WO2019164263A1

WO2019164263A1 - 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 장치 및 방법

Info

Publication number: WO2019164263A1
Application number: PCT/KR2019/002070
Authority: WO
Inventors: 임보미
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2018-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2019-08-29

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출하는 방법은, 상기 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 인가하는 전류 인가 단계, 상기 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류가 인가되는 동안의 상기 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 제1 전압 측정 단계, 상기 에너지 저장 시스템에 인가되던 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 끊은 후, 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 제2 전압 측정 단계, 상기 제1 전압 측정 단계에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압, 제2 전압 측정 단계에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압 및 상기 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 기반으로 에너지 저장 시스템의 저항(R) 및 커패시턴스(C)를 산출하는 저항(R) 및 커패시턴스(C) 산출 단계를 포함하여 구성된다.

Description

에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 장치 및 방법

본 발명은 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

구체적으로는, 확장 칼만 필터에 사용되는 전압 모델의 정확도를 높여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 정확하게 산출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

산업의 발달과 더불어 전력의 수요가 증대되고 있으며 주야간, 계절간, 일별간의 전력 사용량의 격차가 점차 심화되고 있다. 최근에 이러한 이유로 계통의 잉여 전력을 활용하여 피크 부하를 삭감하기 위한 많은 기술들이 빠르게 개발되고 있다.

이러한 기술들 중에서 대표적인 것이 계통의 잉여 전력을 배터리에 저장하거나 계통의 부족 전력을 배터리에서 공급해주는 에너지 저장 시스템이다.

이러한 에너지 저장 시스템의 수명을 오래 유지하고 안전하게 사용하기 위해서는 에너지 저장 시스템을 적정 충전용량 범위 안에서 구동하여야 하고, 에너지 저장 시스템의 수명은 충/방전 횟수에 따라 크게 달라진다.

따라서 에너지 저장 시스템의 전류, 전압 및 온도를 측정하여 에너지 저장 시스템의 충전용량(SOC)를 정확히 산출함에 따라 에너지 저장 시스템의 상태를 파악하는 것이 중요하다.

종래의 에너지 저장 시스템의 충전용량(SOC)를 산출하는 방법은 전류 적산법이 있었다. 그러나 종래의 전류 적산법은 전류를 측정하는 전류 센서에 오차가 존재하고, 전류를 적산하는 과정에서 전류 센서의 오차 또한 적산되어 정확한 충전용량을 산출하기는 어려웠다.

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 다른 종래 기술로는, 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출할 때, 상기 전류 센서에서 측정되는 전류를 기반으로 충전용량을 산출하는 전류 적산 방식과 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 확장 칼만 필터에 대입하여 충전용량을 산출하는 방법이 있었다.

그러나, 종래의 확장 칼만 필터에 전류 적산 방식과 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 사용하는 기술에서도 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)의 정확도가 떨어져서 최종적으로 산출되는 충전용량에 오차가 발생하는 문제점이 여전히 존재하였다.

따라서, 본 발명에서는 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)를 정확하게 산출하고, 전압 모델의 비중이 높은 칼만 필터를 사용하여 최종적으로 산출되는 에너지 저장 시스템의 충전용량의 오차를 줄이는 장치 및 방법을 제안한다.

(선행기술문헌) 한국공개특허공보 10-2013-0105123

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 정확하게 산출하여 에너지 저장 시스템의 정확한 충전용량을 산출하는 장치 및 방법을 제공한다.

보다 구체적으로는 에너지 저장 시스템의 전압 모델에 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)를 정확하게 산출하여 정확한 전압 모델을 확장 칼만 필터에 대입함으로써, 정확한 충전용량을 산출하는 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 저항(R) 및 커패시턴스(C)를 산출하는 방법은, 상기 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 인가하는 전류 인가 단계, 상기 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류가 인가되는 동안의 상기 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 제1 전압 측정 단계, 상기 에너지 저장 시스템에 인가되던 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 끊은 후, 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 제2 전압 측정 단계, 상기 제1 전압 측정 단계에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압, 제2 전압 측정 단계에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압 및 상기 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 기반으로 에너지 저장 시스템의 저항(R) 및 커패시턴스(C)를 산출하는 저항(R) 및 커패시턴스(C) 산출 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 전류 인가 단계에서 인가되는 일정한 값을 가지는 소정의 전류는 c-rate가 낮은 전류이다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 낮은 c-rate로 산출된 저항(R) 및 커패시턴스(C)를 기반으로 산출되는 에너지 저장 시스템의 전압 모델 및 확장 칼만 필터를 사용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법은, 상기 확장 칼만 필터의 상태 변수를 산출하는 상태 변수 산출 단계, 상기 상태 변수를 상기 확장 칼만 필터에 대입하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 에너지 저장 시스템 충전용량 산출 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 확장 칼만 필터는, 상기 상태 변수를 시간 업데이트 시키는 단계, 상기 상태 변수의 오차 공분산을 시간 업데이트하는 단계, 상기 확장 칼만 필터의 칼만 게인(gain)을 산출하는 단계, 상기 게인(gain)을 이용하여 상태 변수를 추정하는 단계, 상기 게인(gain)을 이용하여 상기 상태 변수의 오차 공분산을 보정하는 단계를 반복 수행할 수 있다.

