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KR101166077B1 - 2차 전지의 충전 상태 기준 정보 생성 방법 및 충전 상태 기준 정보를 이용한 2차 전지의 충전 상태 측정 방법. - Google Patents

2차 전지의 충전 상태 기준 정보 생성 방법 및 충전 상태 기준 정보를 이용한 2차 전지의 충전 상태 측정 방법. Download PDF

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KR101166077B1 KR1020090104147A KR20090104147A KR101166077B1 KR 101166077 B1 KR101166077 B1 KR 101166077B1 KR 1020090104147 A KR1020090104147 A KR 1020090104147A KR 20090104147 A KR20090104147 A KR 20090104147A KR 101166077 B1 KR101166077 B1 KR 101166077B1
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이종학
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숭실대학교산학협력단
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Abstract

2차 전지의 충전 상태 측정을 위한 기준 정보 생성 방법 및 충전 상태 기준 정보를 이용한 2차 전지의 충전 상태 측정 방법에 관한 기술이 개시된다. 이러한 기술에 따르면, 2차 전지의 기 설정된 충전 상태 단계 각각에서의 제1임피던스 정보를 입력받는 단계; 상기 2차 전지에 대한 등가회로 및 상기 제1임피던스 정보를 이용하여, 상기 충전 상태 단계 각각에 따른 상기 등가회로의 제1파라미터를 생성하는 단계; 및 상기 제1파라미터를 이용하여, 상기 2차 전지의 충전 상태에 따른 근사화된 제2파라미터를 생성하는 단계를 포함하는 2차 전지의 충전 상태 측정을 위한 기준 정보 생성 방법이 제공된다.
2차 전지, 충전 상태, 임피던스

Description

2차 전지의 충전 상태 기준 정보 생성 방법 및 충전 상태 기준 정보를 이용한 2차 전지의 충전 상태 측정 방법.{METHOD FOR GENERATING STATE-OF-CHARGE STANDARD INFORMATION OF SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR ESTIMATING STATE-OF-CHARGE OF SECONDARY BATTERY USING STATE-OF-CHARGE STANDARD INFORMATION}
본 발명은 2차 전지의 충전 상태 기준 정보 생성 방법 및 충전 상태 기준 정보를 이용한 2차 전지의 충전 상태 측정 방법에 관한 것이다.
최근 휴대기기 기능의 다양화와 디지털 컨버전스의 추세가 진행됨에 따라 친환경 및 초경량, 고성능 에너지인 리튬 이온 전지(Lithium ion Battery) 및 리튬 폴리머 전지(Lithium Polymer Battery) 등 2차 전지가 폭넓게 사용되고 있으며, 특히 고용량 전지는 전기 자동차용으로 높은 수요가 예측되고 있다.
이러한 2차 전지가 전자기기에 사용될 경우, 사용 가능 시간을 계산할 필요가 있으며, 2차 전지가 중요시설이나 전산망에 전력을 공급하는 경우, 2차 전지의 방전에 의한 갑작스런 셧다운이 발생하지 않도록 할 필요가 있다. 또한, 전기 자동 차용으로 사용되는 대용량의 리튬 폴리머 전지는 크랭킹(cranking)이 불가능할 정도로 방전이 되지 않을 필요가 있으며, 리튬 폴리머 전지를 통한 운행 가능 거리가 정확히 계산되어 신뢰성이 보장될 필요가 있다.
2차 전지의 충전 상태(state of charge)는 직접 측정이 불가능하므로 주로 단자전압이나 전류를 이용한 간접적인 방법에 의해 측정된다. 그러나 2차 전지의 비선형성으로 인해 단자 전압만으로 2차 전지의 충전상태를 정확히 측정하기는 어려우며, 특히 리튬 폴리머 전지의 경우, 충전상태 측정에 관해 정립된 방법이 많지 않다. 2차 전지의 충전 상태 측정을 위해 사용하는 대표적인 방법에는 쿨롱 카운팅(Coulomb Counting), Kalman Filter, Fuzzy Logic, Neural Network 등이 있다.
