실험을 통해 미리 알 수 있는 값이다. Vmin, Vthreshold 및 R0는 메모리부(150)에 미리 저장될 수 있다. I0는 이차 전지(B)의 전압이 임계 전압에 도달되었을 때의 방전 전류 값이다. 방전 전류 값은 전류 측정부(120)에 의해 측정될 수 있다. 대안적으로, I0 값으로서 이차 전지(B)의 충전 상태와 온도에 대응되는 최대 방전 전류 값 Imax가 사용되는 것을 제한하지 않는다. (dR/dt)max는 (dR/dt)의 최대값이다. (dR/dt)max는 방전 프로파일이 직선 V=Vthreshold 및 직선 V=Vmin과 만나는 2개의 교점 사이에서 계산한 일차 미분 값 dV/dt의 절대값들 중 최대 값을 방전 전류의 크기인 Imax로 나눈 값이다. 일차 미분 값 dV/dt의 절대 값이 최대가 되는 시점은 방전 프로파일의 개형에 따라 달라진다. 도 5에 개시된 방전 프로파일에서는 방전 프로파일이 직선 V=Vmin과 만나는 시점에서 dV/dt의 절대 값이 최대가 된다. (dR/dt)max에 관한 데이터는 이차 전지(B)의 충전 상태와 온도 별로 측정한 방전 프로파일들을 이용하여 미리 결정할 수 있고, 충전 상태 및 온도 별로 정의된 (dR/dt)max에 관한 데이터는 메모리부(150)에 미리 저장될 수 있다. (t1-t0)는 이차 전지(B)의 전압이 임계 전압으로부터 방전 하한 전압까지 감소하는데 소요되는 시간이다. 일 실시예에서, 본 발명은, (t1-t0)의 값으로서 미리 설정된 출력 유지 시간을 할당한다.
수식 2는 다음과 같이 유도할 수 있다. 이차 전지(B)의 전압은 이차 전지(B)의 충전 상태 및 온도에 따라 변하는 개방 전압 성분, 내부 저항(R0) 및 RC 회로(R//C)가 서로 직렬로 연결된 회로에 의해 등가적으로 모델링할 수 있다.
상기 회로 모델링에 의하면, 이차 전지(B)의 전압 V는 하기 수식 3과 같이 3개의 전압 성분, 즉 충전 상태(z)에 따라 고유하게 결정되는 개방 전압 성분 OCV(z)와, 전류 I가 흐를 때 내부 저항 R0(상수)의 양단에 걸리는 전압 성분 IR0와, RC 회로의 저항(R)에 전류 IRC가 흐를 때 RC 회로의 양단에 걸리는 전압 성분 IRCR의 합으로 나타낼 수 있다.
<수식 3>
V = OCV(z) + IR0 + IRCR
상기 수식 3의 양변을 시간 t로 미분하면 다음 수식 4를 얻을 수 있다.
<수식 4>
dV/dt = dOCV/dt + (dI/dt)R0 + (dIRC/dt)R + IRC(dR/dt)
시간 dt 동안 이차 전지(B)의 충전 상태와 RC 회로의 저항에 흐르는 전류 IRC이 일정하다고 가정하면, dOCV/dt와 dIRC/dt는 0이 되므로 수식 4는 하기의 수식 5와 같이 근사할 수 있다.
<수식 5>
dV/dt = (dI/dt)R0 + IRC(dR/dt)
한편, 방전 프로파일이 직선 V=Vthreshold와 만나는 점의 시간 t0에서 이차 전지(B)의 전압과 방전 전류를 각각 V0 및 I0이라 하자. 또한, 방전 프로파일이 직선 V=Vmin과 만나는 점의 시간 t1에서 이차 전지(B)의 전압과 방전 전류를 각각 V1 및 I1이라고 하자. 또한, 시간 t0 및 t1 사이에서, IRC는 I1과 같고 (dR/dt)는 일정하다고 가정하자. 이러한 정의 하에서 수식 5의 양변을 시간 t0와 t1 사이에서 적분하면 하기의 수식 6을 얻을 수 있다.
<수식 6>
V1-V0 = (I1-I0)R0 + I1(dR/dt)(t1-t0)
수식 6을 I1에 대해 정리하면, 수식 7이 얻어진다.
<수식 7>
Figure PCTKR2016013073-appb-I000003
수식 7에 있어서, V0 및 V1은 각각 임계 전압(Vthreshold) 및 방전 하한 전압(Vmin)에 해당하므로 V0 및 V1에 해당하는 값을 각각 대입한다. 또한, 분모의 항(term) 중에서 (dR/dt) 값으로서 (dR/dt)들 중에서 최대 값을 할당한다(도 5 참조). 또한, (t1-t0) 값에는 미리 설정된 출력 유지 시간을 할당한다. 그러면, 수식 7은 수식 2와 같은 형태로 최종 정리된다.
위와 같이, 이차 전지(B)의 충전 상태 및 온도에 대응되는 방전 프로파일을 이용하여 계산된 (dR/dt)값들 중에서 최대 값을 (dR/dt) 값으로 할당하면, I1 값을 감쇄 목표 전류 값 Iderate 값으로 사용할 수 있다.
수식 7의 우변에 있어서, (dR/dt) 값으로 (dR/dt)max 값이 할당되면, 허용되는 범위에서 분모 값이 최대로 증가한다. 그러면, 시점 t1에서의 방전 전류 크기를 파워 맵으로부터 맵핑되는 최대 방전 전류 값보다 충분히 감쇄시킴으로써 이차 전지(B)의 전압이 임계 전압 이하로 감소되더라도 지연 시간보다 짧은 시간 내에 또는 출력 유지 시간이 경과되기 전에 방전 하한 전압 밑으로 저하되는 것을 방지할 수 있다.