상기 상태 변수 산출 단계는, 상기 에너지 저장 시스템의 충전용량에 대한 상태변수를 생성하는 충전용량 상태변수 산출 단계 및 상기 에너지 저장 시스템의 전압에 대한 상태변수를 생성하는 전압 상태변수 산출 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 충전용량 상태변수 산출 단계는, 상기 에너지 저장 시스템의 전류를 적산하여 충전용량 상태 변수를 산출하고, 산출된 충전용량 상태변수는 확장 칼만 필터에서 수식1을 기반으로 상기 에너지 저장 시스템의 전류를 적산하여 산출된 충전용량 상태 변수를 시간 업데이트 할 수 있다.

(수식1)

(단, Q_capacity: 이차 전지의 용량, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)

상기 전압 상태 변수 산출 단계는, 전압 모델 회로를 사용하여 상기 에너지 저장 시스템의 전압 상태 변수를 산출하고, 상기 산출된 전압 상태변수는 확장 칼만 필터에서 수식 2를 기반으로 상기 에너지 저장 시스템의 전압 상태 변수를 시간 업데이트 할 수 있다.

(수식2)

(단, R1 및 C1은 도 5의 회로 모델에 포함된 저항 및 커패시턴스 값, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템은, 복수개의 배터리 랙; 및 상기 복수개의 배터리 랙을 제어하는 BSC(Battery Section Controller)를 포함하여 구성되며, 상기 BSC는, 에너지 저장 시스템의 출력 전압을 측정하는 전압 측정부, 에너지 저장 시스템의 출력 전류를 측정하는 전류 측정부, 0,1c-rate의 전류로 산출된 온도 별 에너지 저장 시스템의 저항(R) 및 커패시턴스(C) 룩업 테이블이 저장되어 있는 저장부 및 상기 측정된 전압과 전류 및 산출된 저항 및 커패시턴스를 기반으로 에너지 저장 시스템의 충전 용량을 산출하는 충전 용량 산출부를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 전압 측정부는, 상기 에너지 저장 시스템에 소정의 전류가 인가되는 동안의 에너지 저장 시스템의 전압인 제1 전압 및 상기 에너지 저장 시스템에 인가되는 전류가 끊긴 후에 에너지 저장 시스템의 전압인 제2 전압을 측정할 수 있다.

상기 충전 용량 산출부는, 상기 룩업 테이블의 저항 및 커패시턴스를 기반으로 에너지 저장 시스템의 전압에 대한 상태 변수를 산출하는 전압 상태 변수 산출부, 및 상기 측정된 에너지 저장 시스템의 출력 전류를 적산하는 전류 적산법을 이용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량에 대한 상태 변수를 산출하는 충전용량 상태 변수 산출부를 포함하여 구성되며, 상기 산출된 전압 상태 변수 및 충전용량 상태 변수를 칼만 필터에 대입하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출할 수 있다.

본 발명은, 에너지 저장 시스템의 전압 모델에 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)를 정확하게 산출하여 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 정확하게 산출할 수 있다.

또한, 본 발명은 정확한 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출함으로써, 에너지 저장 시스템의 충전용량을 정확하게 산출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출하는 방법을 나타낸 순서도이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 확장 칼만 필터의 동작을 나타낸 순서도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 전압 모델 산출하는데 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출하는 실제 실험 방법(DCPR)을 나타낸 도면이다.

도 4는 종래의 전압 모델을 기반으로 산출된 방전 후의 충전용량의 변화와 본 발명의 전압 모델 산출 방법으로 산출된 충전용량의 변화를 비교한 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 전압을 산출하는 전압 모델 회로이다.

도 6은 본 발명의 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항 및 커패시턴스 산출 방법을 사용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법을 사용하여 산출된 충전용량과 종래 기술(전류 적산 방법만 사용)로 산출된 충전용량을 비교하는 도면이다.

도 7은 오차 조건을 반영하여 본 발명의 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항 및 커패시턴스 산출 방법을 사용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법을 사용하여 산출된 충전용량과 기존 알고리즘(높은 c-rate로 산출된 전압 모델 및 칼만필터에서 전압 모델 비중이 낮은 알고리즘을 사용하는 종래기술)으로 산출된 충전용량을 비교하는 도면이다.

도 8은 기존 알고리즘과 본 발명의 충전용량 추정 방법을 사용하여 용량 테스트를 한 결과를 비교한 도면이다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

1. 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항(R) 및 커패시턴스(C)를 산출하는 방법.

종래의 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법으로서 전류 적산 방법을 사용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하였다. 전류 적산 방법은 충전 전류와 방전 전류를 시간에 따라 적분하여 충전용량을 결정한다. 그러나, 전류 적산 방법은, 충전 전류와 방전 전류를 측정하는 전류 센서에 오차가 존재하고, 이러한 오차는 전류를 적산하는 시간이 누적됨에 따라 같이 누적되어, 최종적으로 전류 적산 방법으로 산출되는 충전용량의 정확도가 떨어지게 된다.