쿨롱 카운팅 방법은 2차 전지의 방전 전하량을 계산하는 것으로, 정확한 전류센서가 사용되면 매우 정확하고 신뢰성있는 충전 상태 정보를 얻을 수 있으나, 충/방전 전류가 매우 짧은 시간동안 교차하는 시스템은 오차가 누적될 수 있어 적용이 어렵다. Kalman Filter는 알고리즘 자체가 복잡하고 정확한 시스템 모델링이 수반되어야 하며, 정확한 추정을 위해서는 상태변수를 많이 잡아야 하는 문제가 있어 사용에 어려움이 있다. 또한 Fuzzy Logic 및 Neural Network의 방법은 경험적인 요소가 많아 정확한 측정이 불가능하고 계산량이 많으며, 신뢰성의 문제가 있어 거의 사용되지 않고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 보다 신속하고 용이하게 2차 전지의 충전 상태 측정을 위한 2차 전지의 충전 상태 기준 정보 생성 방법 및 충전 상태 기준 정보를 이용한 2차 전지의 충전 상태 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 2차 전지의 기 설정된 충전 상태 단계 각각에서의 제1임피던스 정보를 입력받는 단계; 상기 2차 전지에 대한 등가회로 및 상기 제1임피던스 정보를 이용하여, 상기 충전 상태 단계 각각에 따른 상기 등가회로의 파라미터를 생성하는 단계; 및 상기 파라미터를 이용하여, 상기 2차 전지의 충전 상태에 따른 근사화된 파라미터를 생성하는 단계를 포함하는 2차 전지의 충전 상태 측정을 위한 기준 정보 생성 방법을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 2차 전지의 충전 상태 측정을 위한 충전 상태 기준 정보 및 상기 2차 전지에 대한 등가회로의 제1파라미터를 입 력받는 단계; 및 상기 충전 상태 기준 정보 및 상기 제1파라미터를 비교하여, 상기 2차 전지의 충전 상태를 측정하는 단계를 포함하며, 상기 충전 상태 기준 정보는 상기 2차 전지의 기 설정된 충전 상태 단계 각각에서의 임피던스 정보 및 상기 2차 전지에 대한 등가회로를 통해 생성된, 상기 2차 전지의 충전 상태에 따른 상기 등가회로의 근사화된 파라미터인 충전 상태 기준 정보를 이용한 2차 전지의 충전 상태 측정 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 2차 전지의 임피던스 정보를 이용하여 2차 전지의 등가회로에 대한 파라미터를 추출하고, 추출된 파라미터를 이용하여 충전 상태 기준 정보를 생성함으로써 신속하고 용이하게 2차 전지의 충전 상태 기준 정보를 생성할 수 있으며, 충전 상태 기준 정보를 이용하여 2차 전지의 충전 상태를 측정할 수 있다.
먼저 본 발명에 따른 2차 전지의 충전 상태 기준 정보 생성 방법에 대한 개념을 설명하면 다음과 같다.
2차 전지의 임피던스 정보는 2차 전지의 내부 상태를 나타낸다. 즉, 2차 전지의 충전 상태에 따라 2차 전지의 임피던스 정보는 가변된다. 본 발명은 2차 전지의 충전 상태에 따라 가변되는 임피던스 정보를 이용함으로써, 2차 전지의 충전 상 태 측정을 위한 충전 상태 기준 정보 생성하고, 생성된 충전 상태 기준 정보를 이용함으로써 2차 전지의 충전 상태를 측정할 수 있다. 이 때, 본 발명에 따른 2차 전지의 충전 상태 기준 정보 생성 방법은 2차 전지의 기 설정된 충전 상태 단계 각각에서의 임피던스 정보를 이용하여 2차 전지의 충전 상태에 따른 충전 상태 기준 정보를 생성함으로써, 2차 전지의 모든 충전 상태에 따른 임피던스를 측정할 필요없이 보다 신속하고 용이하게 충전 상태 기준 정보를 생성할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따르면, 2차 전지의 기 설정된 충전 상태 단계 각각에서의 임피던스 정보 및 2차 전지에 대한 등가회로를 이용하여, 등가회로의 파라미터를 계산한다. 예를 들어, 2차 전지의 충전 상태 단계는 2차 전지의 0%에서 100%의 충전 상태를 20%씩 나눈 단계일 수 있으며, 기 설정된 충전 상태 단계 각각에서의 임피던스 정보는 20%, 40%, 60%, 80% 및 100%의 충전 상태에서의 임피던스 정보일 수 있다. 그리고 본 발명에 따르면, 충전 상태 단계 각각에서의 파라미터를 근사화하여 2차 전지 충전 상태에 따른 즉, 0%에서 100% 충전 상태에 따른 파라미터를 추출한다.