제어부(140)는 이차 전지(B)의 전압이 임계 전압 이하로 떨어지면, 수식 2에 의해 감쇄 목표 전류 값을 산출하고, 추가적으로 감쇄 목표 전류 값으로부터 감쇄 목표 출력 값 Pderate을 결정할 수 있다. Pderate의 계산 식은 하기 수식 8과 같다.
<수식 8>
Pderate= Vmin*Iderate
제어부(140)는 감쇄 목표 전류 값 및 감쇄 목표 출력 값 중에서 적어도 하나를 포함하는 출력 파라미터를 통신 인터페이스(160)를 통해 부하 장치(200)의 제어 시스템(210)으로 전송할 수 있다.
제어 시스템(210)은 지연 시간이 경과된 이후에 제어부(140)로부터 전송된 출력 파라미터를 이용하여 전력 변환부(220)를 제어하여 이차 전지(B)의 방전 전류 또는 출력을 감쇄시킨다. 즉, 제어 시스템(210)은 출력 파라미터에 포함된 감쇄 목표 전류 값 또는 감쇄 목표 출력 값을 이용하여 전력 변환부(220)를 제어함으로써 이차 전지(B)로부터 출력되는 방전 전류의 크기를 감쇄 목표 전류 값보다 작게 통제하거나 이차 전지(B)의 출력을 감쇄 목표 출력 값보다 작게 통제할 수 있다.
제어 시스템(210)은 바람직한 예로서 전력 변환부(220)를 제어하여 이차전지(B)의 방전 전류를 일정한 시간 간격을 두고 단계적으로 감소시킴으로써 감쇄 목표 전류 값과 동일하게 방전 전류의 크기를 감쇄시킬 수 있다. 유사하게, 제어 시스템(210)은 전력 변환부(220를 제어하여 이차 전지(B)의 출력을 일정한 시간 간격을 두고 단계적으로 감소시켜 감쇄 목표 출력 값과 동일하게 이차 전지(B)의 출력을 감쇄시킬 수 있다.
상기 제어부(140)는 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, 제어부(140)는 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 메모리부(150)에 포함될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 디바이스의 종류에 상관 없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다.
제어부(140)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 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.
이하에서는 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 제어부(140)가 수행하는 이차 전지의 출력 파라미터 조정 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 출력 파라미터 조정 방법에 대한 흐름을 순차적으로 도시한 순서도이다.
먼저, S10 단계에서, 제어부(140)는 이차 전지의 출력 파라미터를 조정하기 위한 프로세스가 시작되면 시간 인덱스 k를 초기화한다.
이어서, S20 단계에서, 제어부(140)는 전압 측정부(110), 전류 측정부(120) 및 온도 측정부(130)를 이용하여 이차 전지(B)의 전압, 전류 및 온도를 측정하고, 측정된 전압 값, 전류 값 및 온도 값을 메모리부(150)에 저장한다.
이어서, S30 단계에서, 제어부(140)는 메모리부(150)에 저장된 전압 값, 전류 값 및 온도 값을 선택적으로 이용하여 이차 전지(B)의 충전 상태를 결정한다. 충전 상태는, 암페어 카운팅법이나 확장 칼만 필터 등을 이용하여 결정할 수 있다.
이어서, S40 단계에서, 제어부(140)는 이차 전지(B)의 전압이 미리 정의된 임계 전압(Vthreshold)보다 큰지 판단한다. 임계 전압의 레벨을 정의하는 방법에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 상술하였다.
만약, 단계 S40에서 YES로 판별되면, 제어부(140)는 프로세스를 단계 S50으로 이행하여 일반 모드에서 출력 파라미터를 결정하고, 결정된 파라미터를 통신 인터페이스(160)를 통해 부하 장치(200)의 제어 시스템(210)으로 전송한다.
구체적으로, 단계 S50에서, 제어부(140)는 메모리부(150)를 참조하여 이차전지(B)의 현재 온도와 현재 충전 상태를 결정한다. 또한, 제어부(140)는 메모리부(150)에 미리 저장된 파워 맵으로부터 현재 충전 상태와 현재 온도에 대응되는 최대 방전 전류 값을 맵핑하여 최대 방전 전류 값(Imax)을 결정한다.
다음으로, 단계 S60에서, 제어부(140)는 최대 방전 전류 값(Imax)과 미리 정의된 방전 하한 전압(Vmin)을 이용하여 수식 1에 의해 이차 전지(B)의 허용 출력 값을 결정한다.
이어서, 단계 S70에서, 제어부(140)는 최대 방전 전류 값 및 허용 출력 값 중에서 적어도 하나를 포함하는 출력 파라미터를 통신 인터페이스(160)를 통해 부하 장치(200)의 제어 시스템(210)으로 전송한다. 그러면, 제어 시스템(210)은 전송된 출력 파라미터에 포함된 허용 출력 값 또는 최대 방전 전류 값을 참조하여 전력 변환부(220)를 제어함으로써 출력 허용 값 또는 최대 방전 전류 값의 범위 내에서 이차 전지(B)의 방전을 적응적으로 제어한다. 즉, 이차 전지(B)의 방전 출력을 허용 출력 값 이하로 통제하거나, 이차 전지(B)의 방전 전류를 최대 방전 전류 값 이하로 통제한다.
이어서, 단계 S80에서, 제어부(140)는 미리 설정된 설정 시간이 경과되었는지 판별한다. 여기서, 설정 시간은 이차 전지(B)의 출력 파라미터를 갱신하는 주기에 해당한다.
만약, 단계 S80에서, YES로 판별되면, 제어부(140)는 프로세스를 단계 S90으로 이행하고, 반대로 단계 S80에서, No로 판별되면, 제어부(140)는 프로세스의 진행을 홀딩한다.