종래에는 이러한 문제를 해결하기 위해 에너지 자장 시스템의 전압 모델과 전류 적산 방법 두 가지를 확장 칼만 필터에 대입하여 보다 정확한 충전용량을 산출하였다.

그러나, 종래에는 확장 칼만 필터에 대입되는 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)가 정확하게 산출되지 않아 에너지 저장 시스템의 충전용량에 오차가 여전히 존재하였다.

따라서 본 발명에서는 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)를 정확하게 산출하는 방법을 제안한다.

도 1은 본 발명의 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출하는 방법이다.

본 발명은 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C)가 사용된다.

본 발명의 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C) 산출 방법은 낮은 c-rate의 전류를 사용하는 특징이 있다.

본 발명에서 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C) 산출 방법은, 도 3과 같은 DCPR 방법을 사용하여 산출될 수 있다.

이하에서는 도 1 및 도 3을 참조하여 본 발명의 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출하는 방법을 설명한다.

1-1. 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 인가하는 전류 인가 단계(S110)

본 발명은 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 인가하여 에너지 저장 시스템의 전압 변화를 측정하고, 이를 기반으로 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C) 값을 산출한다.

상기 전류 인가 단계는, 소정의 충전용량으로 충전되어 있는 상태의 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 인가하는 단계이다. 이와 같이 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 에너지 저장 시스템에 인가한 후, 다음의 제1 전압 측정 단계를 수행한다.이 때, 인가되는 일정한 값을 가지는 소정의 전류는, 낮은 c-rate를 가지는 전류이다. c-rate는 전류의 세기를 의미할 수 있다.

인가되는 일정한 값을 가지는 전류는 통산 2 내지 3 c-rate 이상을 가지는 전류를 사용한다. 그런데 본 발명의 발명자는 2 내지 3c-rate보다 낮은 c-rate 전류를 인가하여 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 값을 보다 정확하게 산출하는 것을 발명하였다.

따라서, 본 발명에서의, 상기 낮은 c-rate 전류는, 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스를 측정할 수 있는 최소 전류 값 내지는 2c-rate 사이 값을 가지는 전류일 수 있다.

바람직하게는 상기 낮은 c-rate를 가지는 전류는 0.1c-rate의 전류일 수 있으며, 이는 1c-rate의 전류의 1/10에 해당하는 값이다.

높은 c-rate를 가지는 전류를 인가하면, 전류의 인가가 끝난 후 에너지 저장 시스템의 전압이 변동이 발생한다. 이에 비해, 낮은 c-rate를 가지는 전류를 인가하면, 전류 인가가 끝난 후, 에너지 저장 시스템의 전압이 빠르게 안정되어 보다 정확한 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출할 수 있다.

1-2. 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류가 인가되는 동안의 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 제1 전압 측정 단계(S120)

본 발명의 제1 전압 측정 단계는, 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류가 흐르는 동안에 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 단계이다.

구체적으로, 상기 전압 인가 단계에서 소정의 충전용량으로 충전되어 있는 상태의 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 인가하면, 상기 에너지 저장 시스템의 전압은 소정의 값만큼 변동된다. 이때 측정되는 에너지 저장 시스템의 전압은 후술하는 저항(R), 커패시턴스(C) 산출 단계에서 사용된다.

1-3. 에너지 저장 시스템에 인가되던 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 끊은 후, 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 제2 전압 측정 단계(S130)

본 발명의 제2 전압 측정 단계는, 상기 제1 전압 측정 단계가 끝난 후, 일정한 값을 가지는 소정의 전류의 인가를 종료하고, 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 단계이다.

구체적으로, 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류가 인가되다가 끊어지게 되면, 에너지 저장 시스템의 전압은 변동 된다. 예컨대, 충전 방향으로 전류가 인가되다가 전류가 끊어지는 경우에는 에너지 저장 시스템의 전압이 떨어지고, 방전 방향으로 전류가 인가되다가 전류가 끊어지는 경우에는 에너지 저장 시스템의 전압이 상승할 수 있다. 이때의 측정되는 에너지 저장 시스템의 전압 변동은 후술하는 저항(R) 및 커패시턴스(C) 산출 단계에서 사용된다.

1-4. 상기 제1 전압 측정 단계에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압, 제2 전압 측정 단계에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압 및 상기 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 기반으로 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출하는 저항(R), 커패시턴스(C) 산출 단계(S140)

본 발명의 저항(R), 커패시턴스(C) 산출 단계는, 상기 제1 전압 측정 단계(S120)에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압, 제2 전압 측정 단계(S130)에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압 및 상기 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 기반으로 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출하는 단계이다. 구체적으로, 에너지 저장 시스템에 인가되는 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 알고 있고, 상기 일정한 값을 가지는 소정의 전류의 흐름 유무에 따른 전압을 알고 있으므로, 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출할 수 있다.