파라미터는 등가회로의 저항 값 또는 시정수 값일 수 있으며, 전술된 바와 같이, 2차 전지의 충전 상태에 따라 임피던스 정보는 가변되기 때문에 파라미터 역시 가변된다. 여기서, 충전 상태 기준 정보는 파라미터가 된다.
이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가 장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지의 충전 상태 기준 정보 생성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 2차 전지의 충전 상태 기준 정보 생성 방법은 단계 S101로부터 시작된다.
단계 S101에서 충전 상태 기준 정보 생성 장치는 2차 전지의 기 설정된 충전 상태 단계 각각에서의 제1임피던스 정보를 수신 즉, 입력받는다.
전술된 바와 같이, 기 설정된 충전 상태 단계는 일실시예로서, 0%에서 100%의 충전 상태를 20%씩 나눈 단계일 수 있다. 그리고 제1임피던스 정보는 전기화학적 임피던스 분광법에 의해 생성된 기 설정된 주파수 범위 내의 임피던스 정보이거나, 기 설정된 주파수 범위 중 2개 이상의 주파수에 대한 임피던스 정보일 수 있다.
단계 S103에서 충전 상태 기준 정보 생성 장치는 2차 전지에 대한 등가회로 및 제1임피던스 정보를 이용하여, 충전 상태 단계 각각에 따른 등가회로의 파라미터를 생성한다. 일반적으로 2차 전지에 대한 등가회로는 저항과 커패시터로 표현되 며, 임피던스는 저항 값과 주파수에 따른 커패시턴스 값을 포함하므로, 제1임피던스 정보를 이용하여 등가회로의 파라미터를 구할 수 있다. 충전 상태 기준 정보 생성 장치는 예를 들어, 커브 피팅(curve fitting)을 수행하여 충전 상태 단계 각각에 따른 등가회로의 파라미터를 생성할 수 있다. 등가회로의 파라미터는 등가회로의 저항 값, 커패시턴스 값 또는 시정수 값일 수 있다.
단계 S105에서 충전 상태 기준 정보 생성 장치는 충전 상태 단계 각각에 따른 등가회로의 파라미터를 이용하여, 2차 전지의 충전 상태에 따른 근사화된 파라미터를 생성한다. 즉, 충전 상태 기준 정보 생성 장치는 기 설정된 충전 상태 단계 각각에 따른 파라미터가 아닌, 0%에서 100%까지의 충전 상태에 따른 근사화된 파라미터, 즉 2차 전지의 충전 상태 측정을 위한 충전 상태 기준 정보를 생성한다.
충전 상태 기준 정보 생성 장치는 충전 상태 단계 각각에 따른 등가회로의 파라미터를 예를 들어, 3차 방정식의 형태로 근사화하여 근사화된 파라미터를 생성할 수 있다. 그리고 기 설정된 충전 상태 단계가 20%보다 적은 퍼센트로 나눈 단계일수록 근사화된 파라미터는 보다 정확해질 수 있다.
일반적으로 임피던스 정보는 기 설정된 주파수 범위, 예를 들어 10mHz ~ 1kHz의 범위에서 측정되므로 임피던스 측정에 상당한 시간이 소요되는데, 본 발명에 따르면, 기 설정된 충전 상태 단계 각각에서 측정된 파라미터를 이용하여, 0%에서 100%까지의 충전 상태에 따른 파라미터를 생성할 수 있으므로 기준 정보 생성에 따른 시간이 감소될 수 있다. 그리고 충전 상태가 알려지지 않은 2차 전지의 파라미터와 충전 상태 기준 정보를 비교함으로써, 충전 상태가 알려지지 않은 2차 전지 의 충전 상태를 측정할 수 있다.