단계 S90에서, 제어부(140)는 이차 전지(B)의 동작 상태가 키오프(Key-off) 상태인지 판별한다. 여기서, 키오프 상태라는 것은 이차 전지(B)의 충전이나 방전이 멈춘 경우를 말한다. 이러한 키오프 상태는 이차 전지(B)와 부하 장치(200) 사이의 연결을 제어하는 스위치 부품의 온오프 상태에 의해 판별할 수 있다.
만약, 단계 S90에서, YES로 판별되면, 제어부(140)는 이차 전지(B)의 출력 파라미터를 조정할 필요가 없으므로 프로세스를 종료한다. 반면, 단계 S90에서, NO로 판별되면, 제어부(140)는 프로세스를 단계 S100으로 이행하여 시간 인덱스 k를 갱신하고 다시 프로세스를 단계 S20으로 이행하여 앞서 서술한 단계들의 실행을 다시 반복한다.
한편, 단계 S40에서 NO로 판별되면, 제어부(140)는 프로세스를 단계 S110으로 이행한다. 즉, 제어부(140)는 감쇄 모드에서 이차 전지(B)의 출력 파라미터를 결정하고, 출력 파라미터를 통신 인터페이스(160)를 통해 부하 장치(200)의 제어 시스템(210)으로 전송한다.
구체적으로, 단계 S110에서, 제어부(140)는 메모리부(150)에 저장된 충전 상태와 온도 데이터를 참조하여 이차 전지(B)의 현재 충전 상태와 현재 온도를 결정한다. 또한, 제어부(140)는 충전 상태 및 온도에 따라 미리 정의되어 메모리부(150)에 저장된 (dR/dt)max 데이터를 참조하여 현재 충전 상태와 현재 온도에 대응되는 (dR/dt)max 값을 결정한다. 또한, 제어부(140)는 상술한 수식 2를 이용하여 감쇄 목표 전류 값(Iderate)을 결정한다. 감쇄 목표 전류 값의 결정 시 I0 값으로는 메모리부(150)에 저장된 현재의 방전 전류 값을 할당하거나, 현재 충전 상태 및 현재 온도에 대응되는 최대 방전 전류 값을 파워 맵으로부터 맵핑하여 할당할 수 있다. 수식 2의 다른 팩터들, 즉 방전 하한 전압(Vmin), 임계 전압(Vthreshold) 및 이차 전지(B)의 내부 저항(R0) 값으로는 메모리부(150)에 미리 저장된 데이터를 할당한다. 또한, (t1-t0)에 대한 값으로는, 미리 설정된 출력 유지 시간을 할당한다.
그 다음, 단계 S120에서, 제어부(140)는 감쇄 목표 전류 값(Iderate)과 미리 정의된 방전 하한 전압(Vmin)을 이용하여 이차 전지(B)의 감쇄 목표 출력 값(Pderate)을 결정한다.
이어서, 단계 S130에서, 제어부(140)는 감쇄 목표 전류 값(Iderate) 및 감쇄 목표 출력 값(Pderate) 중에서 적어도 하나를 포함하는 출력 파라미터를 통신 인터페이스(160)를 통해 부하 장치(200)의 제어 시스템(210)으로 전송한다. 그러면, 제어 시스템(210)은 전송된 출력 파라미터에 포함된 감쇄 목표 전류 값 또는 감쇄 목표 출력 값을 참조하여 전력 변환부(220)를 제어함으로써 감쇄 목표 전류 값 또는 감쇄 목표 출력 값의 범위 내에서 이차 전지(B)의 방전을 제어한다. 즉, 이차 전지(B)의 방전 출력을 감쇄 목표 출력 값 이하로 통제하거나, 이차 전지(B)의 방전 전류를 감쇄 목표 전류 값 이하로 통제한다. 바람직하게, 제어 시스템(210)은 전력 변환부(220)를 제어하여 감쇄 목표 전류 값을 향해 이차 전지(B)의 방전 전류 크기를 단계적으로 하향시키거나 감쇄 목표 출력 값을 향해 이차 전지(B)의 출력을 단계적으로 감소시킬 수 있다.
이어서, 단계 S80에서, 제어부(140)는 미리 설정된 설정 시간이 경과되었는지 판별한다.
만약, 단계 S80에서, YES로 판별되면, 제어부(140)는 프로세스를 단계 S90으로 이행하고, 반대로 단계 S80에서, No로 판별되면, 제어부(140)는 프로세스의 진행을 홀딩한다.
단계 S90에서, 제어부(140)는 이차 전지(B)의 동작 상태가 키오프 상태인지 판별한다.
만약, 단계 S90에서, YES로 판별되면, 제어부(140)는 이차 전지(B)의 출력 파라미터를 조정할 필요가 없으므로 프로세스를 종료한다. 반면, 단계 S90에서, NO로 판별되면, 제어부(140)는 프로세스를 단계 S100으로 이행하여 시간 인덱스 k를 갱신하고 다시 프로세스를 단계 S20으로 이행하여 앞서 서술한 단계들의 실행을 다시 반복한다.
도 6에 도시된 일련의 단계들은 주기적으로 실행된다. 따라서, 이차 전지(B)의 전압이 임계 전압 이하로 떨어지면 감쇄 목표 전류 값 및 감쇄 목표 출력 값 중 적어도 하나가 포함된 출력 파라미터가 부하 장치(200)의 제어 시스템으로 제공됨으로써, 이차 전지(B)의 전압이 임계 전압을 초과할 때까지 이차 전지(B)의 방전 전류 또는 방전 출력이 감쇄된다. 물론, 이차 전지(B)의 전압이 임계 전압을 초과하지 못하면 감쇄 목표 전류 값과 감쇄 목표 출력 값이 점점 낮아진다.