예를 들어, 도 5의 회로에서 상기 Vcell은 OCV 전압과 R₀에 인가되는 전압 및 C₁에 인가되는 전압을 합한 값이다. 한편, OCV 값은 배터리 셀의 충전용량에 따라 기설정되어 있는 값이고, R₀의 저항 값은 시간 t에 측정되는 Vcell전압(V_t)과 시간 t+1에서 측정되는 Vcell전압(V_t+1)과의 차이를 회로에 흐르는 낮은 c-rate 전류로 나눈 값으로 R₀에 인가되는 전압 또한 알 수 있다.따라서, C₁에 인가되는 전압 값과 전류 값을 알고 있으므로, R₁값과 C₁ 값을 산출할 수 있다.

이와 같은 방법으로 에너지 저장 시스템의 온도를 변경하면서 반복 산출된 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C)를 온도 별 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 룩업 테이블 형태로 제작하여 저장될 수 있다.

한편, 본 발명에서는 낮은 c-rate(0.1c-rate)를 가지는 전류를 사용했으므로, 상기 제2 전압 측정 단계에서 측정되는 에너지 저장 시스템의 전압이 전류가 흐르지 않은 후에 빠르게 안정되므로, 전류가 흐를 때의 에너지 저장 시스템의 전압과 전류가 흐르지 않을 때의 에너지 저장 시스템의 전압이 정확하게 측정된다.

따라서, 상술한 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C) 산출 방법을 사용하여 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하고, 이를 기반으로 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하면, 에너지 저장 시스템의 충전용량을 정확하게 산출할 수 있다.

한편, 본 발명의 전류 인간 단계와 제1 전압 측정 단계 사이, 제1 전압 측정 단계와 제2 전압 측정 단계 사이에는 소정의 휴지(rest)시간이 있을 수 있다.

이하에서는 상술한 본 발명의 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C) 산출 방법을 사용하여 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 정확하게 산출하고, 이를 기반으로 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법을 설명한다.

2. 본 발명의 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법.

종래의 에너지 저장 시스템의 충전용량은 전압 모델과 전류 적산 모델을 확장 칼만 필터의 상태 변수로 대입하여 산출하였다. 그러나 종래에는 전압 모델을 산출할 때 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C) 값이 정확하게 산출되지 않아 산출되는 충전용량에서 오차가 발생하였다.

구체적으로 종래에는 전압 모델을 산출할 때 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)을 산출할 때, 2 내지 3 c-rate 정도의 높은 c-rate의 전류를 사용하여 산출하였다.

그러나 본 발명에서는 전압 모델을 산출할 때 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출할 때, 낮은 c-rate의 전류를 사용함으로써 저항(R), 커패시턴스(C)의 산출 정확도를 높였다.

한편, 상기 낮은 c-rate 전류는, 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스를 측정할 수 있는 최소 전류 값 내지는 2c-rate 사이 값일 수 있다.

바람직하게는 상기 낮은 c-rate를 가지는 전류는 0.1c-rate의 전류일 수 있으며, 이는 1c-rate의 전류의 1/10에 해당하는 값이다.도 4는 종래의 전압 모델을 기반으로 산출된 방전 후의 충전용량의 변화와 본 발명의 전압 모델 산출 방법으로 산출된 충전용량의 변화를 비교한 도면이다.

도 4를 살펴보면, 종래의 방식으로 산출된 저항(R), 커패시턴스(C)을 기반으로 전압 모델을 산출하면, 방전 후 확장 칼만 필터로 산출되는 충전용량의 변화율(3%)이 큰 것을 확인할 수 있다.

방전 이후에는 충전용량의 변화가 없는 것이 정상인데, 종래 방식은 3%의 변화율이 있어, 종래의 방식은 부정확하다.

그러나 상술한 본 발명과 같이 낮은 c-rate의 전류를 사용하여 산출된 저항(R), 커패시턴스(C)을 기반으로 전압 모델을 산출하면, 방전 후 확장 칼만 필터로 산출되는 충전용량의 변화율(0.5%)이 매우 작은 것을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명은, 방전 이후에 충전용량의 변화율이 작으므로, 보다 정확하게 충전용량을 산출하는 효과를 가짐을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법을 사용하면 종래보다 정확한 충전용량을 산출할 수 있다.

한편, 확장 칼만 필터는 동적인 시스템에 대해서 외부에서 측정 가능한 변수와 시스템의 외란(외부 오차)을 고려하여 시스템의 상태를 확률 통계적으로 추정할 수 있는 적응적인 소프트웨어 알고리즘이다.

구체적으로 확장 칼만 필터는, 상태 변수를 시간 업데이트 시키는 단계, 상기 상태 변수의 오차 공분산을 시간 업데이트하는 단계, 상기 확장 칼만 필터의 칼만 게인(gain)을 산출하는 단계, 상기 산출된 칼만 게인(gain)을 이용하여 상태 변수를 추정하는 단계; 상기 게인(gain)을 이용하여 상기 상태 변수의 오차 공분산을 보정하는 단계를 반복 수행할 수 있다.