2차 전지가 전기 자동차 등에 사용될 경우, 전기 자동차에서 본 발명에 따른 충전 상태 기준 정보 생성 방법이 이용되어, 신속하고 용이하게 충전 상태 기준 정보가 생성될 수 있으며, 충전 상태 기준 정보가 이용되어 2차 전지의 충전 상태가 용이하게 측정될 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 구체적인 제1실시예에 따른 충전 상태 기준 정보 생성 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 2 내지 도 4에서는 2차 전지가 리튬 폴리머 전지인 경우가 일실시예로서 설명된다.
도 2는 BNK, Aenergy, SONY 각각에서 생산된 상용 리튬 폴리머 전지의 기 설정된 충전 상태 단계 각각에 대한 제1임피던스 정보를 나타내는 도면으로서, 임피던스 스팩트럼을 나타내는 나이키스트 임피던스 플롯이다. 그리고 BNK, Aenergy, SONY 각각의 전지의 용량은 1600mAh, 1800mAh, 1350mAh이다.
2차 전지의 충전 상태 단계는 충방전 실험을 통해 설정될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 2차 전지의 충전은 1C의 정전류로 2차 전지가 충전되며, 2차 전지의 충전 최대 전압 4.2V가 될 때에는 정전압 모드로 바뀌어 충전이 되는 CC-CV(정전류-정전압) 충전법이 사용될 수 있다. 그리고 2차 전지의 방전은 IEC 61960규정에 따라 0.2C의 전류로 방전이 되고, 방전 종지전압 3.0V까지의 전류량이 더해져 정격 용량이 산출될 수 있다.
산출된 정격 용량으로부터 전하량에 따라 2차 전지의 충전 상태 단계가 설 정될 수 있으며, 충전 상태 단계별로 전기화학적 임피던스 분광법을 통한 제1임피던스 정보가 생성될 수 있다. 전기화학적 임피던스 분광법을 통해 10mHz~1kHz의 주파수 범위에서, 100% 충전 상태를 20% 단위로 나눈 충전 상태 단계마다 임피던스가 측정된 결과가 도 2에 도시되어 있다.
본 발명에 따르면, 도 2에 도시된 제1임피던스 정보 및 도 3에 도시된 등가회로를 이용하여 도 3의 등가회로의 파라미터를 구할 수 있다. 보다 구체적으로, 전기화학적 임피던스 분광법을 통한 제1임피던스 정보를 도 3의 등가회로에 커브피팅함으로써 등가회로의 파라미터를 추출할 수 있다. 추출된 파라미터를 근사화하여 2차 전지의 0%에서 100% 충전 상태에 따른 파라미터를 생성할 수 있으며, 근사화된 파라미터, 즉 충전 상태 기준 정보가 도 4에 도시된다.
도 4는 본 발명에 따른 충전 상태 기준 정보를 나타내는 도면으로서, 도 4에서 네모와 세모는 각각 기 설정된 충전 상태 단계 각각에서의 시정수 값과 저항 값을 나타내며, (a), (b) 및 (c) 도면 각각은 BNK, Aenergy, SONY 각각의 충전 상태 기준 정보를 나타낸다. 즉, 도 4에는, 기 설정된 충전 상태 단계 각각의 시정수 값과 저항 값을 이용한, 2차 전지의 0%에서 100%의 충전 상태에 따른 파라미터가 도시되어 있다.
본 발명에 따르면, 충전 상태 측정 대상인 2차 전지의 파라미터, 예를 들어 시정수 값 또는 저항 값을 알고 있을 경우, 충전 상태 기준 정보를 이용하여 충전 상태 측정 대상인 2차 전지의 충전 상태를 측정할 수 있다. 다만, 도 4에 도시된 바와 같이, 임의의 시정수 값 또는 저항 값에 대해 동일한 충전 상태가 있을 수 있 는데, 이에 대해서는 도 8에서 보다 자세히 설명하기로 한다.