본 발명에 있어서, 감쇄 모드가 개시되는 기준이 되는 임계 전압은 지연 시간과 출력 유지 시간이라는 시간 팩터를 함께 고려하여 결정된 것이다. 따라서, 출력 파라미터가 지연 시간 이후에 적용되더라도 이차 전지(B)의 전압이 방전 하한 전압 밑으로 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 감쇄 모드에서 결정되는 출력 파라미터는 (dR/dt)max를 고려하여 충분히 감쇄된 전류 값 또는 출력 값을 포함하고 있으므로 출력 파라미터가 적용되는 동안 이차 전지(B)의 전압이 방전 하한 전압 밑으로 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
특히, 부하 장치(200)의 제어 시스템(210)에서 이차 전지(B)의 방전을 제어할 때 출력 파라미터에 포함된 값을 기준 타겟 값으로 설정하여 방전 전류 또는 출력을 단계적으로 하향시키면 방전 말기 상황에서 이차 전지(B)의 출력을 안정적이면서도 신뢰성 있게 감쇄시킬 수 있다.
상술한 실시예는 이차 전지가 방전되는 상황에서 적용될 수 있다. 하지만 본 발명은 이차 전지가 충전되는 상황에서도 유사하게 적용될 수 있다.
이차 전지가 충전되는 경우 임계 전압은 충전 상한 전압과 가깝게 설정되는데, 지연 시간 팩터와 출력 유지 시간을 동시에 고려하여 결정되는 것은 동일하다.
또한, 이차 전지(B)의 전압이 임계 전압 이상으로 증가하면 충전 전류 또는 충전 출력을 감쇄시키기 위해 감쇄 모드에서 출력 파라미터를 결정할 수 있다.
감쇄 목표 전류 값을 결정할 때 사용되는 수식 2에 있어서, Vmin은 Vmax 값으로 대체될 수 있다.
또한, 임계 전압의 레벨을 결정할 때 사용되는 방전 프로파일들은 충전 프로파일들로 대체된다.
충전 프로파일들은 이차 전지(B)의 충전 상태와 온도 별로 정전류 충전 실험을 시행하여 얻을 수 있다.
각 정전류 충전 실험에서 사용되는 충전 전류의 크기는 HPPC 법으로 정한 최대 충전 전류 값을 설정한다. 충전 최대 전류 값은 이차 전지(B)의 충전 상태와 온도에 따라 달라질 수 있다.
한편, HPPC 법으로 정한 최대 충전 전류 값이 이차 전지(B)가 견딜 수 있는 충전 상한 전류 값보다 크면 최대 충전 전류 값은 충전 상한 전류 값으로 대체될 수 있다.
또한, 감쇄 모드에서 이차 전지(B)가 충전될 때의 출력은 감쇄 목표 전류 값으로 결정된 전류 값을 기준으로 결정될 수 있다.
이차 전지(B)가 충전되는 동안 결정된 출력 파라미터는 통신 인터페이스(160)를 통해 부하 장치(200)의 제어 시스템(210)으로 제공될 수 있다.
제어 시스템(210)은 출력 파라미터가 제공되면, 전력 변환부(220)를 제어함으로써 이차 전지(B)의 충전 전류를 출력 파라미터에 포함된 전류 값 이하로 통제하거나 이차 전지(B)의 충전 출력을 출력 파라미터에 포함된 출력 값 이하로 통제한다.
또한, 바람직하게는, 제어 시스템(210)은 이차 전지(B)의 충전 전류 또는 충전 출력을 출력 파라미터에 포함된 전류 값 또는 출력 값을 향해 수렴하도록 단계적으로 감쇄시키는 제어를 행할 수 있다.
이차 전지(B)가 충전되는 동안, 이차 전지(B)의 전압이 임계 전압을 초과하지 않으면, 파워 맵을 이용하여 이차 전지(B)의 최대 충전 전류 값을 결정할 수 있고, 결정된 최대 충전 전류 값으로부터 이차 전지(B)의 충전 출력을 결정할 수 있다. 이를 위해, 파워 맵은 이차 전지(B)의 충전 상태 및 온도 별로 미리 정의된 최대 충전 전류 값에 관한 참조 데이터를 더 포함할 수 있다.
<실험예>
이하에서는 본 발명에 따른 실험예를 설명한다. 여기에서 설명되는 실험예는 본 발명의 효과를 서술하기 위해서 제공되는 것으로 본 발명의 기술적 사상이 실험예로서 개시되는 내용에 의해 한정되는 것은 아니다.
먼저, 총 용량이 36Ah이고 충전 상태가 20%인 리튬 이차 전지를 준비하였다. 리튬 이차 전지는 양극재로서 리튬 금속 산화물을, 음극재로서 그라파이트를 포함하고 있다. 이어서, 충방전 전력을 조절할 수 있는 충방전 시뮬레이터에 리튬 이차 전지를 연결하였다. 그런 다음, 25도 조건에서 360A의 크기를 갖는 방전 전류로 방전을 시키면서 방전 프로파일을 측정하였다.
이차 전지(B)의 출력을 감쇄시키는 기준이 되는 임계 전압은 2.87V로 설정하였다. 임계 전압의 결정 시 지연 시간 팩터는 2초이고, 출력 유지 시간 팩터는 6초로 설정하였다.
이차 전지(B)가 360A의 크기로 정전류 방전되는 동안 이차 전지(B)의 전압이 2.87V로 낮아졌을 때부터 본 발명의 실시예에 따라 이차 전지(B)의 방전 출력을 감쇄시켰다. 즉, 수식 2를 이용하여 감쇄 목표 전류 값을 결정하고 감쇄 목표 전류 값에 단계적으로 근접하도록 충방전 시뮬레이터를 제어하여 이차 전지(B)의 방전 전류 크기를 30A씩 단계적으로 낮추었다. 이러한 과정에서 이차 전지(B)의 전압 변화를 측정해 보았다.
수식 2의 파라미터 값들로서, Vmin은 2.5V, Vthreshold는 2.87V, (dR/dt)max는 0.4305759mΩ, R0는 0.0010618 mΩ, (t1-t0)는 6초, I0은 360A로 설정하였다.