즉, 확장 칼만 필터는, 추정->보정->추정->보정을 반복적으로 수행하여 오차를 감소시키는 방법이다.

본 발명에 있어서, 확장 칼만 필터의 상태 방정식은 상태 변수를 포함하여 구성되고 상태 변수를 시간에 따라 업데이트 시킨다. 상태 변수로는 에너지 저장 시스템의 충전용량 상태 변수와 에너지 저장 시스템의 전압 상태 변수가 사용된다.

2.1 상태 변수 중 하나인 에너지 저장 시스템의 충전용량 상태 변수를 산출하는 방법

본 발명의 상태 변수 중 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법은, 에너지 저장 시스템의 전류를 측정하고 측정된 전류를 적산함으로써 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출할 수 있다.

에너지 저장 시스템의 전류를 측정하는 방법으로는 에너지 저장 시스템을 제어 및 관리하는 에너지 저장 시스템 제어부에서 측정되는 에너지 저장 시스템의 전류 정보를 이용할 수 있다.

즉, 충전용량 상태 변수의 초기 값은 에너지 저장 시스템의 전류를 측정하고, 이를 적류 적산법으로 적산함으로써, SOC₁ 값이 산출될 수 있다.

상술한 방법으로 산출되는 에너지 저장 시스템의 충전용량 상태 변수는 확장 칼만 필터에서 아래 수식1로 시간 업데이트될 수 있다.

(수식1)

2.2 상태 변수 중 에너지 저장 시스템의 전압 상태 변수를 산출하는 방법.

본 발명의 상태 변수 중 에너지 저장 시스템의 전압 상태 변수를 산출하는 방법은 도 5의 전압 모델 회로를 사용하여 산출될 수 있다.

도 5의 전압 모델 회로는, 에너지 저장 시스템에 흐르는 소정의 전류 값에 따라 가변되는 개방전압원(210), 적어도 하나의 저항(R0(220), R1(230)), 적어도 하나의 커패시터(C1)을 포함하여 구성된다. 상기 전압 모델 회로를 구성하는 저항(R0(220), R1(230))과 커패시터(C1)의 값은 앞서 설명한 본 발명의 실시 예에 따라 낮은 c-rate의 일정한 값을 가지는 전류로 산출되어 저장되는 온도 별 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 룩업 테이블에서 검출할 수 있다.

이와 같이 온도 별 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 룩업 테이블에서 상기 전압 모델 회로를 구성하는 저항 및 커패시턴스 값을 검출하게 되면, 전압 상태 변수의 초기 값인 V₁ 값이 산출될 수 있다.

구체적으로, R₁, C₁, R₀각각의 값과 R₁, C₁, R₀각각에 흐르는 전류를 알고 있으므로, C₁에 인가되는 전압인 V₁값을 산출할 수 있다.

한편, 상술한 방법으로 산출되는 에너지 저장 시스템의 전압 상태 변수는 아래 수식 2를 사용하여 확장 칼만 필터에서 시간 업데이트될 수 있다.

(수식2)

2.3 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 에너지 저장 시스템 충전용량 산출 단계

한편, 수식 3은 본 발명의 확장 칼만 필터에 상태 변수로 사용되는 상기 수식1(충전용량 상태 변수를 시간 업데이트하는 수식) 및 수식2(전압 상태 변수를 시간 업데이트하는 수식)를 벡터 상태 방정식으로 나타낸 수식이다.

(수식3)

(단, capacity: 이차 전지의 용량 R1 및 C1은 도 5의 회로 모델에 포함된 저항 및 커패시턴스 값, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)

상기 수식3을 확장 칼만 필터의 초기 값(k=0 일 때)으로 집어 넣어 에너지 저장 시스템의 충전용량을 정확하게 산출될 수 있다.

본 발명에서 사용되는 확장 칼만 필터는, 다음의 절차 (시간 업데이트(추정)->측정 업데이트(보정)->시간 업데이트(추정)->측정 업데이트 (보정))를 반복적으로 수행하여 산출되는 충전용량의 오차를 줄일 수 있다.

(P : 오차 공분산, H : 변환 계수, K : 칼만 게인, Q : 참 값에 대한 표준 편차 A : 상태 변수(수식3), z : 관측 값, R : 관측 참값과의 오차, k : 단계의 차수, u : 추가 입력 값, I : 단위행렬)

그리고 확장 칼만 필터의 오차는 입력되는 상태변수의 오차가 작을수록 더 정확한 값을 산출할 수 있다.

다시 말해, 본 발명은, 상기 낮은 c-rate의 전류로 산출된 저항(R), 커패시턴스(C) 값으로 정확한 전압 모델을 산출하여 확장 칼만 필터에 대입하므로, 종래 기술로 산출된 전압 모델에 비해 오차가 줄어들 수 있다.

<구체적인 실험 데이터>

이하에서는 본 발명의 특징인 낮은 c-rate를 사용하여 측정된 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C)을 사용하여 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 생성하고, 이를 기반으로 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출한 결과 데이터와 종래 기술들로 산출된 충전용량의 결과 데이터를 비교하여 설명한다.

