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리튬이온전지의 주변 온도와 전류를 하나의 쌍으로 그 시점의 동작점이라 정의하고 운전환경에 따라 주어지는 허용온도와 허용전류를 각각 직각좌표계의 종축과 횡축에 놓고 각 축의 값을 일정 개수로 분할하여 만나는 교차점을 하나의 기준 동작점으로 정의하여 리튬이온전지의 온도 및 전류 데이터에 근거한 기준 동작점을 생성하고, SOC의 크기에 따라 구분된 SOC 곡선이 선형 동적모델로 표시되며 높은 SOC 영역과 중간 SOC영역을 갖는 A 및 B 영역과 낮은 SOC 영역을 갖는 비선형정적모델로 표시되는 C영역으로 분할된 구간에서 각각 상기 기준 동작점에 대응하는 등가회로모델들을 식별(identification)하기 위한 개방회로 테스트 단계; 상기 개방회로테스트 단계 후에 등가회로모델들로부터 임의의 동작점과 인접하는 최대 4개의 기준동작점을 정하고 상기 기준동작점에 대응하는 최대 4개의 모델을 모델뱅크(model bank)로 정의하며, 운전 중 매 샘플시간마다 입력되는 리튬이온전지의 단자전압과 전류 및 온도 데이터에 근거한 동작점이 포함되는 모델뱅크를 상기 등가회로모델들중에서 선택하고,상기 선택된 모델뱅크를 매 샘플시간마다 측정한 단자전압 및 전류데이터를 개방전압(OCV)추정알고리즘에 대입하여 리튬이온전지의 개방전압을 계산하고 계산한 개방전압을 이용하여 SOC를 추정하는 실시간 리튬이온전지의 충전상태 추정방법
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제 1 항에 있어서, 상기 개방회로 테스트 단계는,(i)리튬이온전지의 전기적 동특성 모델을 종속전원 형태의 기전력(OCV와 동일)과 직렬임피던스의 등가회로로 표시하고, 등가임피던스를 다수 개의 기준동작점에 대응하는 다중모델로 계산할 수 있도록 온도와 전류 동작점의 함수로 표현하는 함수 표현 단계;(ii)상기 리튬이온전지의 운전조건 허용범위 내에서 온도 및 전류 기준 동작점을 적정 갯수로 분할하고 온도와 전류데이터를 각각 행렬형태로 표시하는 기준 동작점 생성단계; (iii)리튬이온전지의 개방전압에 대응하는 SOC 곡선이 선형 동적모델(linear dynamic model)로 표시되는 높은 SOC 영역과 중간 SOC영역인 두 개 구간(A 및 B영역)과 비선형정적모델(nonlinear static model)로 표시되는 낮은 SOC 영역인 한 개 구간(C영역)으로 분할하는 모델링 영역 분할 단계; (iv)상기 선형 및 비선형 영역 별로 각각 유한 개로 분할된 온도 및 전류 동작점에 대응하는 선형구간의 등가임피던스는 2차 또는 1차의 선형 전달함수 모델로 표현하며 비선형구간의 등가임피던스는 개방전압에 대한 3차 또는 2차의 다항식으로 표현하는 등가 임피던스 모델 식별단계; (v)상기 등가임피던스 모델의 파라미터를 식별하기 위하여 영역별로 적정 충방전 전류를 의사이진난수열(PRBS) 형태로 전지에 인가하고 전지의 개방전압(OCV)과 단자전압을 측정하고 이들 데이터와 연속계 전달함수를 추정하는 통상의 식별알고리즘을 이용하여 연속계 등가 임피던스 모델을 구하는 등가 임피던스 모델 파라미터 식별단계;(vi)상기 모델링 영역 분할 단계의 각 영역에서 상기 개방회로테스트를 통한 모델링 과정을 수행하여 각각 고려한 동작점 수만큼의 연속계 모델 셋(SET)을 구하고 실시간 SOC를 추정하기 위해 주어진 샘플링 시간을 고려하여 상기 연속계 모델을 이산치계 모델로 변환하는 모델 변환 단계; 및(vii)상기 개방회로테스트에서 상기 단계 (i)에서 단계(vi)까지 과정을 통해 구한 모델 셋(SET)으로부터 임의 동작점 주변의 모델 집합체인 모델뱅크를 기반으로 개방전압을 추정하는 개방전압 추정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지의 충전상태 추정방법
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제 1 항에 있어서, 상기 실시간 SOC 추정 단계는,전기자동차의 운전중 리튬이온전지의 단자전압, 리튬이온전지의 온도 및 전류 데이터를 매 샘플시간마다 측정하는 측정단계; 상기 측정단계에서 매 샘플시간 마다 측정되는 온도, 전류 데이터를 현 시점의 동작점으로 인식하고 이 동작점을 둘러싸는 하나의 모델뱅크를 선택하고 이 모델뱅크에 포함된 4 개의 모델을 이용하여 개방 전압(OCV)를 추정하는 OCV 추정 단계;상기 OCV 추정 단계를 통하여 상기 현 시점의 동작점에 대응하는 등가임피던스의 전압강하(Vz)의 추정값을 모델뱅크에 속하는 4개의 모델의 전압강하의 선형결합으로 계산하는 전압강하 추정값 산출단계; 및상기 전압강하 추정값 산출 단계에서 계산된 현 동작점에서의 등가임피던스의 전압강하를 이용하여 개방전압의 추정값를 결정하고 상기 개방 전압 값으로부터 SOC를 추정하는 SOC 추정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지의 충전상태 추정방법
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제 3항에 있어서, 상기 OCV 추정단계는 상기 전압강하 추정값 산출단계에서 선택한 모델뱅크의 4개 기준동작점에서 등가임피던스 양단의 전압강하는 일 때, 등가임피던스 양단의 전압강하는 하기 003c#식 1003e#로 계산되고 일 때는 하기 003c#식 2003e#에 의하여 추정되며, 003c#식 1003e# 003c#식 2003e# 일반성을 잃지 않고 현재의 동작점이 온도 Tz, 전류 Ibatz라고 하면 모델뱅크 Bi, j는 4개의 기준동작점 모델 셋 {Zi, j, Zi, j +1, Zi+1, j, Zi+1, j +1}으로 구성되며, 현 동작점에서의 등가임피던스의 전압강하를 하기 003c#식 3003e#, 003c#식 4003e#, 003c#식 5003e#로 추정하고, 003c#식 3003e#여기서 003c#식 4003e# 003c#식 5003e#상기 003c#식 3003e#, 003c#식 4003e# 및 003c#식5003e#에서 는 온도에 대한 가중인수(weighting factor)이고, 는 전류에 대한 가중인수이며 와 의 선택은 인접한 두 기준 동작점 사이에서의 상대적 거리에 비례해서 결정됨
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제 1 항 또는 2항에 있어서, 상기 개방회로테스트 단계에서 선형동적모델을 갖는 영역 A와 B 영역에서 등가임피던스모델 Z(I,T,S)은 하기 003c#식7003e#와 같이 1차 또는 2차의 전달함수로 정의되는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지의 충전상태 추정방법
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제 1 항 또는 2항에 있어서, 상기 개방회로테스트 단계에서 비선형동적모델을 갖는 영역 C에서 등가임피던스모델 Z(I,T,Vt)는 하기003c#식8003e#과 같이 의 2차 또는 3차 다항식으로 정의되는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지의 충전상태 추정방법
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제 2항에 있어서, 상기 등가 임피던스 모델 파라미터 식별 단계는 각 동작점 온도를 유지하면서 적정 크기의 충방전 전류를 의사이진난수열(PRBS) 형태로 전지에 인가하고 개방전압과 단자전압을 응답으로 측정하여 연속계 모델 파라미터를 구하는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지의 등가모델 파라미터 식별 방법
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제 1 항 또는 3항에 있어서, 상기 개방전압값 로부터 SOC의 산출은 하기 003c#식 9003e#에 의하여 수행됨을 특징으로 하는 리튬이온전지의 충전상태 추정방법
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리튬이온전지(10)의 전원을 공급 받아 동작하는 부하(20) 및 충전기(30);상기 리튬이온전지(10)의 온도 T를 측정하는 온도센서(40);상기 리튬이온전지(10)의 충방전전류 Ibat를 측정하는 전류센서(45);상기 리튬이온전지의 양극-음극 단자 간 전압 Vt를 측정하는 전압센서(50); 및상기 전류센서, 전압센서 및 온도센서를 통하여 매 샘플시간마다 리튬이온전지의 충방전전류, 전압 및 온도 데이터를 측정하여 온도와 전류 값을 현 시점의 동작점으로 정의하고, 리튬이온전지의 개방회로테스트에서 측정된 등가회로모델들로부터 상기 동작점과 인접하는 최대 4개의 기준동작점에 대응하는 최대 4개의 기준동작점 모델을 모델뱅크로 선택하고, 상기 모델뱅크를 이용하여 현 동작점의 등가임피던스 모델의 전압강하와 전지의 개방전압 를 계산하고, 계산된 개방전압으로부터 SOC를 추정하는 SOC 추정부(60)가 포함된 전지관리시스템(70)으로 이루어진 리튬이온전지의 충전상태 추정시스템
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