한편, 도 2 내지 도 4에서는 BNK, Aenergy, SONY 각각의 리튬 폴리머 전지가 일실시예로서 설명되었으나, 다른 2차 전지 역시 리튬 폴리머 전지와 유사한 임피던스 특성을 나타내므로, 본 발명은 다른 2차 전지에도 적용될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 구체적인 제2실시예에 따른 충전 상태 기준 정보 생성 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 2 내지 도 4와 같이 2차 전지가 리튬 폴리머 전지인 경우가 일실시예로서 설명된다.
도 5 및 도 6은 도 1의 단계 S103을 보다 자세히 설명하기 위한 도면이다.
단계 S103에서 충전 상태 기준 정보 생성 장치는 2차 전지의 임피던스 스펙트럼의 반원 특성 및 제1임피던스 정보를 이용하여, 충전 상태 단계 각각에 따른 등가회로의 파라미터를 생성할 수 있다. 여기서, 제1임피던스 정보는 기 설정된 주파수 범위 중 2개 이상의 주파수에 대한 임피던스 정보일 수 있다.
도 2에 도시된 임피던스 스펙트럼을 살펴보면, 2차 전지의 임피던스 정보는 저주파 영역에서 큰 반원으로 표시되는 특성을 갖는다. 이러한 2차 전지의 임피던스 특성을 이용하면, 충전 상태 단계 각각에 따른 등가회로의 파라미터를 근사화하여 생성할 수 있다. 보다 구체적으로, 저주파 영역에서 큰 반원으로 표시되는 임피던스 특성은 도 5에 도시된 2차 전지의 랜들 회로(Randle’s Circuit)에 따른 임피던스 특성이며, 원의 방정식을 이용하여 근사화된 파라미터를 생성할 수 있다.
여기서, 도 3의 등가회로와 도 5의 랜들 회로에 따른 임피던스 특성을 설명 하면 다음과 같다.
전술된 바와 같이, 도 3은 2차 전지에 대한 일반적인 등가회로를 나타내는 도면이다. RΩ은 전해질, 전극, 단자대의 저항성분 등 2차 전지의 전극과 내부를 연결하는 전체 저항을 나타내며, 도 3에서 실수축과 그래프가 교차하는 지점이다. Rf 및 Qf(Constant Phase Element, CPE)는 음극 표면에 생성되는 부동화막(Passivation Film)의 성분을 나타내며, 도 3에서 고주파 영역의 작원 반원을 나타낸다. Rct(Charge Transfer Resistance, 전하전송저항) 및 Cdl(Double Layer Capacitance, 전기이중충 커패시턴스)는 2차 전지의 전극(양극과 음극)과 전해질 사이의 계면사이의 전자 이동 반응을 나타내며, 도 3에서 저주파 영역의 큰 반원을 나타낸다. ZW(Warburg 임피던스)는 확산으로 인해 질량운반이 전하전송을 막는 특성을 나타낸다.
따라서 저주파 영역에서 큰 반원으로 표시되는 임피던스 특성은 도 3에 도시된 등가회로에서, RΩ, Rct 및 Cdl의 특성으로 근사화될 수 있으며, 도 3의 RΩ, Rct 및 Cdl는 도 5의 랜들 회로의 Rs, Rp 및 Cp와 대응된다.
그리고 임피던스 특성이 반원으로 나타나기 때문에 원의 방정식을 이용하여 근사화된 파라미터를 생성할 수 있다. 원의 방정식이 이용되기 때문에 기 설정된 주파수 범위 중 2개 이상의 주파수에 대한 임피던스 정보인 제1임피던스 정보를 이용하면 기 설정된 주파수 범위의 근사화된 파라미터를 생성할 수 있다. 즉, 본 발 명에 따르면, 예를 들어 10mHz~1kHz의 주파수 범위에서 2개 이상의 주파수 만을 선택하여 파라미터를 생성할 수 있다. 이 때 선택되는 주파수는 임피던스 특성이 반원으로 나타나는 주파수 영역에서 선택됨이 바람직하다.