도 7은 본 실험에서 측정한 전압 측정 결과를 보여준다. 도 7에서, 실선 그래프는, 리튬 이차 전지의 출력을 감쇄시키지 않았을 때의 전압 변화 개형을 보여준다. 반면, 점선은 리튬 이차 전지의 출력을 2.87V부터 감쇄시켰을 때의 전압 변화 개형을 보여준다.
2개의 전압 변화 개형을 비교하면, 본 발명의 실시예에 따라 리튬 이차 전지의 출력이 감쇄되었을 경우 리튬 이차 전지의 전압이 임계 전압에 도달된 이후 급격하게 떨어지지 않고 전압 감소의 정도가 감쇄되는 것을 알 수 있다.
또한, 리튬 이차 전지의 출력이 감쇄되지 않은 경우는 리튬 이차 전지의 전압이 4.5초 만에 방전 하한 전압에 도달하였다. 하지만 리튬 이차 전지의 전압이 임계 전압에 도달했을 때부터 출력 감쇄가 적용된 경우는 리튬 이차 전지의 전압 레벨이 6 초 이상의 충분한 시간 동안 방전 하한 전압보다 높게 유지된 것을 확인할 수 있다. 이러한 실험 결과는, 본 발명이 안정성이 있고 신뢰성이 있는 출력 조정 기술임을 뒷받침해 준다.
본 발명의 다양한 실시 양태를 설명함에 있어서, '~부'라고 명명된 구성 요소들은 물리적으로 구분되는 요소들이라고 하기 보다 기능적으로 구분되는 요소들로 이해되어야 한다. 따라서 각각의 구성요소는 다른 구성요소와 선택적으로 통합되거나 각각의 구성요소가 제어 로직(들)의 효율적인 실행을 위해 서브 구성요소들로 분할될 수 있다. 하지만 구성요소들이 통합 또는 분할되더라도 기능의 동일성이 인정될 수 있다면 통합 또는 분할된 구성요소들도 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 당업자에게 자명하다.
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.
본 발명에 따르면, 이차 전지를 통해 흐르는 전류의 크기나 출력이 적절한 시점에 감쇄되므로 출력 파라미터가 지연 시간 이후에 적용되더라도 이차 전지의 전압이 동작 전압 범위를 벗어나지 않는다.
또한, 이차 전지의 전압이 임계 전압으로부터 동작 한계 전압까지 변화할 때까지 소요되는 시간이 미리 설정된 출력 유지 시간보다 짧아지는 시점부터 이차 전지의 출력을 적극적으로 감쇄시킴으로써 상기 출력 유지 시간 이상으로 이차 전지의 출력을 유지시킬 수 있다.
본 발명은 이차 전지의 전압이 동작 한계 전압 근처까지 변화하였을 때 이차 전지의 전압이 동작 전압 범위를 벗어나는 것을 방지할 수 있도록 해 준다.

Claims (15)

  1. 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 각각 측정하는 전압 측정부, 전류 측정부 및 온도 측정부;
    상기 전압 측정부; 전류 측정부 및 온도 측정부와 전기적으로 연결된 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 이차 전지가 방전되는 동안, 상기 전압 측정부, 전류 측정부 및 온도 측정부로부터 측정 결과를 입력 받아 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 결정하고; 상기 전류를 이용하여 이차 전지의 충전 상태를 결정하고; 이차 전지의 전압이 미리 설정된 임계 전압 이하로 떨어지면 상기 충전 상태와 상기 온도에 대응되는 미리 정의된 저항 변화율의 최대 값과 출력 유지 시간으로부터 산출된 감쇄 목표 전류 값을 결정하고; 상기 감쇄 목표 전류 값 및 이로부터 결정되는 감쇄 목표 출력 값 중 적어도 하나를 포함하는 출력 파라미터를 이차 전지로부터 전력을 공급 받는 부하 장치의 제어 시스템으로 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 파라미터 조정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력 파라미터가 적용될 때까지 걸리는 시간을 지연 시간으로 정의할 때, 상기 임계 전압의 레벨은 이차 전지가 상기 충전 상태 및 상기 온도에 대응되는 최대 방전 전류 값으로 방전될 때 이차 전지의 전압이 상기 임계 전압으로부터 방전 하한 전압까지 낮아지는데 걸리는 시간이 상기 지연 시간보다 크고 상기 출력 유지 시간보다 작도록 설정된 것임을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 파라미터 조정 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 하기 수식에 의해 이차 전지의 감쇄 목표 전류 값을 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 파라미터 조정 시스템.
    Figure PCTKR2016013073-appb-I000004
    (Iderate는 감쇄 목표 전류 값; Vmin은 방전 하한 전압; Vthreshold는 임계 전압; I0는 이차 전지의 전압이 임계 전압에 도달되었을 때의 방전 전류 값 또는 이차 전지의 충전 상태 및 온도에 대응되는 최대 방전 전류 값; R0는 이차 전지의 내부 저항; t1-t0는 출력 유지 시간; (dR/dt)max는 이차 전지의 충전 상태 및 온도에 대응되는 방전 프로파일이 직선 V=Vthreshold 및 직선 V=Vmin과 만나는 2개의 교점 사이에서 계산한 일차 미분 값 dV/dt의 절대값들 중 최대 값을 방전 전류의 크기인 Imax로 나눈 값; Imax는 이차 전지의 충전 상태 및 온도에 대응되는 최대 방전 전류 값)
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 감쇄 목표 전류 값과 방전 하한 전압의 곱셈에 의해 감쇄 목표 출력 값을 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 파라미터 조정 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 충전 상태와 상기 온도에 대응되는 미리 정의된 저항 변화율의 최대 값을 저장하고 있는 메모리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 파라미터 조정 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부와 전기적으로 결합된 통신 인터페이스를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 통신 인터페이스를 통해 상기 출력 파라미터를 상기 제어 시스템으로 주기적으로 전송하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 파라미터 조정 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 이차 전지의 전압이 상기 임계 전압보다 높으면 이차 전지의 충전 상태 및 온도 별로 미리 정의된 최대 방전 전류 값의 데이터를 참조하여 이차 전지의 충전 상태 및 온도에 대응되는 최대 방전 전류 값을 결정하고,
    상기 최대 방전 전류 값 및 이로부터 산출된 허용 출력 값 중에서 적어도 하나를 포함하는 출력 파라미터를 상기 부하 장치의 제어 시스템으로 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 파라미터 조정 시스템.