표1 및 도 6은 본 발명의 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항 및 커패시턴스 산출 방법을 사용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법을 사용하여 산출된 충전용량과 종래 기술(전류 적산 방법만 사용)로 산출된 충전용량을 비교하는 표 및 도면이다.

실험 환경	온도	25도			35도
실험 환경	C-rate	0.1C	0.3C	1C	0.1C	0.3C	1C
본 발명의 방법	외부오차 X	2.59%	2.21%	2.79%	1.8%	1.37%	2.32%
	외부오차 O	4.88%	4.11%	4.56%	4.99%	4.07%	4.09%
	SOC 오차 증가 량	2.29%	1.90%	1.77%	3.19%	2.70%	1.77%
종래기술	외부오차 X	1.02%	1.11%	0.85%	0.98%	1.19%	1.52%
	외부오차 O	7.55%	7.91%	8.04%	7.98%	8.42%	8.92%
	SOC 오차 증가 량	6.53%	6.80%	7.19%	7.00%	7.23%	7.40%

표 1에서, 상기 외부 오차는, 전류 센서에 의한 오차이다. 한편, 상기 외부 오차의 유무에 따른 온도 별 오차 값은, 실제 측정한 충전용량 값과 본 발명 또는 종래 방식에 의한 산출 방법으로 산출된 충전용량 값과의 차이이다.

표 1 및 도 6을 살펴보면, 외부 오차가 존재하지 않는 경우(전류 센서에 오차가 없는 경우)에는 종래 기술로 산출된 SOC(충전용량)의 오차가 본 발명의 방법으로 산출된 SOC 오차 보다 적은 것을 확인할 수 있다. 이에 비해 외부 오차가 존재하는 경우에는 본 발명의 방법으로 산출된 SOC 오차가 종래 기술로 산출된 SOC 오차보다 적은 것을 확인할 수 있다. 또한, 외부 오차가 존재했을 때, SOC 오차 증가율을 살펴보더라도 본 발명의 방법으로 산출된 SOC의 오차는 최대 3%정도인데 비해 종래 기술로 산출된 SCO오차는 최대 7%가 넘어 2배가 넘는 차이가 난다.

따라서, 외부 오차가 없는 경우에는 종래 기술이 보다 정확하지만, 실제 에너지 저장 시스템에 사용되는 환경에서는 전류 센서에는 오차가 발생할 수 밖에 없으므로, 실제 사용 환경에서 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법은, 본 발명의 방법이 종래 기술의 방법보다 정확하다고 할 수 있다.

한편, 표 2 및 도 7은 오차 조건을 반영하여 본 발명의 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항 및 커패시턴스 산출 방법을 사용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법을 사용하여 산출된 충전용량과 기존 알고리즘(높은 c-rate로 산출된 전압 모델 및 칼만 필터에서 전압 모델의 비중이 낮은 알고리즘을 사용하는 종래기술)으로 산출된 충전용량을 비교하는 표 및 도면이다.

오차 조건	기존 알고리즘 (종래기술)	본 발명의 SOC 산출 방법
전류 센서 사양 상, 최대 ±3% 오차	3% 시, Max 오차 2.5%	3% 시, Max 오차 1.0%
고객 요구사항 SOH 오차 ±5%, 공정 용량의 허용 범위 ±2.5%	7.5% 시, Max 오차 9%	7.5% 시, Max 오차 1.5%

표2 및 도 7을 살펴보면, 전류 센서에 +-3%의 오차(외부 오차)가 있는 경우(도 7의(a))에 기존 알고리즘으로 산출된 충전용량의 최대 오차는 2.5%인데 비해, 본 발명의 충전용량(SOC) 산출 방법을 사용하는 경우(도 7의 (b)) 충전용량의 최대 오차는 1%로 기존 알고리즘 보다 본 발명의 충전용량 산출 방법이 오차가 더 적은 것을 확인할 수 있다. 또한, 에너지 저장 시스템의 퇴화도(SOH) 오차(외부 오차)가 +-5%이고, 고정에서 발생되는 공정 용량의 허용 오차(외부 오차) 범위가 +-2.5%인 경우에는 기존 알고리즘으로 산출된 충전용량의 최대 오차는 9%인데 비해, 본 발명의 충전용량 산출 방법을 사용하는 경우, 충전용량의 오차는 최대 1.5%인 것을 확인할 수 있다.

결과적으로, 외부의 오차가 클수록 기존 알고리즘을 사용하여 충전용량을 측정하는 것보다 본 발명의 충전용량 산출 방법을 사용하는 것이 오차가 적게 발생하는 것을 확인할 수 있다.

한편, 표 3및 도 8은 기존 알고리즘과 본 발명의 충전용량 추정 방법을 사용하여 용량 테스트를 한 결과를 비교한 표 및 도면이다.