저주파의 특성상, 저주파 영역에서 임피던스 측정에는 상당한 시간이 필요하나, 본 발명에 따르면 기 설정된 주파수 범위 전체에서 임피던스를 측정하지 않고 기 설정된 주파수 범위의 임피던스 정보만을 이용하여 파라미터를 생성할 수 있으므로 보다 신속하게 충전 상태 기준 정보를 생성할 수 있다.
도 6에서 도시된 바와 같이, 저주파 영역에서 2차 전지의 임피던스 특성은 반원 형태를 나타내며, 도 6에서는 2개의 주파수에 대한 임피던스 정보가 이용되는 경우가 일실시예로서 설명된다.
도 6에서는 나이퀴스트 임피던스 플롯의 절점 주파수(cut-off frequency)로부터 좌우에 위치하는 1.48Hz, 0.32Hz가 샘플 주파수로서 이용되는 경우가 일시시예로서 설명된다. 도 6에서 1.474Hz ~ 24.54Hz 및 0.126Hz ~ 0.325Hz는 도 3의 (a), (b) 및 (c)에서 공통적으로 반원의 특성이 유지되는 샘플 주파수 선택을 위한 주파수 범위이며, 도 6에서 선택된 1.48Hz, 0.32Hz는 상기 주파수 범위 내에 포함된다. 도 6에서는 도 3의 (a), (b) 및 (c)에서 공통적으로 반원의 특성이 유지되는 주파수 범위에서 샘플 주파수가 선택되었으나, 리튬 폴리머 전지 각각에 대해 반원 특성이 나타나는 주파수 범위에서 샘플 주파수가 선택될 수 있다.
샘플 주파수에서 측정된 두 개의 임피던스 정보, 즉 제1임피던스 정보를 (ReZ1, ImZ1)과 (ReZ2, ImZ2)로 나타낼 경우, 제1임피던스 정보를 원의 방정식인 [수학식 1]에 대입하여 등가회로의 파라미터를 얻을 수 있다.
Figure 112009066847611-pat00001
[수학식 1]은 중점이 (x1,0), 반경이 r인 원의 방정식이며, [수학식 1]로부터 얻어진 x1과 r의 값을 [수학식 2]에 대입하여 랜들 회로의 Rs 및 Rp 파라미터를 구할 수 있다.
Figure 112009066847611-pat00002
랜들 회로의 임피던스는 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있으며, [수학식 1] 및 [수학실 2]로부터 얻어진 Rs, Rp와, 주파수 및 임피던스 값을 [수학식 3]에 대입하여 Cp의 값을 계산할 수 있다. 구해진 Rp와 Cp의 곱은 회로의 시정수 값을 나타낸다. 여기서, [수학식 3]에 대입되는 주파수는 샘플 주파수 중 하나일 수 있으며, [수학식 3]에 대입되는 임피던스는 [수학식 3]에 대입되는 주파수에 대한 임피던스 일 수 있다.
Figure 112009066847611-pat00003
도 7은 기 설정된 주파수 범위 내의 임피던스를 이용하여 구한 시정수 값과, 도 5 및 도 6에서 설명된 방법에 따른 시정수 값을 비교한 결과를 나타내는 도면이다.
　도 7에는 기 설정된 충전 상태 단계 각각의 파라미터가 표시되어 있으며, 최소자승법을 통해 분석한 결과 BNK 98.8%, Aenergy 99.01%, Sony 93.6%의 정확도를 얻을 수 있었다. 즉, 본 발명에 따르면, 기 설정된 주파수 범위 내의 임피던스를 모두 측정하지 않고, 파라미터를 구할 수 있으므로 신속하고 용이하게 충전 상태 기준 정보를 생성할 수 있으며, 정확도도 우수함을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 충전 상태 기준 정보를 이용한 2차 전지의 충전 상태 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 2차 전지의 충전 상태 측정 방법은 단계 S801로부터 시작된다.