  8. (a) 이차 전지가 방전되는 동안 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 측정하는 단계;
    (b) 상기 전류를 이용하여 이차 전지의 충전 상태를 결정하는 단계;
    (c) 이차 전지의 전압이 미리 설정된 임계 전압 이하로 떨어지면, 상기 충전 상태와 상기 온도에 대응되는 미리 정의된 저항 변화율의 최대 값과 출력 유지 시간으로부터 감쇄 목표 전류 값을 결정하는 단계;
    (d) 상기 감쇄 목표 전류 값 및 이로부터 결정되는 감쇄 목표 출력 값 중 적어도 하나를 포함하는 출력 파라미터를 결정하는 단계; 및
    (e) 상기 출력 파라미터를 이차 전지로부터 전력을 공급 받는 부하 장치의 제어 시스템으로 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 파라미터 조정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 출력 파라미터가 적용될 때까지 걸리는 시간을 지연 시간이라고 정의할 때, 상기 임계 전압의 레벨은, 이차 전지가 상기 충전 상태 및 상기 온도에 대응되는 최대 방전 전류 값으로 방전될 때 이차 전지의 전압이 상기 임계 전압으로부터 방전 하한 전압까지 낮아지는데 걸리는 시간이 상기 지연 시간보다 크고 상기 출력 유지 시간보다 작도록 설정된 것임을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 파라미터 조정 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 (c) 단계는, 하기 수식에 의해 이차 전지의 감쇄 목표 전류 값을 결정하는 단계임을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 파라미터 조정 방법.
    Figure PCTKR2016013073-appb-I000005
    (Iderate는 감쇄 목표 전류 값; Vmin은 방전 하한 전압; Vthreshold는 임계 전압; I0는 이차 전지의 전압이 임계 전압에 도달되었을 때의 방전 전류 값 또는 이차 전지의 충전 상태 및 온도에 대응되는 최대 방전 전류 값; R0는 이차 전지의 내부 저항; t1-t0는 출력 유지 시간; (dR/dt)max는 이차 전지의 충전 상태 및 온도에 대응되는 방전 프로파일이 직선 V=Vthreshold 및 직선 V=Vmin과 만나는 2개의 교점 사이에서 계산한 일차 미분 값 dV/dt의 절대값들 중 최대 값을 방전 전류의 크기인 Imax로 나눈 값; Imax는 이차 전지의 충전 상태 및 온도에 대응되는 최대 방전 전류 값)
  11. 제8항에 있어서, 상기 (d) 단계는,
    상기 감쇄 목표 전류 값과 방전 하한 전압의 곱셈에 의해 감쇄 목표 출력 값을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 파라미터 조정 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 (e) 단계는, 통신 인터페이스를 통해 상기 출력 파라미터를 상기 제어 시스템으로 전송하는 단계임을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 파라미터 조정 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    이차 전지의 전압이 상기 임계 전압보다 높으면 이차 전지의 충전 상태 및 온도 별로 미리 정의된 최대 방전 전류 값의 데이터를 참조하여 이차 전지의 충전 상태 및 온도에 대응되는 최대 방전 전류 값을 결정하는 단계;
    상기 최대 방전 전류 값 및 이로부터 산출된 허용 출력 값 중에서 적어도 하나를 포함하는 출력 파라미터를 결정하는 단계; 및
    상기 부하 장치의 제어 시스템으로 상기 출력 파라미터를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 파라미터 조정 방법.
  14. 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 각각 측정하는 전압 측정부, 전류 측정부 및 온도 측정부;
    상기 전압 측정부; 전류 측정부 및 온도 측정부와 전기적으로 연결된 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 이차 전지가 충전되는 동안 상기 전압 측정부; 전류 측정부 및 온도 측정부로부터 측정 결과를 입력 받아 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 결정하고; 상기 전류를 이용하여 이차 전지의 충전 상태를 결정하고; 이차 전지의 전압이 미리 설정된 임계 전압 이상으로 증가하면 상기 충전 상태와 상기 온도에 대응되는 미리 정의된 저항 변화율의 최대 값과 출력 유지 시간으로부터 산출된 감쇄 목표 전류 값을 결정하고; 상기 감쇄 목표 전류 값 및 이로부터 결정되는 감쇄 목표 출력 값 중 적어도 하나를 포함하는 출력 파라미터를 이차 전지에 충전 전력을 공급 하는 부하 장치의 제어 시스템으로 제공하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 파라미터 조정 시스템.
  15. (a) 이차 전지가 충전되는 동안 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 측정하는 단계;
    (b) 상기 전류를 이용하여 이차 전지의 충전 상태를 결정하는 단계;
    (c) 이차 전지의 전압이 미리 설정된 임계 전압 이상으로 상승하면, 상기 충전 상태와 상기 온도에 대응되는 미리 정의된 저항 변화율의 최대 값과 출력 유지 시간으로부터 감쇄 목표 전류 값을 결정하는 단계;
    (d) 상기 감쇄 목표 전류 값 및 이로부터 결정되는 감쇄 목표 출력 값 중 적어도 하나를 포함하는 출력 파라미터를 결정하는 단계; 및
    (e) 상기 출력 파라미터를 이차 전지에 충전 전력을 공급하는 부하 장치의 제어 시스템으로 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 출력 파라미터 조정 방법.