SOC Max Error(%)	기존 알고리즘 (종래기술)	본 발명의 SOC 산출 방법
충전 방향	3.9%	2%
방전 방향	5%	2.8%

표 3 및 도 8을 살펴보면, 기존 알고리즘을 사용하여 용량 테스트를 한 결과 충전 방향에서는 최대 3,9%의 오차, 방전 방향에서는 최대 5%의 오차가 발생한 것을 확인할 수 있다. 이에 비해 본 발명의 충전용량 산출 방법을 사용하여 용량 테스트를 한 결과 충전 방향에서는 최대 2%, 방전 방향에서는 최대 2,3%의 오차가 발생하는 것을 확인할 수 있다.

결과적으로, 본 발명의 충전용량 산출 방법을 사용하는 것이 충방전 모두에 대해서 용량 테스트 결과 오차가 적은 것을 확인할 수 있다.

한편, 기존 알고리즘은 상기와 같은 최대 오차가 발생하게 되면 현재의 충전용량을 정확하게 판단하지 못하게 되므로, 최대 1분정도 에너지 저장 시스템이 충전 또는 방전을 지속할 수 있다. 이와 같이 충전 또는 방전을 지속하게 되면 에너지 저장 시스템의 최대 충전용량 또는 최대 방전용량을 벗어난 범위 내에서도 충전 또는 방전이 지속되므로 에너지 저장 시스템에 손상을 줄 수 있다.

3. 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템.

이하에서는 도 9를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 설명한다.

본 발명의 실시 예에 다른 에너지 저장 시스템(10)은, 복수개의 배터리 랙(11) 및 상기 복수개의 배터리 랙을 제어하는 BSC(Battery Section Controller)(110)를 포함하여 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 BSC(110)는, 에너지 저장 시스템의 출력 전압을 측정하는 전압 측정부(120), 에너지 저장 시스템의 출력 전류를 측정하는 전류 측정부(130), 일정한 값을 가지는 소정의 전류로 산출된 온도 별 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 룩업 테이블이 저장되어 있는 저장부(140) 및 상기 측정된 전압과 전류 및 산출된 저항 및 커패시턴스를 기반으로 에너지 저장 시스템의 충전 용량을 산출하는 충전 용량 산출부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.

일정한 값을 가지는 전류는 통산 2 내지 3 c-rate 이상을 가지는 전류를 사용한다. 그런데 본 발명의 발명자는 2 내지 3c-rate보다 낮은 c-rate 전류를 인가하여 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 값을 보다 정확하게 산출하는 것을 발명하였다.

한편, 상기 전압 측정부(120)는, 에너지 저장 시스템에 소정의 전류가 인가되는 동안의 에너지 저장 시스템의 전압인 제1 전압 및 상기 에너지 저장 시스템에 인가되는 전류가 끊긴 후에 에너지 저장 시스템의 전압인 제2 전압을 측정할 수 있다.

한편, 상기 전류 측정부(130)는, 에너지 저장 시스템의 출력 전류를 측정하고 측정된 에너지 저장 시스템의 출력 전류는, 후술하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 상태 변수 값을 산출하는데 사용된다.

상기 저장부(140)에 저장되어 있는 룩업 테이블은, 앞서 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항(R) 및 커패시턴스(C)를 산출하는 방법에 따라 수행되어 저장될 수 있다.

한편, 상기 충전 용량 산출부(150)는, 상기 룩업 테이블의 저항 및 커패시턴스를 기반으로 에너지 저장 시스템의 전압에 대한 상태 변수를 산출하는 전압 상태 변수 산출부(151) 및 상기 측정된 에너지 저장 시스템의 출력 전류를 적산하는 전류 적산법을 이용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량에 대한 상태 변수를 산출하는 충전용량 상태 변수 산출부(152)를 포함하여 구성되며, 상기 산출된 전압 상태 변수 및 충전용량 상태 변수를 칼만 필터에 대입하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출할 수 있다.

구체적인 에너지 저장 시스템의 충전용량은, 앞서 상술한 본 발명의 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법의 절차를 수행하여 산출될 수 있다.

예를 들어, 상기 충전용량 상태 변수 산출부에서 산출된 충전용량 상태변수는, 하기 수식1에 따라 시간 업데이트 될 수 있다.

(수식1)

한편, 상기 전압 상태 변수 산출부에서 산출되는 상기 산출된 전압 상태 변수는, 하기 수식 2에 따라 시간 업데이트 될 수 있다.

(수식2)

(단, R1 및 C1은 도 5의 회로 모델에 포함된 저항 및 커패시턴스 값, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

에너지 저장 시스템의 저항(R) 및 커패시턴스(C)를 산출하는 방법으로서,

상기 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 인가하는 전류 인가 단계;

상기 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류가 인가되는 동안의 상기 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 제1 전압 측정 단계;

상기 에너지 저장 시스템에 인가되던 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 끊은 후, 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 제2 전압 측정 단계;

상기 제1 전압 측정 단계에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압, 제2 전압 측정 단계에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압 및 상기 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 기반으로 에너지 저장 시스템의 저항(R) 및 커패시턴스(C)를 산출하는 저항(R) 및 커패시턴스(C) 산출 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 전류 인가 단계에서 인가되는 일정한 값을 가지는 소정의 전류는 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 값 측정이 가능한 최소 전류 값 내지 2c-rate 사이의 전류인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.
청구항 2에 있어서,