단계 S801에서 충전 상태 측정 장치는 2차 전지의 충전 상태 측정을 위한 충전 상태 기준 정보 및 2차 전지에 대한 등가회로의 제1파라미터를 수신 즉, 입력받는다. 충전 상태 측정 장치는 전술된 기준 정보 생성 장치로부터 충전 상태 기준 정보를 수신할 수 있다. 즉, 충전 상태 기준 정보는 전술된 기준 정보 생성 장치에 의해 생성되는 정보로서, 2차 전지의 기 설정된 충전 상태 단계 각각에서의 임피던스 정보 및 2차 전지에 대한 등가회로를 통해 생성된, 2차 전지의 충전 상태에 따른 등가회로의 근사화된 제2파라미터이다. 제1파라미터는 전기화학적 임피던스 분광법에 의해 생성되어 충전 상태 측정 장치로 입력될 수 있으며, 파라미터는 등가회로의 시정수 값 또는 저항 값일 수 있다.
단계 S803에서 충전 상태 측정 장치는 충전 상태 기준 정보 및 제1파라미터를 비교하여, 2차 전지의 충전 상태를 측정한다. 즉, 충전 상태 기준 정보는 2차 전지의 충전 상태에 따른 파라미터를 나타내는 정보이기 때문에, 측정 대상이 되는 2차 전지의 파라미터와 충전 상태 기준 정보를 비교함으로써, 2차 전지의 충전 상태를 측정할 수 있다.
한편, 전술된 바와 같이, 도 4에서 임의의 시정수 값 또는 저항 값에 대해 동일한 충전 상태가 있을 수 있다. 예를 들어 도 4의 (a)의 경우, 충전 상태 단계 80%를 중심으로 충전 상태 단계 60%와 충전 상태 단계 80%의 파라미터는 충전 상태 단계 80%에서 100%사이의 파라미터와 대칭적인 구조이며 이 경우, 동일한 시정수 값 또는 저항 값에 대해 동일한 충전 상태가 나타날 수 있다.
이 경우, 단계 S803에서 충전 상태 측정 장치는 추가 측정 결과와의 충전 상태 변화를 이용하여 동일 충전 상태 중 하나를 결정함으로써 2차 전지의 충전 상 태를 측정할 수 있다. 예를 들어, 도 4에서 제1측정 결과, 제1파라미터가 0.12이고 충전 상태가 70%와 90%로 측정되며, 시간이 지난 후 추가 측정 결과 제1파라미터가 0.15인 경우, 2차 전지가 사용중이었다면 2차 전지의 전하량은 감소하므로 제1측정 결과 충전 상태는 90%가 아닌 70%임을 알 수 있다. 즉, 도 4에서 현재 측정된 충전 상태와 이전에 측정된 충전 상태의 증감을 계산하고, 충전 상태와 제1파라미터의 기울기를 이용함으로써 충전 상태를 정확하게 측정할 수 있다.
이상은 본 발명이 프로세스적 관점에 의해 설명되었으나, 본 발명에 따른 2차 전지의 충전 상태 측정을 위한 기준 정보 생성 방법 및 충전 상태 기준 정보를 이용한 2차 전지의 충전 상태 측정 방법을 구성하는 각 단계는 장치적 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 2차 전지의 충전 상태 측정을 위한 기준 정보 생성 방법 및 충전 상태 기준 정보를 이용한 2차 전지의 충전 상태 측정 방법에 포함된 각 단계는 2차 전지의 충전 상태 측정을 위한 기준 정보 생성 장치 및 충전 상태 기준 정보를 이용한 2차 전지의 충전 상태 측정 장치에 포함된 구성 요소로 이해될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 2차 전지의 충전 상태 측정을 위한 기준 정보 생성 방법 및 충전 상태 기준 정보를 이용한 2차 전지의 충전 상태 측정 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보 저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체(CD, DVD와 같은 유형적 매체뿐만 아니라 반송파와 같은 무형적 매체)를 포함한다.