PCT/KR2016/013073 2015-11-13 2016-11-14 이차 전지의 출력 파라미터를 조정하는 시스템 및 그 방법 WO2017082705A1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL16864631T PL3293808T3 (pl) 2015-11-13 2016-11-14 System do kontrolowania parametrów wyjściowych baterii akumulatorowej i odpowiedni sposób
US15/567,434 US10340714B2 (en) 2015-11-13 2016-11-14 System for controlling output parameter of secondary battery, and method therefor
JP2018512157A JP6513879B2 (ja) 2015-11-13 2016-11-14 二次電池の出力パラメータを調整するシステム及びその方法
CN201680027218.3A CN107534188B (zh) 2015-11-13 2016-11-14 用于控制二次电池的输出参数的系统及其方法
EP16864631.3A EP3293808B1 (en) 2015-11-13 2016-11-14 System for controlling output parameters of secondary battery, and corresponding method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2015-0159813 2015-11-13
KR1020150159813A KR102014451B1 (ko) 2015-11-13 2015-11-13 이차 전지의 출력 파라미터를 조정하는 시스템 및 그 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017082705A1 true WO2017082705A1 (ko) 2017-05-18

Family

ID=58696191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2016/013073 WO2017082705A1 (ko) 2015-11-13 2016-11-14 이차 전지의 출력 파라미터를 조정하는 시스템 및 그 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10340714B2 (ko)
EP (1) EP3293808B1 (ko)
JP (1) JP6513879B2 (ko)
KR (1) KR102014451B1 (ko)
CN (1) CN107534188B (ko)
PL (1) PL3293808T3 (ko)
WO (1) WO2017082705A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114475289A (zh) * 2022-02-28 2022-05-13 西安特来电领充新能源科技有限公司 一种在线充电控制方法
CN115441541A (zh) * 2022-09-09 2022-12-06 Oppo广东移动通信有限公司 系统功耗的计算方法和电子设备

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102038610B1 (ko) * 2016-12-05 2019-10-30 주식회사 엘지화학 배터리 관리 장치 및 방법
KR102101912B1 (ko) * 2017-02-17 2020-04-17 주식회사 엘지화학 에너지 저장장치 충전상태 추정방법
CN107204493B (zh) * 2017-04-28 2020-09-29 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池充电方法、装置和设备
CN110710050B (zh) * 2017-06-08 2023-02-17 松下知识产权经营株式会社 蓄电系统、管理装置
CN110892606B (zh) 2017-09-11 2023-07-07 松下知识产权经营株式会社 蓄电系统、管理装置
US10913325B2 (en) * 2017-09-22 2021-02-09 Thermo King Corporation Methods and systems for determining unit shutdown based on system operational parameters
KR102200550B1 (ko) 2017-10-10 2021-01-07 주식회사 엘지화학 이차 전지의 충전 상태를 추정하기 위한 장치
WO2019077708A1 (ja) * 2017-10-18 2019-04-25 日本たばこ産業株式会社 吸引成分生成装置、吸引成分生成装置を制御する方法、及びプログラム
CN109541488B (zh) * 2018-11-26 2020-11-06 瑞浦能源有限公司 一种基于电池负载状态的电流控制方法
JP7276676B2 (ja) * 2019-01-28 2023-05-18 トヨタ自動車株式会社 二次電池の評価方法、二次電池の評価装置および電源システム
CN112305941A (zh) * 2019-07-30 2021-02-02 苏州科瓴精密机械科技有限公司 一种机器的控制方法
CN112537219A (zh) * 2019-09-20 2021-03-23 比亚迪股份有限公司 动力电池低温充电控制方法、车辆和介质
TWI744721B (zh) * 2019-11-19 2021-11-01 廣達電腦股份有限公司 電池裝置及其控制方法
CN113740745B (zh) * 2020-05-29 2024-08-16 北京金风科创风电设备有限公司 电池检测方法、装置、介质及系统
US11392151B2 (en) * 2020-07-29 2022-07-19 Cirrus Logic, Inc. Dual-level detection to reduce voltage droop on critical battery voltage nodes
DE102020215326A1 (de) * 2020-12-03 2022-06-09 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Ermittlung einer Kabel- und/oder Steckertemperatur an einem elektrischen Antrieb
KR20220100331A (ko) * 2021-01-08 2022-07-15 주식회사 엘지에너지솔루션 최대 방전 전류 예측 방법 및 이를 이용한 배터리 시스템
CN112821512B (zh) * 2021-02-07 2023-08-08 深圳拓邦股份有限公司 一种充电机充电控制方法及系统
CN113241828B (zh) * 2021-05-24 2023-01-31 超威电源集团有限公司 一种充电器充电制式的通用检测方法
CN113525109B (zh) * 2021-08-12 2023-02-03 长春捷翼汽车零部件有限公司 一种放电控制方法、装置、电子设备及存储介质
CN116093455B (zh) * 2023-01-18 2024-04-19 铁塔能源有限公司 一种电池管理方法、装置及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08140270A (ja) * 1994-11-04 1996-05-31 Mitsubishi Electric Corp 二次電池のパラメータ測定方法ならびにそれを用いた二次電池の充放電制御方法および寿命予測方法、ならびに、二次電池の充放電制御装置およびそれを用いた電力貯蔵装置
KR100680901B1 (ko) * 2006-02-28 2007-02-09 김금수 배터리 관리 시스템 및 그 제어 방법
KR20070049315A (ko) * 2005-11-08 2007-05-11 주식회사 팬택 충전 전류를 세팅하는 배터리 충전 장치를 갖는 이동통신단말기 및 그 충전 방법