상기 전류 인가 단계에서 인가되는 일정한 값을 가지는 소정의 전류는 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 값 측정이 가능한 최소 전류 값 내지 0.1c-rate 사이의 전류인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스를 사용하여 확장 칼만 필터의 상태 변수를 산출하는 상태 변수 산출 단계;

상기 상태 변수를 상기 확장 칼만 필터에 대입하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 에너지 저장 시스템 충전용량 산출 단계;

를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.
청구항 4에 있어서,

상기 확장 칼만 필터는,

상기 상태 변수를 시간 업데이트 시키는 단계;

상기 상태 변수의 오차 공분산을 시간 업데이트하는 단계;

상기 확장 칼만 필터의 칼만 게인(gain)을 산출하는 단계;

상기 게인(gain)을 이용하여 상태 변수를 추정하는 단계;

상기 게인(gain)을 이용하여 상기 상태 변수의 오차 공분산을 보정하는 단계;

를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.
청구항 4에 있어서,

상기 상태 변수 산출 단계는,

상기 에너지 저장 시스템의 충전용량에 대한 상태변수를 생성하는 충전용량 상태변수 산출 단계; 및

상기 에너지 저장 시스템의 전압에 대한 상태변수를 생성하는 전압 상태변수 산출 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.
청구항 6에 있어서,

상기 충전용량 상태변수 산출 단계는,

상기 에너지 저장 시스템에서 측정된 전류를 적산하는 전류 적산법을 이용하여 충전용량 상태 변수를 산출하고,

상기 산출된 충전용량 상태변수는 하기 수식1에 따라 시간 업데이트 되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.

(수식1)

(단, Q_capacity: 이차 전지의 용량, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)
청구항 6에 있어서,

상기 전압 상태 변수 산출 단계는,

전압 모델 회로를 사용하여 상기 에너지 저장 시스템의 전압 상태 변수를 산출하고,

상기 산출된 전압 상태변수는 하기 수식 2에 따라 시간 업데이트 되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.

(수식2)

(단, R1 및 C1은 도 5의 회로 모델에 포함된 저항 및 커패시턴스 값, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)
청구항 8에 있어서,

상기 전압 모델 회로는,

상기 에너지 저장 시스템에 흐르는 전류 값에 따라 소정의 전압을 출력하는 개방전압원;

하나 이상의 저항; 및

하나 이상의 커패시터;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.
복수개의 배터리 랙; 및

상기 복수개의 배터리 랙을 제어하는 BSC(Battery Section Controller);

를 포함하여 구성되는 에너지 저장 시스템에 있어서,

상기 BSC는,

에너지 저장 시스템의 출력 전압을 측정하는 전압 측정부;

에너지 저장 시스템의 출력 전류를 측정하는 전류 측정부;

일정한 값을 가지는 소정의 전류로 산출된 온도 별 에너지 저장 시스템의 저항(R) 및 커패시턴스(C) 룩업 테이블이 저장되어 있는 저장부; 및

상기 룩업 테이블을 기반으로 에너지 저장 시스템의 충전 용량을 산출하는 충전 용량 산출부;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
청구항 10에 있어서,

상기 일정한 값을 가지는 소정의 전류는,

에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 값 측정이 가능한 최소 전류 값 내지 2c-rate 사이의 전류인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
청구항 11에 있어서,

상기 일정한 값을 가지는 소정의 전류는,

에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 값 측정이 가능한 최소 전류 값 내지 0.1c-rate 사이의 전류인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
청구항 10에 있어서,

상기 전압 측정부는,

상기 에너지 저장 시스템에 소정의 전류가 인가되는 동안의 에너지 저장 시스템의 전압인 제1 전압; 및

상기 에너지 저장 시스템에 인가되는 전류가 끊긴 후에 에너지 저장 시스템의 전압인 제2 전압;

을 측정하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
청구항 10에 있어서,

상기 충전 용량 산출부는,

상기 룩업 테이블의 저항 및 커패시턴스를 기반으로 에너지 저장 시스템의 전압에 대한 상태 변수를 산출하는 전압 상태 변수 산출부; 및

상기 측정된 출력 전류를 적산하는 전류 적산법을 이용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량에 대한 상태 변수를 산출하는 충전용량 상태 변수 산출부;

를 포함하여 구성되며,

상기 산출된 전압 상태 변수 및 충전용량 상태 변수를 칼만 필터에 대입하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
청구항 14에 있어서, 상기 충전용량 상태 변수 산출부에서 산출된 충전용량 상태변수는,

하기 수식1에 따라 시간 업데이트 되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.

(수식1)

(단, Q_capacity: 이차 전지의 용량, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)
청구항 14에 있어서,

상기 전압 상태 변수 산출부에서 산출되는 상기 산출된 전압 상태 변수는,

하기 수식 2에 따라 시간 업데이트 되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.

(수식2)

(단, R1 및 C1은 도 5의 회로 모델에 포함된 저항 및 커패시턴스 값, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)