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 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지의 충전 상태 측정을 위한 기준 정보 생성 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 2 내지 도 4는 본 발명의 구체적 실시예에 따른 기준 2차 전지의 충전 상태 측정을 위한 기준 정보 생성 방법을 설명하기 위한 도면,
도 5 및 도 6은 도 1의 단계 S103을 보다 자세히 설명하기 위한 도면,
도 7은 기 설정된 주파수 범위 내의 임피던스를 이용하여 구한 시정수 값과, 도 5 및 도 6에서 설명된 방법에 따른 시정수 값을 비교한 결과를 나타내는 도면,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 충전 상태 기준 정보를 이용한 2차 전지의 충전 상태 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

Claims (9)

  1. 2차 전지의 특정 충전 상태에서의 임피던스 정보를 입력받는 단계;
    상기 2차 전지에 대한 등가 회로 및 상기 임피던스 정보를 이용하여, 상기 특정 충전 상태 값에 대응하는 상기 등가 회로의 파라미터를 생성하는 단계; 및
    2 이상의 상기 파라미터를 이용하여, 상기 2차 전지의 전체 충전 상태에 따른 2차 전지의 충전 상태 기준 정보를 생성하는 단계
    를 포함하는 2차 전지의 충전 상태 기준 정보 생성 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 임피던스 정보는
    전기화학적 임피던스 분광법에 의해 생성되며, 기 설정된 주파수 범위 내의 임피던스 정보인
    2차 전지의 충전 상태 기준 정보 생성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 임피던스 정보는
    기 설정된 주파수 범위 중 2개 이상의 주파수에 대한 임피던스 정보이며,
    상기 등가 회로의 파라미터를 생성하는 단계는
    상기 2차 전지의 임피던스 스펙트럼의 반원 특성 및 상기 임피던스 정보를 이용하여, 상기 파라미터를 생성하는
    2차 전지의 충전 상태 기준 정보 생성 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 등가회로는
    상기 2차 전지에 대한 랜들 회로이며,
    상기 등가 회로의 파라미터를 생성하는 단계는
    원의 방정식을 이용하여 상기 파라미터를 생성하는 단계를 포함하는
    2차 전지의 충전 상태 기준 정보 생성 방법.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 파라미터 또는 상기 충전 상태 기준 정보는
    시정수 값 또는 저항 값 또는 커패시턴스 값 중 적어도 하나를 포함하는
    2차 전지의 충전 상태 기준 정보 생성 방법.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 2차 전지는
    리튬 폴리머 전지인
    2차 전지의 충전 상태 기준 정보 생성 방법.
  7. 2차 전지의 충전 상태 기준 정보 및 측정하고자 하는 상기 2차 전지에 대한 등가회로의 제1파라미터를 입력받는 단계; 및
    상기 충전 상태 기준 정보 및 상기 제1파라미터를 비교하여, 상기 2차 전지의 충전 상태를 측정하는 단계
    를 포함하며,
    상기 충전 상태 기준 정보는
    상기 2차 전지의 2 이상의 특정 충전 상태에서의 임피던스 정보 및 상기 2차 전지에 대한 등가회로를 통해 생성되며, 상기 2차 전지의 전체 충전 상태에 따른 상기 등가회로의 파라미터인
    충전 상태 기준 정보를 이용한 2차 전지의 충전 상태 측정 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1파라미터에 대응하는 충전 상태 값이 복수 개인 경우,
    소정시간 경과 후 상기 2차 전지에 대한 등가 회로의 제2파라미터를 측정하는 단계;
    상기 제1파라미터에 대응하는 충전 상태 값과, 상기 제2파라미터에 대응하는 충전 상태 값의 증감을 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 따라, 상기 제1파라미터에 대응하는 복수 개의 충전 상태 값 중 하나를 상기 제1파라미터에 대응하는 충전 상태 값으로 결정하는 단계를 포함하는
    충전 상태 기준 정보를 이용한 2차 전지의 충전 상태 측정 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1파라미터, 상기 제2파라미터 또는 상기 충전 상태 기준 정보는
    시정수 값 또는 저항 값 또는 커패시턴스 값 중 적어도 하나를 포함하는
    충전 상태 기준 정보를 이용한 2차 전지의 충전 상태 측정 방법.
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