JP2007236115A (ja) * 2006-03-01 2007-09-13 Enax Inc 二次電池の充電方法及び装置
KR20110090212A (ko) * 2010-02-03 2011-08-10 삼성전자주식회사 휴대용 장치에서 배터리 충전 시간을 감소시키기 위한 장치 및 방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4275078B2 (ja) * 2005-01-13 2009-06-10 三洋電機株式会社 電池の制限電流制御方法
JP2008253129A (ja) * 2007-03-07 2008-10-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd リチウム系二次電池の急速充電方法およびそれを用いる電子機器
JP2008276950A (ja) * 2007-04-25 2008-11-13 Toshiba Corp 二次電池システム
JP5106272B2 (ja) * 2008-06-30 2012-12-26 パナソニック株式会社 劣化判定回路、電源装置、及び二次電池の劣化判定方法
JP5018681B2 (ja) * 2008-08-01 2012-09-05 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池の制御方法、及び、リチウムイオン二次電池システム
JP2012168728A (ja) * 2011-02-14 2012-09-06 Mitsumi Electric Co Ltd 保護モジュール及び該保護モジュールにおける状態情報管理方法
JP5729475B2 (ja) * 2011-08-04 2015-06-03 トヨタ自動車株式会社 車両および車両の制御方法
KR20130134188A (ko) * 2012-05-30 2013-12-10 주식회사 엘지화학 이차 전지의 충전량 보상 장치 및 방법
JP5967638B2 (ja) * 2013-03-04 2016-08-10 エルジー・ケム・リミテッド 混合正極材を含む二次電池の出力推定装置及び方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08140270A (ja) * 1994-11-04 1996-05-31 Mitsubishi Electric Corp 二次電池のパラメータ測定方法ならびにそれを用いた二次電池の充放電制御方法および寿命予測方法、ならびに、二次電池の充放電制御装置およびそれを用いた電力貯蔵装置
KR20070049315A (ko) * 2005-11-08 2007-05-11 주식회사 팬택 충전 전류를 세팅하는 배터리 충전 장치를 갖는 이동통신단말기 및 그 충전 방법
KR100680901B1 (ko) * 2006-02-28 2007-02-09 김금수 배터리 관리 시스템 및 그 제어 방법
JP2007236115A (ja) * 2006-03-01 2007-09-13 Enax Inc 二次電池の充電方法及び装置
KR20110090212A (ko) * 2010-02-03 2011-08-10 삼성전자주식회사 휴대용 장치에서 배터리 충전 시간을 감소시키기 위한 장치 및 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3293808A4 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114475289A (zh) * 2022-02-28 2022-05-13 西安特来电领充新能源科技有限公司 一种在线充电控制方法
CN114475289B (zh) * 2022-02-28 2024-02-02 西安领充无限新能源科技有限公司 一种在线充电控制方法
CN115441541A (zh) * 2022-09-09 2022-12-06 Oppo广东移动通信有限公司 系统功耗的计算方法和电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
KR102014451B1 (ko) 2019-08-26
JP2018533338A (ja) 2018-11-08
KR20170056301A (ko) 2017-05-23
CN107534188A (zh) 2018-01-02
EP3293808A4 (en) 2018-04-11
US10340714B2 (en) 2019-07-02
JP6513879B2 (ja) 2019-05-15
CN107534188B (zh) 2020-02-14
US20180090962A1 (en) 2018-03-29
EP3293808A1 (en) 2018-03-14
EP3293808B1 (en) 2019-04-03
PL3293808T3 (pl) 2019-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017082705A1 (ko) 이차 전지의 출력 파라미터를 조정하는 시스템 및 그 방법
WO2018105881A1 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
WO2018139764A2 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
WO2018235995A1 (ko) 전기자동차용 배터리의 열화 발생을 저감하면서 고속충전과 최대방전을 수행하기 위한 방법 및 그 장치
WO2016053055A1 (ko) 신속하게 절연 저항을 측정할 수 있는 절연 저항 측정 장치 및 방법
WO2018199434A1 (ko) 수치적 시뮬레이션 데이터 기반 배터리의 수명 상태 예측 방법
WO2017034277A1 (ko) 이차 전지의 퇴화도 추정 장치 및 방법
WO2017034275A1 (ko) 이차 전지의 충전 조건 조정 장치 및 방법
WO2020153637A1 (ko) 배터리 관리 장치, 배터리 관리 방법 및 배터리 팩
WO2019074221A1 (ko) 이차 전지의 충전 상태를 추정하기 위한 장치 및 그 방법
WO2019017596A1 (ko) 무선 배터리 관리 시스템 및 이를 포함하는 배터리팩
WO2018038383A1 (ko) 배터리 셀의 성능 테스트 장치 및 방법
WO2010016647A1 (en) Apparatus and method for estimating state of health of battery based on battery voltage variation pattern
WO2021080161A1 (ko) 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 관리 방법
WO2019098722A1 (ko) 배터리 저항 추정 장치 및 방법
WO2016068652A2 (ko) 개방전압 추정 장치 및 방법
WO2018124514A1 (ko) 배터리 관리 장치 및 이를 이용한 리튬인산철 셀의 과전압 보호 방법
WO2020189914A1 (ko) 배터리 상태 추정 장치
WO2022019664A1 (ko) 병렬 멀티 팩 모듈의 출력 제어 장치 및 방법
WO2020130430A1 (ko) 이차 전지 팩의 충전 제어 장치 및 방법
WO2021118049A1 (ko) 전극의 상대적 퇴화도를 이용한 이차 전지의 동작 제어 장치 및 방법
WO2020162675A1 (ko) 배터리 관리 장치, 배터리 관리 방법 및 배터리 팩
WO2020145768A1 (ko) 배터리 팩 진단 장치
WO2018194225A1 (ko) 배터리 모니터링 및 보호 시스템
WO2022108344A1 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16864631

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15567434

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018512157

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE